一种新型的气动肌腱驱动的双工位交替工作的增力夹具.pdf

与 中图分类号 T H1 1 2 T G 7 5 6 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 f 2 0 1 1 、1 0 0 0 7 5 0 3 A Ne w Ty p e o f Two - Po s i t i o n Al t e r n a t e W 0 r k F i x t u r e Dr i v e n b y Pne um a t i c M us c l e Q I N P e i l i a n g ， 2 7 Z HO N G K a n g - m i n 1 ． S u z h o u P o l y t e c h n i c I n s t i t u t e o f A g r i c u l t u r e ，S u z h o u 2 1 5 0 0 8 ，C h i n a ；2 ． S c h o o l o f Me 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 r i 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 h i n a Ab s t r a c t A n e w T y p e o f t wo p o s i t i o n a h e ma t e wo r k a n d h i g h l y e f f i c i e n t fi x t u r e d r i v e n b y p n e uma t i c mu s c l e i s i n t r o d u c e d ．By u s i n g t wo p n e u ma t i c mu s c l e s a l t e r n a t e l y ， a n d u s i n g t h e e t e rn a l l e v e r f o r c e a mpl i fi e r a n d t o g g l e a s f o r c e ma g n i f y i n g i n s t i t u t i o n s ，t h e a l t e r n a t e wo r k i n g o f t wo wo r k t a b l e s p a r t s c a n b e r e a l i z e d ，a n d t h e p r o d u c t i o n e f fic i e n c y i s i mp r o v e d s i gni fic a n t l y ．T h i s fi x t u r e h a s s i mp l e s t r u c t u r e ，f o r c e ma g n i f y i n g e f f e c t s i gn i fi c a n t l y ，a n d n o p o l l u t i o n ．I t i s a da p t t o t h e d e v e l o p me n t t r e n d o f t h e fix t u r e g r e e n i n g ． Ke y wo r d spn e u ma t i c mus c l e； l e v e r；t o g g l e me c h a n i s m ；fix t u r e 1引 言 随着绿色制造理念 的不断深入 ．使用新能源、 环保节能的增力夹具必将取代传统夹具 ，成为主 力军 。气 动肌腱作为一种新 型的气动执行元 件 ， 绿色环保 ，无污染 ，具有功率／ 质量 比高 ，功率／ 直 径 比大的特点 。它是一个高效 的能量转换器 ，其 本身没有相对运动元件 ，它模仿 自然肌腱的运动 ， 如同很 多动物 的肌 肉那样产生很强 的收缩力E l i 。 在 有效 工作 范 围内 ．收缩最 高达 到额 定长 度 的 1 5 ％。因此 ，近年来 ，气动肌腱在夹具设计领域 倍 受关注 ， 并 出现 了以气 动肌腱代 替传统 气缸 的传动技术 [ 2 - 4 3 。本文将气动肌腱与恒增力杠杆 及 t o g g l e机构相组合 ，充分考虑 了气动肌腱 的拉 力 随收缩量的增加 而减小 ．t o g g l e机构 的力 放大 系数随压力角 的减小而增加 的关系 ．实现夹紧作 用 。同时使用两个气动肌腱驱动 ，可实现一个工 件加工与另一个工件拆装 同步进行 ，生产效率大 大 提高 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 1 8 2工作原理 气动肌腱驱动的双工位交替工作 的高效增力 夹具 的工作原理如图 1 及 图 2所示 ，该夹具由两 图 1 气动肌腱 驱动的双工位交替工作 的高效 增力夹具 右侧夹紧 与 开发 个相同直径的气动肌腱 、恒增力杠杆 、铰杆 以及 力输出件组成。气动肌腱 由一个二位 四通 阀控制 工作状态。当气动肌腱充入压缩空气后 ， 就会引 起径 向膨胀 以及轴 向收缩 。 从而产生 轴 向收缩 力 。如图 1所示 ，当压缩空气充入气动肌腱 内部 后 ，它就产生相应 的收缩力 ，此时另一个气动 肌腱处于松弛状态 ，收缩力 经恒增力杠杆进行 第一次放大 ．再经 t o g g l e机构 的角度效应产生二 级力放大 ， 从而得到最终 的夹紧力 ，从而达到 夹 紧右侧工件 的 目的 ，与此 同时 ．左侧工位上的 工件在限位柔索 的作用下处于松开状态 。当右侧 工件加工完毕后 ，四通 阀换 向，气动肌腱 的状态 互换 ．左侧工件处于松开状态 ，而右侧工件处于 夹紧状态 ，如 图 2所示 。在实际应用 中 ，该夹具 可以在气动肌腱体积大小一定 的情况下 ，通过铰 杆及恒增力杠 杆的增力作用显著增加 夹紧力 的大 小 ，又可以在夹紧力要求一定的条件下 ，减小整 个 系统的体积 。该夹具可以实现双工位交替工作 ， 显著提高了效率。 图 2 气 动肌腱驱动的双工位交替工作的高效 增力夹具 左侧夹紧 3力学计算 图 l 及 图 2所示夹具压头的输 出力 的计算 公式为 式 中 为气动肌腱 的收缩力 ； 为铰杆增 力机构理论压力角 如图 1 、2所示 ；7 ／ 为机构 的机械效率 ； 为恒增力杠杆 主动臂长 ；Z 为恒 增力杠杆被动臂长 ； 为铰杆两铰接处的 当量摩 擦角， a r c s in 孕 ； r 为铰链中心距； z 为铰 ￡ 链轴的半径 ；厂 为铰链副的摩擦系数。 在实际应用 中．由于气动肌腱的拉力不是恒 定的 ，拉力会随收缩量的增加而减小 ，而平行 同 步 t o g g l e机构的力放大系数 随压力角 的减小而增 加 ，本论文创新设计充分考虑 了这二者之 间的弥 补关系 ，使得压力机 的力输 出曲线得到了很好 的 改善。 4性能分析及应用场合 该夹具使用气动肌腱作为驱动元件 ，绿色环 保 ，与恒增力杠杆及 t o g g l e增力机构进行巧妙 的 对称组合 ，克服 了传统气动元件输 出力小的缺点 ， 具有力放大效果显著、刚性好 、空 间利用率高的 优点 。T o g g l e机构压力角与增力系数 的关 系曲线 如图 3所示。 l z 0 l 0 0 8 0 -R 鬻 6 o 4 0 2 0 00 5 0 ． 1 01 5 02 0． 2 ,5 03 0 3 6 04 O ． 45 饺杆压力角 t t ／ r a d 图 3 t o g g l e机构压力角与增力系数的关 系曲线 图 5结束 语 气动肌腱作为一种能提供双 向拉力无污染的 新型气动执行元件。 顺应了制造业绿色化的发展趋 势 ，与恒增力杠杆 、t o g g l e机构进行组合而成 的夹 具 ，可代替传统 刚性气缸驱动的夹具 ，具有结构 紧凑 。增力效果明显 的优点 。因此它必将在越来 越多的领域 中得到推广和应用 。本夹具采取 了总 体结构对称布局 ，各机构元件都分布得很有规律， 符合科学美学 的对称性理念 。 研 参考文献 [ 1 ]王雄耀 ． 介 绍一种 气动新 产品一仿 生气动肌 肉腱[ J ]． 液压 气动与 密封 ，2 0 0 2 0 1 3 1 3 5 ． [ 2 ]鹿 霖， 钟 康 民． 气动肌腱 驱 动的 形封 闭偏心 夹紧装置 U]． 液压与气动，2 0 0 8 3 3 1 3 2． [ 3 ]秦 乐宁 ，钱 志 良． 气动肌腱 驱动的 三次增 力机 构 [ J ]． 液 压 与 气动 ，2 0 0 8 1 2 5 2 5 3． [ 4 ]柏 青 ，钟康 民． 基 于气 动肌 腱 的 三级 增 力 压 紧装 置 U]． 轻工机械，2 0 0 9 ，2 7 1 9 0 9 1 ． [ 5 ]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 ． 第一作者简介 秦培亮 ，男 ，1 9 8 1 年生 ，江苏徐州人 ，硕 士研究生 。研究领域 机械设计及制造。 编辑 向 飞 丰 田 将 在 中 国 生 产 混 合 动 力 汽 车 核 心 零 部 件 丰田汽车近日表示 。其混合动力汽车发 动机和电池等核心零部件将在中国实现本地化生产。发动机和电池直 接决定混合动力汽车的行驶距离和油耗 ，这 是丰田汽车首次在海外生产核心零部件。 丰田在中国生产核心零部件反映了其对中国市场的重视和扩大开拓中国市场的决心。2 0 0 8年丰田汽车中国 市场 占有 率为 1 0 ． 3 ％，排 名第 2。但 2 O 1 1年已下降到 5． 7 茗，排名第 5 。丰田混合动力汽车 2 0 1 0年 全球 销量 6 9万台 。过去 5年间增长 了 3倍 ，但在 中国市场却销售低迷 ，2 0 1 O年 普锐斯 在中国仅 卖出 7 0台。据 悉 ，丰田 汽车将 于 2 0 1 2年与 中国一汽 合资 生产 普锐斯最新车型 ，最早将于 2 O 1 3年在 中国开始生产核心零部件 。 此外 。稀土是生产发 动机所用永久磁铁 的不可缺少的原材料 ，丰田在中国生产核心零 部件 也有确保 生产稳定 性的考虑。 长 城 1 ． 5 T 发 动 机 成 功 量 产 由长城汽车动力研 究院 自主研发的长城 1 ． 5 T涡轮增压发动机 日前成功量产 ，成都车展亮相 的腾翼 C 5 0已经抢先搭载这一动 力，同时还将搭载在哈 弗 H6等后 续产品之 中，全 面应用指 日 可待。 长城 1 ． 5 T 涡轮增压发动机”一举双突破” ．不仅是 国内首款 1 ． 5 L量产废 气涡轮增压汽油机 ， 也是 国内首款铝合金缸体的增压汽油机。相比同排量发动机 ，由于发动机采 用了在缸体、缸盖 、 进气歧 管采用铝合金材质 ，气缸盖罩采用塑料材质的措施 ，从 而让整机 重量 下降 了2 0 ％，整车 油耗 下降 1 6 ％，有效地改善 了整 车经济性。同时，它的功 率提升 了 2 5 ． 6 ％，扭矩提升 了 3 6 ． 2 ％， 可轻松达到 1 ． 8 L发动机的功率和扭矩 ，能显著实现更好的动力性及燃油经济性。 “ 增压” 、 “ 小排量化”已成为 当前 国际发动机 不可逆转的发展趋势。在节能减排的全球趋 势 下 ，更 大动 力 ．更 小排 放 的 涡轮 增 压发 动机 将 成 为市 场 宠儿 。而此 前 国 内 1 ． 4 L 2 ． 0 L增压机 型 市场上 ，1 ． 5 L排量的发动机仍是 空白。长城汽车已经把握到 了这种趋势 ，1 ． 5 T发动机的成功量 产 ．填补 了该 领域 的 空 白。 在 中国 自主品牌企业中．长城是最早掌握核心动力的企业之一，早在 2 0年前 ，该公司就建 成 了一流的发动机生产基地 ．现在 已具备两个发动机 生产基 地。在业界有影响的是 德 国博世 公 司联合开发的电控 高压共轨 柴油动力、小排量 w T全铝发动机、绿静 2 ． 0 T柴油动力等 ，这 些动力 匹配在主力车型上得到 了普及和应用，在业界产生 了深刻的影响 ，成为 了长城汽车销量 持续上升的重要原 因。