工装夹具螺旋夹紧机构设计计算

螺旋夹紧机构是手动夹紧机构中应用最广泛的一种,如图1所示为螺旋夹紧机构的几个简单例子。

图1螺旋夹紧机构示例

螺旋夹紧机构是从斜楔夹紧机构转化而来的,相当于将斜楔斜面绕在圆柱体上,转动螺旋时即可夹紧工件。如图2所示为手动单螺旋夹紧机构,转动手柄,使压紧螺钉1向下移动,通过浮动压块5将工件6夹紧。浮动压块既可增大夹紧接触面积,又能防止压紧螺钉旋转时带动工件偏转而破坏定位和损伤工件表面。螺旋夹紧机构的主要元件(如螺杆、压块等)现已标准化,设计时可参考机床夹具设计手册。

(1)单螺旋夹紧机构

单螺旋夹紧机构如图1(a)、图31(b)和图2所示，直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构,称为单螺旋机构。

1)螺旋夹紧机构夹紧力的计算

如图3所示为螺旋夹紧的受力分析。根据力矩平衡原理,可得螺旋夹紧机构的夹紧力Fw为

F_w=PL/(r₁tanφ₂ + r_ztan(α + φ₁))

式中L-手柄长度,mm;

r_z-螺旋中径一半 , mm;

r₁-压紧螺钉端部的当量摩擦半径,mm;

α-斜楔的楔角,(°),一般为2° ~4°;

φ1-螺旋与螺杆间的摩擦角,(°);

φ2-工件与螺杆头部(或压块)间的摩擦角,(°)。

图2手动单螺旋夹紧机构

1- 压紧螺钉;2- 螺纹衬套;3-止动螺钉:4--夹具体:5-浮动压块:6- 工件

图3 螺旋夹紧力的计算

1-螺母;2-螺杆;3-工件

2)螺旋夹紧机构自锁条件

螺旋夹紧机构自锁条件和斜楔夹紧的自锁条件相同,即α≤φ₁+φ₂。但螺旋夹紧机构的螺旋升角很小(一般为2° ~4°),故自锁性能好。

3)螺旋夹紧机构扩力比

因为螺旋升角小于斜楔的楔角，螺旋夹紧机构的扩力作用远远大于斜楔夹紧机构。

4螺旋夹紧机构)应用场合

螺旋夹紧机构结构简单,制造容易,夹紧行程大,扩力比大，自锁性能好,应用广泛,尤其适用于手动夹紧机构，但夹紧动作缓慢,效率低,不宜使用在自动化夹紧装置上。

(2)螺旋压板夹紧机构

夹紧机构中,结构形式变化最多的是螺旋压板机构。常见典型的螺旋压板机构如图4所示。可根据夹紧力的大小、工件高度、夹紧机构允许占有的部位和面积进行选择。例如，当夹具中只允许夹紧机构占很小面积,夹紧力要求不很大时，可选用如图4(c)所示的螺旋钩形压板机构。其特点是结构紧凑,使用方便。

图4螺旋压板夹 紧机构