基于杠杆-toggle增力机构气动肌腱驱动的夹具系统.pdf

基于杠杆一 t o g g l e增力机构气动肌腱驱动的夹具系统 口秦培亮 1,2 口钟康民z 1 ． 苏州农 业职业技 术学 院江苏苏州2 1 5 0 0 8 2 ． 苏州大学 机电学院江苏苏州2 1 5 0 2 1 摘要 介绍 了 4种新 型的基 于杠杆- t o g g l e增力机构 气动肌腱驱动 的夹具， 对其 工作 原理进行 了分析 ， 并分 别给 出 原理 图， 还计算 了输 出力。 用气动肌腱代 替传 统的刚性 气缸 ， 可 以消除液压传动夹具容 易产 生的污染， 而且结构更紧凑 ， 输 出力 大 ， 无 污染 ， 是 夹具 设 计 绿 色化 的 一 种 尝试 。 关键词 夹具气动肌腱杠杆一 铰杆 中图分 类号 T i l l 1 2 ； T G 7 5 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 1 1 0 0 0 8 3 0 2 使 用 气 动 肌 腱 代 替 刚性 气 缸 ， 将 气 动 肌 腱 与 杠 杆 一 铰 杆 增 力 机 构 进 行 巧 妙 的 组 合 ， 在 需 要 有 较 大 增 力 但 结 构 尺 寸 有 限 的 场 合 ， 有 较 好 的适 应 性 。文 献 [ 1 ] 曾 提 出基 于 气 动 肌 腱 与 机 械 增 力 机 构 的夹 具 系 统 ， 本 文 在 此 基 础 上 设 计 了 4种 以 气 动 肌 腱 作 为 驱 动 源 。通 过 杠 杆 一 铰 杆 增 力 机 构 进 行 增 力 的 夹 具 。气 动 肌 腱 是 一 种 高 效 的 能 量 转 换 器 ， 无 相 x ,l - 运 动 构 件 ， 无 易 损 件 ， 无 泄 漏 现 象 ， 相 对 于 传 统 的 刚 性 气 缸 ， 具 有 输 出 力 ／ 直 径 比大 。 输 出 力 ／ 重 量 比 大 的 突 出 优 点 。 能 产 生 相 当 于 同 直 径 气 缸 数 倍 的 拉 伸 力 _ 2 ] ， 其 缺 点 是 只 能 提 供 拉 力 ， 而 不 能 提 供 推 力 。 1 气动 肌腱驱动 的基于一般杠杆一 t o g g le增 力 机构 的夹 紧装 置 3种 结 构 形 式 的 气 动 肌 腱 驱 动 的 基 于 一 般 杠 杆 一 t o g g l e增 力 机 构 的 单 点 夹 紧 装 置 的 工 作 原 理 分 别 如 图 1 、 图 2、 图 3所 示 。 夹 紧 装 置 均 由 气 动 肌 腱 、 一 般 杠 杆 、 t o g g l e增 力 机 构 组 成 。 这 3种 结 构 形 式 的 夹 具 ， 工 作 原 理 相 同 ， 当压 缩 空 气 进 入 气 动 肌 腱 内 部 后 ， 气 动 肌 腱 产 收稿 日期 2 0 1 1年 4月 生 收 缩 力 ， 通 过 铰 杆 间 的 角 度 效 应 进 行 一 次 力 放 大 ， 再 通 过 一 般 杠 杆 的长 度 效 应 将 力 进 行 二 次 放 大 ，从 而 使 杠 杆 的 另 一 端 输 出 力 ， 压 紧 工 件 。 为 方 便 计 算 和 比 较 ． 引 人 力 放 大 因 数 的 概 念 ， 力 放 大 因 数 是 杠 杆 一 t o g g l e增 力 机 构 的 输 出 力 与 输 入 力 的 比 值 ，不 考 虑 摩 擦 损 失 的 为 理 论 力 放 大 因 数 ，用 i 表 示 ， 考 虑 摩 擦 损 失 的 为 实 际 力 放 大 因 数 ， 用 i 表 示 。 图 1所 示 装 置 的 理 论 力 放 大 因 数 和 实 际 力 放 大 因 X8 3 X8 1 Z- 5 2 Z -8 2 订2 AN G 1 3 5／ f 倒角 GO Z1 0 X3 o o Z 3 o 0 T 4D1／ ／ 2 ． 6 m m宽槽刀 G0Xl 1 2 Z 5 Z一 5 G1 X1 1 5- 3 F 0 ． 1 G0X1 1 O Zl O X3 0 0 Z 3 o 0 T 5 D 5， ， 5 ．5 mm宽 内孔端面槽刀 机械制造4 9卷 第5 6 6期 GOX1 0 2 Zl 0 Z一 51 G1 Z- 5 3 ． 5 G0 Z1 0 X3 o 0 Z3 0 oM9M5 M 3 O 4结束语 新 工 装 结 构 紧 凑 ， 装 夹 迅 速 ， 可 靠 ， 定 位 准 确 。 采 用 新工 艺后 ， 该 活塞零 件 的 同轴度 能达 到要 求 。 新 工艺 工 装 操 作 和 制 造 简 单 ， 适 合 大 批 量 生 产 。 产 品 质 量 稳 定 ， 大 大 提 高 了加 工 效 率 。 取 得 了 可 观 的 经 济 效 益 。 △ 编 辑 丁 罡 2 1 1 1 1 ／ 1 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 式 中 。 为 理 论 输 出 力 ； F o 。 为 实 际 输 出 力 ； 为 铰 杆 的 理 论 压 力 角 见 图 1 ； 叼 为 机 构 的 机 械 传 递 效 率 ； l ， 为 杠 杆 主 动 臂 的 长 度 ； Z 为 杠 杆 被 动 臂 的 长 度 ； 为 铰 杆 两铰接处的当量摩擦角， a r c s in 孕 ． Z为 铰 杆 两 铰 支 点 的 中 心 距 ； r为 铰 链 轴 的 半 径 i 厂 为 铰 链 副 的 摩 擦 因 数 贝 U 瓦 叼 3 当 工 件 由 于 受 工 艺 系 统 空 间 位 置 的 限 制 ，需 要 夹 紧 力 方 向 与 气 动 肌 腱 收 缩 力 方 向 一 致 时 ，可 以使 用 曲 杠 杆 来 代 替 直 杠 杆 ， 如 图 2 、 图 3所 示 。 其 工 作 原 理 及 力 学 计 算 公 式 与 图 1相 同 。 上 述 两 种 装 置 还 可 以 根 据 具 体 情 况 ．适 当改 变 杠 杆 的 角 度 以适 应 不 同 位 置 夹 紧 的 要 求 ．其 工 作 原 理 及 力 学 计 算 与 上 图 相 同 ， 不 再 重 复 。 2 气 动肌腱驱动 的基于恒增 力杠杆- t o g g le增 力机构的夹紧装置 气 动 肌 腱 驱 动 的 基 于 恒 增 力 杠 杆 一 t o g g l e增 力 机 构 的 夹 紧 装 置 的 工 作 原 理 如 图 4所 示 。 该 夹 紧 装 置 用 恒 增 力 杠 杆 替 代 了 一 般 杠 杆 ，其 理 论 和 实 际 力 放 大 因数 的计 算 公 式 分 别 是 拿 4 “ 一 _ 争 叼 11 12 5 则 1 1 1 2 叼 6 2 0 1 1 ／ 1 0 考 虑 到 实 际 情 况 ， 在 夹 紧 装 置 整 体 尺 寸 不 变 时 ， 使 用 恒 增 力 杠 杆 可 以使 杠 杆 的 主 动 臂 变 大 ， 因 此 可 以 提 高 增 力 因 数 。 3应用举例 设 采 用 MAS 2 2 0型 号 气 动 肌 腱 E 2 ] ， 气 动 肌 腱 收 缩 力 1 2 0 0 N， 我 们 取 5 。 ，并 设 Z 3 0 0 mm， ／ 2 1 5 0 mm ， 7 ／ 0 ． 9 5， 代 入 式 2， 可 计 算 得 系 统 的 实 际 增 力 因 数 i 5 ． 3 9， 将 其 代 入 式 3 ， 计 算 得 输 出 力 6 4 6 5 N， 而 将 上 述 参 数 代 入 式 5 ， 计 算 得 系 统 的 实 际 增 力 因 数 i 一8 ． 0 8， 将 其 代 入 式 6， 计 算 得 输 出 力 一9 6 9 7 N， 可 见 增 力 效 果 均 非 常 明 显 ， 因 此 可 根 据 具 体 的 要 求 选 择 不 同 的结 构 形 式 。 4结束语 使 用 气 动 肌 腱 作 为 驱 动 源 ， 较 好 地 适 应 了 传 动 技 术 绿 色 化 的 发 展 趋 势 ， 本 文 基 于 此 ， 使 用 柔 性 气 动 肌 腱 与 机 械 增 力 机 构 进 行 各 种 串 联 组 合 ，来 代 替 容 易 产 生 污 染 的 液 压 传 动 。 不 仅 满 足 了 增 力 性 能 指 标 ， 而 且 绿 色 环 保 无 污 染 ． 可 以 广 泛 应 用 于 需 要 较 大 输 出 力 且 结 构 尺 寸 受 限 制 的 场 合 ，希 望 本 文 能 够 引 起 相 关 领 域 工 程 技 术 人 员 的 关 注 ，从 而 使 夹 具 技 术 绿 色 化 的 研 究 在 现 代 制 造 业 中 得 到 更 广 泛 的 应 用 。 参 考 文 献 [ 1 ] 王明娣， 钟康 民， 左敦稳， 等． 绿 色夹具 基于气动肌腱 与 机械增力 机构 的夹具系统[ J ] ． 南 京航空航 天大学 学报， 2 0 0 5。 3 7 Z1 1 1 3 一l 1 7 [ 2 ] 王雄耀． 介绍一 种气动新产 品仿 生气动肌 肉腱 [ J] ． 液 压气动与密封， 2 0 0 2 1 3 l 一 3 5 ． [ 3 ] 林文焕， 陈本通 ． 机床夹具设计 [ M ] ． 北京 国防工业 出版社 ， 1 9 8 7 5 1 5 2 △ 编辑 功 成 机械制造4 9 卷 第5 6 6 期 为 { ； 删 一 一 式 一一一 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m