液压-机械复合夹紧装置.pdf

液压一 机械复合夹紧装置 盛小明 李 欣钟康民 苏州大学机电工程学院， 江苏 苏州 2 1 5 0 2 1 F u n cli0 n u n ns 功能都件 摘要 提出了以可装配式内置齿条活塞杆与 曲柄连杆机构组合得到液压一 机械复合夹紧装置的创新设计 理念， 给 出了具体设计案例和力学计算公式。案例说明， 内置齿条活塞杆与 曲柄连杆机构组合构成 的液压一 机械复合夹紧装置 ， 具有高性能、 高灵活性 、 短开发周期、 低生产成本的特点。 关键词 复合夹紧装置 内置活塞杆液压缸 曲柄连杆机构 H y d r a u l i c - Me c h a n i c a l Co mp o s i t e Cl a mp i n g D e v i c e SHENG Xi a o mi n g，L I Xi n，ZHONG Ka n g mi n S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e ri n g ，S o o c h o w U n i v e r s i t y ， S u z h o u 2 1 5 0 2 1 ， C HN Ab s t r a c t An i n n o v a t i v e d e s i g n i s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r t h a t c o mp o s i t e c l a mp i n g d e v i c e i s b a s e d o n p i s t o n - r o d b ui l t i n h y d r a u l i c c y l i n d e r a n d c r a n k-l i n k me c h a n i s m．Th e c a l c u l a t i ng f o r mu l a s o f c o mp o s i t e c l a mp i n g d e v i c e a r e g i v e n a n d c h a r a c t e r i s t i c f e a t u r e s o f t h e s e d e v i c e s a y e a n aly s e d．By t hi s me a ns r e l e v a n t p r o d u c t s wi t h a d v a n t a g e s o f l o w c o s t ，hi g h c a pa b i l i t y a n d fle x i b i l i t y a n d s h o r t e mpo l d e r pe rio d wi l l b e o b- t a i n e d i n p r a c t i c e ． Ke y wo r d sCo mp o s i t e Cl a mpi n g De v i c e；Pi s t o n r o d Bui l t - i n；Hy d r a u l i c Cy l i n de r ；Cr a n k -l i n k Me c h a n i s m 随着各种设备对液压执行元件产品多样性、 个性 化要求的增高， 需要根据不同用途、 条件和性能对产品 进行设计制造。市场对产品需求 的变化越来越快 ， 开 发周期缩短 ， 产品的复杂性增加 ， 能够快速设计和制造 出符合上述要求的产品变得十分重要。 液压一 机械复合夹紧装置可以适应各种不 同机械 设备的需求 ， 满足 自动化设备模块化 、 可重用性 、 兼容 性和多种需求 的特点 ， 以较小技术复杂性实现较大 的 复合夹紧装置功能多样化 。 本文提出的基于内置齿条活塞杆式液压缸与曲柄 连杆机构 的复合夹紧装置 ， 具有利用现有产品模块 ， 形 成新产品的能力， 使产品生产周期缩短， 实现高质量、 大规模 、 快速、 经济地响应市场 的需求。 1 可装配液压一 机械复合夹紧装置的设计思 想 常见的内置齿条式活塞杆液压缸， 其优点是刚性 好、 结构紧凑 ， 但需通过串接其它机构才能输出力与运 动， 如通过齿条一 齿轮机构来实现输出往复摆动运动。 很多设计人员将齿条与活塞设计成整体式， 使得这种 结构液压缸， 只能适用于单一用途 ， 而不能适应不同用 途、 不同使用条件、 不同性能的需求。 等 ￡u Iu _耳 ‘ 为了使内置活塞杆式液压缸满足高性能 、 高灵活 性 、 短开发周期 、 低成本 的可重构设计理念， 这里提出 了内置装配式齿条活塞杆液压缸 的设计思想 ， 其特点 是 在不改变缸体 、 活塞结构与尺寸的前提下 ， 即缸体 、 活塞是可以重复利用的条件下 ， 只需改变齿条式活塞 杆与齿轮的结构尺寸 ， 即进行尺寸重构 ， 就可满足不同 的运动与力输 出的要求。 2 基于装配式齿条活塞杆的液压一 机械复合 夹紧装置 2 ． 1 外接正交 曲柄连杆机构的液压一 机械复合夹紧 装置 图 1 所示 的装置 ， 是在 内置装配式齿条活塞杆液 压缸的基本结构上 ， 外接一个正交曲柄连杆增力机构， 进行力的传递 、 放大与输出。 上述夹紧装置的输出力为 叩 。 叼 1 4 P r s i n 、 式中 为齿轮节圆半径 ； r 为 曲柄与齿轮铰接 中心至 齿轮几何中心的距离 ； 为连杆机构的理论压力角 如 图 1 所示 ； 为传动角， a r c s i n ／ s i n a ／ r ， Z 为连杆 的两个铰接 中心之间的距离 ； 叼 为液压缸 的机械效 功能都件 F u n c lio U n ils 率； 7 7 M 为曲柄连杆机构的机械效率。曲柄连杆机构的 实际增力系数 的计算公式为 ． Rc o s a ， 、 叼 L z 公式 2 显示， 当压力角 和传动角 较小时， 其 实际增力系数 i p 远大于 1 ， 即内置装配式齿条活塞杆 液压缸在外接一个正交 曲柄连杆增力机构后 ， 可 以将 活塞的输入力放大若干倍。 柄连杆机构 I 、＼ ＼ ＼ 图1 外接曲柄连杆机构的液压 一机械复合夹紧装置 2 ． 2 外接对称曲柄连杆机构液压 一 机械 复合夹紧装 置 图1 装置由于结构不对称， 活塞与力输出件都因 承受径向力而造成较大的摩擦损失。为改变该状态 ， 在保持活塞结构不变的基础上 ， 将 内置活塞杆设计成 双面齿条式 ， 得到图2外接对称 曲柄连杆机构的液压 一 机械复合夹紧装置。该装置的显著特点是 结构布 局对称， 活塞与力输出件的径向受力对称、 平衡， 所以 活塞与缸体内壁之间、 力输出件与其导向孔之间， 理论 上不存在偏载产生的摩擦力， 实际摩擦力也很小， 从而 改善了图 1 结构 中活塞和缸体之间单边磨损 的状态。 图 1所示装置与图 2所示装置的力学计算公式是 完全一致的。但是， 图2所示装置由于活塞与力输出 件受力对称、 平衡， 其力传递效率 叼 的值， 要显著高于 图1 所示装置， 其使用寿命也将得到相应提高。 3 结语 本文以内置齿条活塞杆式液压缸为基本结构， 配 图2 外接对称曲柄连秆机构的液压 一机械复合夹紧装置 合 曲柄连杆机械增力机构 ， 设计 了液压一 机械复合夹 紧装置， 以满足各种 自动化设备对输出力的需求。其 特点是 1 所设计的液压一 机械复合夹紧装置具有较大 的力放大系数 ， 而且结构对称摩擦力小 ， 可以用较低的 液压输入压力得到较大的输出力， 从而达到降低功率 消耗 、 降低设备成本的目的。 2 该液压～ 机械复合夹紧装置 ， 通过改变 内置多 功能活塞杆 、 机械增力机构 ， 还可以进行更多的设计和 扩展， 得到更多种类的液压一 机械复合夹紧装置， 以适 应各种不同自动化机械设备的需求。 3 该液压一 机械复合夹紧装置， 实现了以低的重 组成本 、 短开发周期得到具有高性能、 高灵活性的可重 构产品， 以满足市场对产品需求的变化越来越快、 产品 性能要求越来越高的特点。 参考文献 1 盛小明， 钟康民． 基于固定式无杆活塞缸驱动的增力夹紧机构[ J ] ． 机械制造 ， 2 0 0 5， 4 3 1 0 7 17 2 2 王维， 钟康民． 基于无杆活塞缸的双向对中夹紧装置[ J ] ． 机械制造， 2 0 0 7， 4 5 9 3 柏青， 钟康民． 基于无杆活塞气缸的气一 液复合传动增压装置[ J ] ． 流 体传动与控制 ， 2 0 0 6 1 o 3 1 3 5 第一作者 盛小明， 女， 1 9 6 0年生， 硕士， 高级工程 师 ， 主要从事液压与气压传动的教学与研 究工作， 已发 表论文近 2 O篇。 编辑蔡云生 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 1 0 文章编号 1 0 5 如果您想发表对本文的看 法t 请将文章 编号填入读者意 见调查表中的相应位 置。 等 ￡u lu 耳 爿； ‘ 删