工装夹具斜楔夹紧机构设计计算

工装夹具夹紧机构的选择需要满足加工方法工件所需夹紧力大小、工件结构、生产率等方面的要求,因此,在设计夹紧机构时，首先需要了解各种基本夹紧机构的工作特点(如能产生多大的夹紧力、自锁性能、夹紧行程、扩力比等)。

斜楔夹紧机构主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。如图1(a)所示为手动式斜楔夹紧机构,如图1(b)所示为机动式斜楔夹紧机构。

在图1(b)中,斜楔2在气动(或液动)作用下向前推进,装在斜楔2上方的柱塞3在弹簧的作用下推动压板6向前。当压板6与螺杆5靠近时，斜楔2继续前进,此时柱塞3压缩弹簧7而压板6停止不动。当斜楔2再向前前进时.压板6后端抬起,前端将工件压紧。斜楔2只能在楔座1的槽内滑动。当斜楔2向后退时,弹簧7将压板6抬起,斜楔2上的销子4将压板6拉回。

图1斜楔夹紧机构

1-楔座;2-斜楔;3-柱塞;4-销子;5- 螺杆;6-压板;7-弹簧

(1)斜楔机构夹紧力的计算

斜楔在夹紧过程中的受力分析如图2(a)所示。工件与夹具体给斜楔的作用力分别为F_w和R;工件和夹具体与斜楔的摩擦力分别为F₂和F₁相应的摩擦角分别为φ₂和φ₁。R与F₁的合力为R₁,F_w与F₂的合力为Q₁。

图2斜楔夹紧力的计算

当斜楔处于平衡状态时,根据静力学平衡,则

P=F2+R_1x，F_w=Rr，F₂=F_wtanφ₂，R_1x=Rtan(α+φ₁)

可得斜楔对工件所产生的夹紧力F_w为

F_w=P/（tan(α+φ₁)+tanφ₂）                   式1

式中P-夹紧原动力,N;

α-斜楔的楔角,(°),- .般为6°~ 10°;

φ₁和φ₂-斜楔与夹具体和工件间的摩擦角,(°)。

由于α、φ₁和φ₂均较小,设φ₁=φ₂ =φ,由式1可得

Fw=P/tan(α + 2φ)

(2)斜楔机构自锁条件

当工件夹紧并撤除夹紧原动力P后,夹紧机构依靠摩擦力的作用,仍能保持对工件的夹紧状态的现象称为自锁。根据这一要求, 当撤除夹紧原动力P后,此时摩擦力的方向与斜楔松开的趋势相反，斜楔自锁时的受力分析如图2(b)所示，要自锁必须满足:F2≥F",则斜楔夹紧的自锁条件为

α≤φ₁+φ₂

钢铁表面间的摩擦系数一般为f=0.1 ~0. 15,可知摩擦角φ₁和φ₂的值为5.75°~8.5°。因此,斜楔夹紧机构满足自锁的条件为α≤11. 5°~ 17°。但为了保证自锁可靠,一般取α= 10°~ 15°,或更小些。

(3)斜楔机构扩力比

扩力比也称为扩力系数i_p,是指在夹紧原动力P的作用下,夹紧机构所能产生的夹紧力F_w与夹紧原动力P的比值。

(4)斜楔机构行程比

一般把斜楔的移动行程L与工件需要的夹紧行程s的比值,称为行程比i_s,它在一定程度上反映了对某一工件夹紧的夹紧机构的尺寸大小。

当夹紧原动力P和斜楔行程L一定时,楔角α越小，则产生的夹紧力Fw和夹紧行程比就越大,而夹紧行程s却越小。此时楔面的工作长度加长,致使结构不紧凑,夹紧速度变慢。因此,在选择楔角α时,必须同时兼顾扩力比和夹紧行程,不可顾此失彼。

(5)斜楔机构应用场合

斜楔夹紧机构结构简单，工作可靠,但由于它的机械效率较低,很少直接应用于手动夹紧,而常用在工件尺寸公差较小的机动夹紧机构中。