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鋼球增力液壓夾具

在夾具設(shè)計(jì)中几研，采用適當(dāng)?shù)?a target="_blank" class="mmstipa1" >機(jī)械增力機(jī)構(gòu)與液壓傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合豆茫，可以有效地降低液壓系統(tǒng)的工作壓力舱沧，延長(zhǎng)其使用壽命馋劈。但是，將常見(jiàn)的杠桿增力機(jī)構(gòu)晾嘶、鉸桿增力機(jī)構(gòu)和斜楔增力機(jī)構(gòu)用于液壓夾具時(shí)妓雾，往往造成夾具結(jié)構(gòu)不緊湊娶吞，或摩擦損失較大。我們研究的鋼球增力式液壓夾具屁坛，則基本克服了上述缺點(diǎn)肖糖。

1 雙鋼球增力機(jī)構(gòu)與無(wú)桿液壓缸

  1. 工作原理
    圖1 所示為雙鋼球增力機(jī)構(gòu)與無(wú)桿液壓缸組成的液壓夾具，其工作原理是：當(dāng)換向閥在圖示位置宽缎，壓力油通往液壓缸左腔睹蜈，活塞向右運(yùn)動(dòng)，置于活塞中部孔中的鋼球推動(dòng)在其右上方的鋼球向上運(yùn)動(dòng)着雪；其右上方的鋼球以輸出力F推動(dòng)夾具上的夾緊元件來(lái)對(duì)工件進(jìn)行夾緊牲课。當(dāng)換向閥切換至右位工作時(shí)，活塞向左運(yùn)動(dòng)瞎励，使工件松開女灸。
  2. 力學(xué)計(jì)算
    經(jīng)建立力學(xué)模型并進(jìn)行分析后可知，如果忽略力傳遞過(guò)程中的摩擦損失蒜肥，圖1所示系統(tǒng)的理論輸出力Ft(單位N)但雨、理論增力系數(shù)it的計(jì)算公式為
    Ft=(pd2p/4)/tanat (1)
    it=Ft/(pd2p/4)=1/tanat (2)
    式中 d——活塞直徑，m
    p——液壓缸左腔壓力碟堵，Pa
    at——理論壓力角螺谅，rad或(°)
    圖1所示系統(tǒng)的實(shí)際輸出力Fp(單位N)及實(shí)際增力系數(shù)ip，可由下面的近似計(jì)算公式求得来累。

    Fp≈ pd2p/4
    —————
    tanat+tanj
    		 (3)
    ip≈ Fp = 1
    ———— —————
    (pd2p/4) tanat+tanj
    		 (4)
    式中 j為活塞與液壓缸內(nèi)壁之間的摩擦角砚作，單位為rad或(°)，即j=arctanμ(μ為活塞與液壓缸內(nèi)壁之間的摩擦系數(shù))佃扼。
    需要注意的是偎巢，式(3)、(4)是在忽略鋼球之間兼耀、鋼球與其約束孔之間的摩擦損失的條件下得到的压昼。此外，在進(jìn)行夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還要注意瘤运，應(yīng)對(duì)活塞設(shè)置周向定位裝置窍霞。

1.鋼球 2.液壓缸體 3.力作用線 4.活塞
圖1
1、5.鋼球 2.液壓缸體 3.力作用線 4.活塞
圖2

2 三鋼球增力機(jī)構(gòu)與無(wú)桿液壓缸

圖2 所示為三鋼球增力機(jī)構(gòu)與無(wú)桿液壓缸組成的液壓夾具拯坟，其工作原理是：活塞中部銑扁但金，并加工有一個(gè)通孔，孔內(nèi)置有一個(gè)鋼球郁季。當(dāng)換向閥在圖示位置時(shí)冷溃，壓力油通往液壓缸左腔，活塞向右運(yùn)動(dòng)弹双，置于活塞中部孔中的鋼球碰素，在其右下方鋼球的作用下雇法，便在孔中向上運(yùn)動(dòng)，并推動(dòng)其右上方的鋼球向上運(yùn)動(dòng)媒邀；其右上方的鋼球以輸出力 F推動(dòng)夾具上的夾緊元件來(lái)對(duì)工件進(jìn)行夾緊嗜吉。
圖2所示系統(tǒng)中，若右上方和右下方的兩個(gè)鋼球的中心位于同一條垂直線上滴推，則其理論輸出力Ft熄自、理論增力系數(shù)it的計(jì)算公式為
Ft=(pd2p/4)/2tanat (5)
it=Ft/(pd2p/4)=1/2tanat (6)
對(duì)于圖2所示系統(tǒng)，由于力在傳遞過(guò)程中的摩擦損失較小仪从，故其實(shí)際輸出力Fp和實(shí)際增力系數(shù)ip专菠，可以用理論公式來(lái)代替，進(jìn)行近似計(jì)算橘忿。

3 技術(shù)性能比較

圖1和圖2所示兩種系統(tǒng)的技術(shù)性能比較如下：
  1. 在結(jié)構(gòu)緊湊性和結(jié)構(gòu)剛性上药封，圖1系統(tǒng)優(yōu)于圖2系統(tǒng)。
  2. 活塞的有效位移相同時(shí)侯选，圖2系統(tǒng)中右上角鋼球的輸出位移吠谢，是圖1系統(tǒng)的2倍。
  3. 在活塞受力條件上诗茎，圖2系統(tǒng)優(yōu)于圖1系統(tǒng)工坊。不難看出，圖1系統(tǒng)中的活塞要承受很大的徑向力敢订，而圖2系統(tǒng)中的活塞所受的徑向力極小王污，可以忽略不計(jì)。
  4. 由活塞受力條件所決定楚午，圖1所示系統(tǒng)的摩擦損失要顯著大于圖2所示系統(tǒng)昭齐。盡管從計(jì)算公式(2)、(6)對(duì)比來(lái)看矾柜，圖1所示系統(tǒng)的理論增力系數(shù)it的值阱驾，是圖2所示系統(tǒng)的2倍。但由于圖1所示系統(tǒng)的摩擦損失較大怪蔑，所以當(dāng)理論壓力角較小時(shí)里覆，這兩種系統(tǒng)的實(shí)際增力系數(shù)ip的值，差距并不顯著缆瓣。例如哮瓦，設(shè)at=8°，j=6°啼厌，圖1及圖2所示系統(tǒng)的實(shí)際增力系數(shù)由式(4)及式(6)得ip1≈4.01岛盗，ip2≈3.56，圖1所示系統(tǒng)的實(shí)際增力系數(shù)僅是圖2所示系統(tǒng)的1.13倍终于。

4 結(jié) 論

  1. 鋼球增力機(jī)構(gòu)與無(wú)桿液壓缸組合而成的夾具系統(tǒng)牺鱼，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊樊何，制造工藝簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)是鋼球與其接觸的元件之間皆為點(diǎn)接觸跪晕，不宜承受過(guò)大的負(fù)載。
  2. 三鋼球增力機(jī)構(gòu)與無(wú)桿液壓缸組合而成的系統(tǒng)猜著，綜合技術(shù)性能指標(biāo)優(yōu)于雙鋼球增力機(jī)構(gòu)與無(wú)桿液壓缸組合而成的系統(tǒng)啄崖，設(shè)計(jì)夾具時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用。
  3. 鋼球增力式液壓夾具適合在要求夾緊自動(dòng)化的中小型機(jī)床上使用禀锋。


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