典型夹紧机构及其特点

6.3.3　典型夹紧机构及其特点

夹紧机构的种类虽然很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。

1．斜楔夹紧机构

如图6-34所示为几种用斜楔夹紧工件的机构。

如图6-34（a）所示是在工件上钻互相垂直的Φ8mm、Φ5mm两组孔。工件装入后，锤击斜楔大头，夹紧工件。加工完毕后，锤击斜楔小头，松开工件。由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，且操作费时，所以，实际生产中应用不多，多数情况下是将斜楔与其它机构联合起来使用。如图6-34（b）所示是将斜楔与滑柱合成一种夹紧机构，一般用气压或液压驱动。如图6-34（c）所示是由端面斜楔与压板组合而成的夹紧机构。

（1）斜楔的夹紧力。如图6-35（a）所示是在外力F_Q作用下斜楔的受力情况。建立静平衡方程式：

F₁+F_RX=F_Q

而F₁=F_Jtanϕ₁，F_RX=F_Jtan（α+ϕ₂）。

所以有：

式中　F_J——斜楔对工件的夹紧力（N）；

α——斜楔升角（º）；

F_Q——加在斜楔上的作用力（N）；

ϕ₁——斜楔与工件间的摩擦角（º）；

ϕ₂——斜楔与夹具体间的摩擦角（º）。

图6-34　斜楔夹紧机构

1—夹具体　2—斜楔　3—工件

当ϕ₁、ϕ₂、σ均很小时（一般ϕ₁=ϕ₂=ϕ=5º～8º，α≤10º），夹紧力可用下式作近似计算：

图6-35　斜楔受力分析

（2）斜楔自锁条件。如图6-35（b）所示是作用力F_Q撤去后斜楔的受力情况。从图中可以看出，要自锁，必须满足：F₁＞F_RX。

由于：F₁=F_Jtanϕ₁，F_RX=F_Jtan（α−ϕ₂）可得：

tanϕ₁＞tan（α−ϕ₂）

由于ϕ₁、ϕ₂、α都很小，则tanϕ₁≈ϕ₁，tan（α−ϕ₂）≈α−ϕ₂。

为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取α＝6º～8º。用气压或液压装置驱动的斜楔不需要自锁，可取α=15º～30º。

（3）斜楔的扩力比。夹紧力与作用力之比称为扩力比（i=F_J/F_Q）或扩力系数。i的大小表示夹紧机构在传递力的过程中扩大（或缩小）作用力的倍数。

由式（6.1）可知，斜楔的扩力比为：

如取ϕ₁=ϕ₂=6º，α=10º，代入上式，得i=2.6。可见，在作用力F_Q不是很大的情况下，斜楔的夹紧力是不大的。

斜楔夹紧机构是夹紧机构中最基本的形式，适用于夹紧力大而行程小、以气动或液压为动力源的夹具。

2．螺旋夹紧机构

由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构，称为螺旋夹紧机构，见图6-36。螺旋夹紧机构包括单个螺旋夹紧机构和螺旋压板机构。

图6-36　螺旋夹紧机构

（1）单个螺旋夹紧机构。如图6-36（a）、（b）所示是直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹紧机构。在图6-36（a）中，螺钉头直接与工件表面接触，螺钉转动时，可能损伤工件表面，或带动工件旋转。改进结构如图6-37所示，是在螺钉头部装上的摆动压块，当摆动压块与工件接触后，由于压块与工件间的摩擦力矩大于压块与螺钉间的摩擦力矩，压块不会随螺钉一起转动。如图6-37（a）、（b）所示，A型的端面是光滑的，用于夹紧已加工表面；B型的端面有齿纹，用于夹紧毛坯面。当要求螺钉只移动不转动时，可采用如图6-37（c）所示结构。

图6-37　摆动压块

单个螺旋夹紧机构夹紧动作慢、工件装卸费时，如图6-38所示是常见的几种快速夹紧机构。

图6-38　快速螺旋夹紧机构

1—夹紧轴　2、4、5—手柄　3—摆动压块

图6-38（a）中使用了开口垫圈。图6-38（b）中采用了快卸螺母。图6-38（c）中，夹紧轴1上的直槽连着螺旋槽，先推动手柄2，使摆动压块迅速靠近工件，继而转动手柄，用螺旋段夹紧工件并自锁。图6-38（d）中的手柄4带动螺母旋转时，因手柄5的限制，螺母不能右移，致使螺杆带着摆动压块3往左移动，从而夹紧工件。松夹时，只要反转手柄4，稍微松开后，即可转动手柄5，为手柄4的快速右移让出了空间。

由于螺旋可以看成是绕在圆柱体上的斜楔，因此，螺旋夹紧机构的夹紧原理与斜楔夹紧相同，一般其螺旋升角即相当于斜楔楔角α ＜4°，扩力比i达到60～100，自锁性好，夹紧力大。

（2）螺旋压板机构。夹紧机构中，结构形式变化最多的是螺旋压板机构。如图6-39所示是螺旋压板机构的几种典型结构。其中如图6-39（a）所示可增大夹紧力；如图6-39（b）所示可增大行程；如图6-39（c）所示为铰链压板，可增大夹紧力；如图6-39（d）所示为回转压板；如图6-39（e）所示是螺旋钩形压板机构。其特点是结构紧凑；如图6-39（f）所示为万能自调压板，能适应100mm高度内不同高度，使用方便。

图6-39　螺旋压板机构

螺旋夹紧机构不仅结构简单，容易制造，而且由于缠绕在螺钉表面的螺旋线很长，升角又小，所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。

3．偏心夹紧机构

用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。常用的偏心件是圆偏心轮和偏心轴。如图6-40（a）、（b）所示用的是圆偏心轮，如图6-40（c）所示用的是偏心轴，如图6-40（d）所示用的是偏心叉。

图6-40　圆偏心夹紧机构

1—压板　2—偏心轮　3—偏心轮用垫板　4—快换垫圈　5—偏心轴　6—偏心叉　7—弧形压块

图6-41为圆偏心轮直接夹紧工件的原理图。偏心轮几何中心是C，回转中心是O，直径为D，偏心距为e。虚线部分是“基圆盘”，其半径r=D/2−e。当偏心轮绕回转中心顺时针方向旋转时，相当于一个弧形楔（阴影部分）逐渐楔入“基圆盘”与工件之间，从而夹紧工件。由此可见，偏心夹紧的工作原理与斜楔夹紧的作用原理相同。

图6-41　圆偏心轮的工作原理

从理论上讲，偏心轮下半部整个轮廓线上的任何一点都可以用做夹紧点，相当于偏心轮从0°转至180°，夹紧总行程为2e，但实际上为防止松夹和咬死，偏心轮工作段常取转角为60°～90°范围，可以获得比较稳定的自锁性。

偏心轮相当于绕在圆盘上的斜楔，故其自锁条件与斜楔自锁条件相同，不难推出当夹紧点自锁时，外径D和偏心距e的关系为：2e/D≤μ₁。其中μ₁为偏心轮与工件间的摩擦系数，当μ₁=0.15时，D/e≥14。

偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力不大（D/e=14时，i≈12），夹紧行程较小，一般用于切削力不大、振动小的场合，多用于小型工件的夹具中。