基于铰杆增力自锁机构的冲击式气动夹具.pdf

基于铰杆增力自锁机构的冲击式气动夹具 口司广琚 口钟康民 苏州大学 机电工程学院 苏州 2 1 5 0 2 1 摘要介绍 了一种基 于铰 杆增力 自锁机 构的冲击式气动 夹具的工作原理 ， 给 出了其力 学计算公 式。 该 夹具由无杆 活塞 气缸 与杠杆 一 铰杆 式两级增 力机构组成 ， 其 突出特点是利用 气缸 活塞加速运动所 产生的冲击力 ， 来松开过 死点 的铰 杆机构 ， 在切 削加工过程较 长的场合 ， 节能效果显著 。 关键词 铰杆增力机构 自锁冲击力气动夹具绿色制造 中图分类号 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 0 8 0 2 0 0 6 70 2 气 动夹 具 的传 动 介 质是 清 洁 的 压缩 空气 ， 绿 色化 程度 相 当高 。 然 而 ， 气 压传 动 的致命 缺 点是 系统 压力不 可 能 太 高 一 般 P0 ． 40 ． 7 MP a ， 因 而 往 往 造 成 气 缸直 径过 大 。 解 决这 一 问题 的有效 途径 ， 一是 利用 机械 增力 机构 将气缸 的输 出力 放 大后 ， 再作 用 于工件 上 ； 二 是将 气压 传动 与具 有 自锁 功 能 的斜 楔 、 凸轮 、 铰杆 等增 力机 构 进行 组 合 ， 以便 在加 工 过程 中能 停止 供 应 压缩 空气 ， 实 现 节 能 。 但 具 有 自锁 功能 的 增力 机 构 ， 所需 要 的松 开作用 力 ， 要 显 著大 于夹 紧 时施 加 的作用 力 ， 这无 疑增加 了对 气体 压力 的匹配难 度 。 以往 ， 气压 传动 与 自 锁增力 机构 的组合 应用 甚少 ， 其 原 因也在 于此 。 为 了提 高夹 具 的 绿 色化 水平 ， 我们 提 出 了利用 气 缸 活 塞 加 速 运 动 所 产 生 的 冲 击 力 ， 来 松 开 斜 楔 、 凸 轮 、 铰 杆 等 自锁 增 力 机 构 的 构 想 ， 并 设 计 了基 于 铰 杆 增 力 自锁 机 构 的 冲 击 式 气 动 夹 具 。 1 工作原理 该 夹 具 的 工 作 原 理 如 图 1 所 示 。 在 气 缸 内放 置 一 个 无 杆 的 活 塞 ， 活 塞 的 中 部 加 工 有 一 通 过 活 塞 中 心 的 轴 向长槽 。 驱 动杠杆 一端 的球 头 ， 以较 大 的空隙插 入 活塞 的轴 向 长 槽 中 球 头 直 径 远 小 于 轴 向 长 槽 的轴 向 长 度 ， 驱动 杠 杆 的另 一 端 为 固定 铰链 ， 中间用 活 动铰链 通过 中间杆 与双边 铰杆 机构 相 组合 。 初始 位置 时 ， 驱 动 杠 杆顶 端 球 头位 于 长槽 的右 侧 。 当活 塞在 缸 左腔 压 缩 空气 的作 用下 ， 以一定加 速 度 向右 运 动一 段距 离后 。 轴 向槽 左 壁 才 与驱 动杠 杆 顶 端 球 头部 相 接触 ， 并 给球 头 施 加 一 个 冲 击 力 。 在 此 冲击 力 的作 用 下 ， 驱 动 杠 杆 以 0- 为轴心 ， 作顺 时针 方 向摆动 。 从 而驱 动 中间杆与 双边 铰杆 机构 向右 动作 。 活 塞所 受 的轴 向力 ， 经过驱 动杠 杆 一 铰 杆 二 次 放 大 后 ， 由力 输 出件 向外输 出作 用 力 。 作用 到工 件上 。 为 了实 现绿 色化 和工 件 的可靠 夹 紧 ， 夹 收稿 日期 2 0 0 7 年8 月 机械制造4 6卷第5 2 2 期 具 夹 紧 时双 边铰 杆 机构 常 被 推 到超 过 死 点 的位 置 。 如 图1 所 示 。 此 时 ， 利 用 双边 铰杆 弹性 变 形产 生 的弹性 反 力作 用 到工件 上 ， 实现夹 紧。 同时采 用一 个 限位装 置来 保证 在该 位置 系统 处 于 自锁 状态 ， 不 会发 生 松脱 。 此后 便 可对 工 件 进行 切 削 n - r， 加 工 过 程 中可 停 止 向气 缸 供 气 ， 以实现节 能 。 切 削加工 完毕 后 ， 气 动换 向阀换 位 ， 使 压 缩空 气进 入 气缸 右 腔 。 活 塞 同样 以一 定 加 速 度 向左 运 动 一段 距 离 后 。 通 过轴 向槽 右壁 给 驱动 杠 杆 球 头施 加 一 个 冲击 力 ， 从 而 实现 在较 小 的系统 压 力 下 推 动杠 杆 作 逆 时针 方 向摆 动 ， 驱使 铰杆 作反 向运 动超 越 死点 ， 带 动力 输 出 件 向上运 动 ， 完 成 复位 ， 松开工 件 。 2 力学计算 不 考 虑 摩 擦 时 ， 图 1 所 示 夹 具 系 统 的 理 论 垂 直 方 向 2 0 0 8 ／ 2 回 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 输 出力 Fo 。 可用 下式 计算 二 1 o l t 、 ‘ ， L , O 式 中 铰 杆 材 料 的 弹 性 模 量 A 铰 杆横 截 面面积 ～ 如 图 1 中 所 示 铰 杆 初 始 长 度 铰 杆 弹 性 变 形 后 长 度 3 适用场合 上 述 基 于 铰 杆 增 力 自锁 机 构 的 冲 击 式 气 动 夹 具 ， 适 合在 下列 场合应 用 。 1 气缸 直径受 限制 的场合 。 图 1 所 示 的夹 紧机构 实 质 上 属 于 串连式 的两 级增 力 机 构 ， 其 中杠 杆作 用 为 第 一 级 ， 铰 杆作 用 为 第 二级 。 因此 ， 在 要求 输 出的夹 紧 力 一 定 的条件 下 ， 采 用 以上夹 具能显 著减 小气 缸 的直 径 。 2 用 气 动夹 具 代 替液 压 夹 具 的场 合 。 气 动夹 具 的 优点是 介质 清洁 ， 可 以说是 一种 “ 准 绿色 ” 夹具 ， 缺点 是 系统 压 力不 可 能太 高 ， 因而 往 往造 成 夹具 体 积过 于庞 大 。 而 液 压 夹 具 在 上 述 两 个 方 面 的 特 点 与 气 动 夹 具 基 本 相 反 。 利 用 本 文 提 出 的 机 构 ， 在 很 多 情 况 下 可 以 用 气 动夹 具 来代 替 液压 夹 具 ， 这 在 一定 程 度 上适 应 了现 代 制造技 术对 夹具 绿色 化 的发展要 求 。 3 要求 输 出力方 向 与气缸 或液 压缸 轴线 相垂直 的 场合 。 T程 实践 中经 常碰 到一些 夹 具 因为结构 原 因 ， 需 要输 出力 方 向与气 缸 的轴线 相 垂 直 。 采 用本 文 所示 夹 具 能 较 好 地 解 决 这 一 问 题 。 4 夹具特点 本 文 提 出 的基 于 铰 杆 增 力 自锁 机 构 的 冲 击 式 气 动 夹 具 ， 具 有 以 下 特 点 。 1 结构 较 为紧凑 ， 刚性 较 好 。 2 利 用 两 级 增 力 机 构 的 力 放 大 功 能 ， 在 输 出 力 一 定 的条件 下 ， 可显著 降低 气动 系 统 的压力 ， 或 显著 减小 整 个 系 统 的体 积 。 在 系 统 压 力 一 定 的 条 件 下 ， 则 可 显 著 提 高输 出力 。 3 在 气动 夹具 中 ， 利 用机 构 的 白锁 功 能 ， 在需 要长 时 间保 持 作用 力 的场合 ， 可 以让 提供 压缩 气 体 的设 备 停 止 工 作 ， 节 能 效 果 显 著 。 4 利 用 自锁 机 构 虽 然 可 以 实 现 节 能 ， 但 是 在 夹 具 复 位 的 过 程 中 必 须 克 服 较 大 的 工 作 阻 力 ， 对 系 统 压 力 要求 较高 。 为 了降低 系统 压力 ， 对 气缸 的结构作 了创 新 性 设计 ， 引入 冲 击力 的作 用 ， 较好 地 解 决 了这 一 矛盾 ， 同 时 实 现 了节 能 目的 。 参 考 文 献 1 林文焕， 陈本通编著． 机床夹具设计【 M】 ． 北京 国防工业出 版社。 1 9 8 7 ． 2 钟康民， 宋强， 郭培全． 钢球增力液压夹具【 J 】 ． 制造技术与机 床， 1 9 9 9 ， 1 1 4 7 4 8 ． 3 钟康民， 偏心夹紧流体传动夹具【 J 】 ． 新技术新工艺， 2 0 0 3 ， 1 2 ． 4 E d w a r d G H o ff m a n ． J i g a n d F i x t u r e D e s i g n ． F o u r t h E d i t i o n 【 M】 ． A l b a n y ， US A D e l ma r P u b l i s h e r s ， 1 9 9 6． 5 现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编．现代机械 制造工艺装备标准应用手册【 M】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 7 ． △ 编 辑 功 成 风 电 核 电 将 成 新 能 源 “重 头 戏 “ 日前 ， 在北京召开的2 0 0 7 年中国能源可持续发展论坛 上 ， 根据 中国能源企 业绿色指数评选 出了包钢 、 宝钢 、 广东 电力 、 桂冠电力等中国能源绿色企业5 0 佳。 长期以来， 由于我国缺乏资源环境核算体系， 致使将 资源环境核算纳入国民财富核算的工作迟迟未能落实。 目 前， 由中国社科院下属单位发布的中国能源企业绿色评价 体系 简称“ 绿色指数” ， 将为社会资源环境核算提供参考 指标和评价依据， 也为能源企业节能减排提供了参考依据 和度量方法。 相关专家学者认为 ， 风电、 核电即将在未来新能源发 展过程中唱“ 重头戏” ， 国家还将陆续制定相关鼓励政策， 继续加大对发展风电、 核电企业的扶持力度。 据介绍， 我国的风电资源量在1 0 亿 k W左右 ， 目前仅 开发几百万 k W。 在国家政策的鼓励之下， 各地方与企业发 20 08／2 展风电的积极性很高， 但同时也出现了抢占资源、 规模化程 度不够等方面的问题。 专家指 出， 当前应规范风 电的开发秩 序， 落实上网电价等优惠政策， 解决风力发电的不确定性及 对 电网安全的影 响问题 。 在发展核电方面， 目前我国的核电装机容量不到发电 装机容量的2 ％， 远低于世界1 7 ％的平均水平。 在今后一个 时期 ， 为优化能源结构， 核电的比重要保持相对较快的发展 速度， 规模要在短期内有较大的提升， 不光是沿海， 还要逐 步 向中部地 区发展 。 我国不仅能源缺乏， 而且能源结构也不合理 ， 清洁能 源所占比重很少。 世界的能源结构是煤炭占2 6 ％、 天然气和 石油占6 4 ％ 、 水电和核电占1 0 ％， 而我国的煤炭占7 6 ． 7 ％、 原 油占1 1 ． 9 ％ 、 天然气仅 占3 ． 5 ％ 。 李颖 机械镧造4 6 卷 第5 2 2 期 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m