1308-機(jī)床夾具柔性化技術(shù)研究及設(shè)計(jì)
1308-機(jī)床夾具柔性化技術(shù)研究及設(shè)計(jì),機(jī)床,夾具,柔性,技術(shù)研究,設(shè)計(jì)
? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net新技術(shù)開發(fā)一種新型的鋼球增力液壓夾具蘇東寧 ,鐘康民(濟(jì)南大學(xué) ,山東 濟(jì)南 250000)摘要 :介紹了一種新型的鋼球增力液 (氣 )夾具 ,推出了其理論增力系數(shù)和實(shí)際增力系數(shù)的計(jì)算公式 ,并對它與其他兩種鋼球增力液壓夾具的性能進(jìn)行了比較。關(guān)鍵詞 :對稱 ;鋼球增力機(jī)構(gòu) ;無桿液壓缸 ;增力系數(shù) ;夾具 ;壓力角 ;摩擦損失中圖分類號 : TH13715 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :B 文章編號 :1006 - 0316(2003) 04 - 0066 - 03A ne w kind of hydraulic f ixture combined with steel — ball amplif ierSU Dong2ning , ZHON G Kang2min(Dept1of Mechanical Engineering of Jinan University , Jinan 250002 , China)Abstract :This paper introduces a new kind of hydraulic fixture combined with steel2ball amplifier , gives the formulas of ideal forceincreasing ratio and actual force increasing ratio1 The comparison in performance characteristics with other two kinds of hydraulic fix2tures combined with steel2ball amplifier was also shown1Key words :steel2ball amplifier ;rodless hydraulic cylinder ;force increasing ratio ;fixture ,symmetry ;pressure angle ;friction loss1收稿日期 :2003 - 01 - 13作者簡介 :蘇東寧 (1965 - ) ,機(jī)械工程碩士 ,講師。機(jī)械增力機(jī)構(gòu)與液壓夾具相結(jié)合 ,能有效地降低系統(tǒng)的工作壓力 ,延長工作壽命 ,減小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸。在各種增力機(jī)構(gòu)中 ,鋼球增力機(jī)構(gòu)具有力傳遞效率高 ,結(jié)構(gòu)簡單 ,制造工藝簡便的優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)\[1 \]中介紹了兩種基于鋼球增力機(jī)構(gòu)的液壓夾具 ,但其僅給出了理論增力系數(shù)的計(jì)算公式 ,這給實(shí)際應(yīng)用帶來不便。本文將簡單介紹這兩種夾具的工作原理 ,推出其實(shí)際增力系數(shù)。同時(shí)我們還要介紹一種新型的具有雙活塞無桿液壓缸的鋼球增力液壓夾具 ,給出其理論增力系數(shù)和實(shí)際增力系數(shù) ,最后 ,對這三種增力機(jī)構(gòu)的性能作一下比較。1 鋼球增力機(jī)構(gòu)與單活塞無桿液壓缸111 工作原理圖 1、圖 2 所示分別為文獻(xiàn) \[ 1 \]所介紹的在液壓夾具中與單活塞無桿液壓缸組合使用的雙鋼球和三鋼球增力機(jī)構(gòu) ,其工作原理為 :當(dāng)換向閥位于左位時(shí) ,壓力油進(jìn)入液壓缸左腔 ,在壓力油的作用下 ,活塞向右移動 ,置于活塞中部孔中的鋼球隨之推動上方的鋼球向上運(yùn)動 (圖 2 中將活塞中部銑扁 ,并加工出一個(gè)通孔 ,工作時(shí)中間鋼球在下面的鋼球作用下推動上方鋼球向上運(yùn)動 ) 。在這個(gè)過程中 ,鋼球?qū)⑤斎肓M(jìn)行了放大 ,并由右上方的鋼球?qū)⒎糯蠛蟮牧o 傳遞出去 ,推動夾具上的元件 (未示出 ) 夾緊工件。當(dāng)換向閥位于右位時(shí) ,活塞向左移動 ,右上方鋼球下降 ,夾具將工件松開。需注意的是 ,圖 2 所示系統(tǒng)中的右上方鋼球與右下方鋼球的中心線應(yīng)位于同一垂直線上。圖 1 雙鋼球增力機(jī)構(gòu)圖 2 三鋼球增力機(jī)構(gòu)·66· 機(jī)械 2003 年第 30 卷第 4 期 112 力學(xué)計(jì)算在忽略了鋼球與各接觸面間的滾動摩擦的前提下 ,經(jīng)建模分析計(jì)算 ,圖 1 所示系統(tǒng)的理論增力系數(shù)it 與實(shí)際增力系數(shù) i p 的計(jì)算公式分別為 :it = Fotπ d24 p= 1tanα (1)i p = Fopπ d24 p= 1 - tan (α +β ) tanγtan (α +β ) + tanφ (2)圖 2 所示系統(tǒng)的理論增力系數(shù) it 與實(shí)際增力系數(shù) i p 的計(jì)算公式分別為 :it = Fotπ d24 p= 12tanα (3)ip = Fopπ d24 p= [1 - tan(α +β ) tanγ \]\[1 - tan(α +β ) tanθ ]2tan(α +β ) [1 + tanφ tanθ ](4)式中 : Fot為理論輸出力 ; Fop為實(shí)際輸出力 ; d 為活塞直徑 ; p 為液壓缸左腔壓力 ;α 為理論壓力角 ;β 為兩鋼球間的滑動摩擦角 ;γ 為力輸出件 (即右上方鋼球 ) 與導(dǎo)向孔間的滑動摩擦角 ;φ 為液壓缸與活塞間的滑動摩擦角 ;θ 為中間鋼球與活塞內(nèi)孔間的滑動摩擦角。2 鋼球增力機(jī)構(gòu)與雙活塞無桿液壓缸在圖 1、圖 2 所示兩種系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 ,我們研究開發(fā)出一種新型的鋼球增力液壓夾具 ,即圖 3 所示的具有對稱結(jié)構(gòu)的三鋼球增力機(jī)構(gòu)與雙活塞無桿液壓缸組合而成的液壓夾具 。此機(jī)構(gòu)的工作原理同圖1、圖 2 所示系統(tǒng) ,區(qū)別在于結(jié)構(gòu) :在圖 2 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 ,增添了與其對稱布置的另一增力裝置。工作時(shí) ,兩邊機(jī)構(gòu)同時(shí)動作 ,共同完成將輸入力放大并將工件夾緊的功能。圖 3 液壓夾具經(jīng)分析計(jì)算 ,此系統(tǒng)的任一邊增力機(jī)構(gòu)的理論增力系數(shù)的計(jì)算公式與公式 (3) 完全相同 ,即 :it = Fotπ d24 p= 12tanα (5)系統(tǒng)任一邊實(shí)際增力系數(shù) i p 的計(jì)算公式為 :i p = Fopπ d24 p= 1 - tan (α +β ) tanθ2tan (α +β ) [1 + tanφ tanθ ] (6)式中符號含義同公式 (4) 。3 性能比較311 增力效益由公式 (1) 、式 (3) 、式 (5) 可看出 ,在忽略了各接觸面的摩擦的條件下 ,圖 1 所示系統(tǒng)的理論增力系數(shù) it 是圖 2、圖 3 系統(tǒng)的 2 倍 。但在考慮了滑動摩擦后 ,它們的差別并非如此大。例如 ,設(shè)理論壓力角α = 8° ,各滑動摩擦角 β =γ =θ =φ = 5° 時(shí) ,由公式(2) 、式 (4) 、式 (6) 計(jì)算出的實(shí)際增力系數(shù) i p 分別為31076 ,21063 ,21106 ,即圖 1 所示系統(tǒng)的增力效益分別是圖 2 圖 3 所示系統(tǒng)的 1149 及 1146 倍 。上述討論可看出 ,從增力效益看 ,圖 1 系統(tǒng)最佳 ,圖 3 所示系統(tǒng)次之 ,圖 2 系統(tǒng)相對較差 。我們再來比較一下式 (4) 、式 (6) ,會發(fā)現(xiàn) :它們的區(qū)別在于式 (6) 中的 ip 表達(dá)式少了一項(xiàng) [1 - tan (α+β ) tanγ \] ,而這一項(xiàng)恰恰是因?yàn)檩敵黾撉蚺c導(dǎo)向孔間的摩擦影響的結(jié)果。而這一結(jié)果的原因在于 :由于圖 3 系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的對稱性 ,使得系統(tǒng)的力輸出件在水平方向的受力平衡 ,輸出件與導(dǎo)向孔間不存在摩擦 \[2 \],從而使得圖 3 所示的具有對稱結(jié)構(gòu)的三鋼球增力機(jī)構(gòu)與雙活塞無桿液壓缸組合而成的液壓夾具的增力效益較圖 2 所示的三鋼球增力機(jī)構(gòu)與單活塞無桿液壓缸組合而成的液壓夾具的要高。這一結(jié)論在較大載荷工作情況下尤顯其意義。312 輸出件的行程經(jīng)分析計(jì)算 ,當(dāng)活塞的有效水平位移相同時(shí) ,圖2 與圖 3 所示系統(tǒng)力輸出件的輸出位移相等 ,是圖 1所示系統(tǒng)的兩倍。即圖 1 所示系統(tǒng)的增力效益雖佳 ,但它的行程卻不如圖 2 與圖 3 所示系統(tǒng)。4 結(jié)論上述所介紹的三種鋼球增力液壓夾具 ,從增力效益看 ,圖 1 系統(tǒng)最佳 ,圖 3 所示系統(tǒng)次之 ,圖 2 系統(tǒng)相對較差。就行程看 ,圖 2 及圖 3 (下轉(zhuǎn)第 71 頁 )·76· 機(jī)械 2003 年第 30 卷第 4 期 表 1 實(shí)驗(yàn)值與理論值比較實(shí)驗(yàn)裝置號 1 號 2 號試驗(yàn)次數(shù)測點(diǎn)載荷 ε 0° 差值 ε 45° 差值 ε 90° 差值 ε 0° 差值 ε 45° 差值 ε 90° 差值12N - 38 40 66 - 43 40 704N - 76 - 38 76 36 132 66 - 89 - 46 78 38 143 736N - 116 - 40 111 35 196 64 - 134 - 45 116 38 215 728N - 154 - 38 146 35 266 70 - 178 - 44 155 39 287 7210N - 192 - 38 182 36 332 66 - 223 - 45 195 40 358 71差值均值 - 3815 3515 6615 - 4510 3818 721022N - 3910 35 66 - 44 41 744N - 79 - 40 71 36 131 65 - 89 - 45 80 39 147 736N - 118 - 39 108 37 198 67 - 134 - 45 118 38 218 718N - 158 - 40 142 34 263 65 - 180 - 46 158 40 290 7210N - 198 - 40 177 35 331 68 - 230 - 43 197 39 363 73差值均值 - 3918 3515 6613 - 4418 3910 721532N - 40 36 - 40 36 - 44 42 774N - 79 - 39 71 - 79 - 39 71 - 89 - 45 81 39 148 716N - 118 - 39 107 - 118 - 39 107 - 134 - 45 119 38 221 738N - 157 - 39 144 - 157 - 39 144 - 178 - 44 159 40 291 7010N - 196 - 39 179 - 196 - 39 179 - 223 - 45 197 38 365 74差值均值 - 3910 3518 6718 - 4418 3818 7210表 2 實(shí)驗(yàn)值與理論值比較實(shí)驗(yàn)裝置號 測點(diǎn)應(yīng)變 三次測量應(yīng)變均值 2N 下應(yīng)變理論值1ε 0°ε 45°ε 90°- 391335156615- 4116331465102ε 0°ε 45°ε 90°- 441838197211- 421736196714參考文獻(xiàn) :\[ 1 \]刑世建 1 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn) \[ M \] .重慶 :重慶大學(xué)出版社 ,19981\[2 \]王紹銘 ,熊莉 ,等 1 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) \[ M \] .北京 :中國鐵道出版社 ,20001\[3 \]陳鋒 ,段自力 ,等 1 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn) \[ M \] .武漢 :華中理工大學(xué)出版社 ,19991\[ 4 \]顧立成 1 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn) \[ M \] .陜西 :西安地圖出版社 ,19941\[ 5 \]劉鴻文 1 材料力學(xué)上冊 \[ M \] .北京 :高等教育出版社 ,19961\[ 6 \]鄭大素 ,江允正 ,楊淳 . 用優(yōu)化方法確定直角應(yīng)變花貼片最佳位置振動 \[J \] .測試與診斷 ,1997 ,12 (4) :53 - 55.(上接第 67 頁 )所示系統(tǒng)的行程是圖 1 所示系統(tǒng)的 2倍。若在承受較大工作載荷的場合下使用 ,可考慮采用圖 3 所示的系統(tǒng)。參考文獻(xiàn) :\[1 \]鐘康民 ,宋強(qiáng) ,郭培全 . 鋼球增力式液壓夾具 . 制造技術(shù)與機(jī)床 ,1999 ,11\[ 2 \] Zhong Kangmin , Guo Peiquan1 Orthogonal reinforcement mecha2nism and hydraulic drive1 In : Proceedings of tenth world congresson the theory of machines and mechanisms (Vol5) 1 Oulu , Finland :Oulu University Press , 1999 : 2037 - 20421·17· 機(jī)械 2003 年第 30 卷第 4 期 ? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net圓柱 —鋼球增力機(jī)構(gòu)在液壓夾具中的應(yīng)用孫賓 1 鐘康民 21. 濟(jì)南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 , 山東 濟(jì)南 250022 ; 2. 蘇州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 , 江蘇 蘇州 215021摘要 :介紹了大半圓孔約束圓柱 - 鋼球增力機(jī)構(gòu)與無桿液壓缸組成的液壓夾具系統(tǒng) ,給出了其輸出力和增力系數(shù)的計(jì)算公式 ;并與雙鋼球增力機(jī)構(gòu)與無桿液壓缸組成的液壓夾具系統(tǒng)進(jìn)行了比較。關(guān)鍵詞 :無桿液壓缸 ; 增力機(jī)構(gòu) ; 夾具中圖分類號 : TH13719 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :B 文章編號 :1001 - 2265(2003) 09 - 0036 - 02The application of cylinder - ball force amplif ier in hydraulic f ixtureSUN Bin ZHON G KangminAbstract :Hydraulic fixture system consisting of force amplifier with cylinder - ball limited within over - half cylindrical hole androdless hydraulic cylinder was introduced. Calculating formula for output force and force gain coefficient were given. It was com2pared with that system consisting of double - ball amplifier and rodless hydraulic cylinder.Key words :rodless hydraulic cylinder ;force amplifier ;fixture1 引言在夾具設(shè)計(jì)中 ,機(jī)械的增力結(jié)構(gòu)與液壓傳動技術(shù)的相結(jié)合 ,可有效地降低液壓系統(tǒng)的工作壓力 ,延長其使用壽命。但是 ,將常見的杠桿增力機(jī)構(gòu)、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) ,往往造成夾具結(jié)構(gòu)不緊湊 ,或摩擦損失較大。我們一直致力研究新穎結(jié)構(gòu) ,在原有的鋼球液壓增力式夾具基礎(chǔ)上 ,進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化出大半圓孔約束圓柱 —鋼球增力液壓夾具 ,使其更具優(yōu)越性。2 圓柱 —鋼球增力液壓夾具2. 1 工作原理圖 1 所示為大半圓孔約束圓柱 —鋼球增力機(jī)構(gòu)與無桿液壓缸組成的液壓夾具 ,其工作原理 :活塞中部銑扁 ,并在銑平的平面上加工一個(gè)圓孔 ,在沿垂直于孔的軸線方向上銑去孔的 3/ 8 ,然后 ,在大半圓孔內(nèi)放置一個(gè)圓柱。當(dāng)換向閥在圖示位置時(shí) ,壓力油通往液壓缸的左腔 ,活塞向右運(yùn)動 ,圓柱推動其右上方的鋼球向上運(yùn)動 ;其右上方的鋼球以輸出力推動夾具上的夾緊元件來對工件進(jìn)行夾緊。當(dāng)換向閥切換至右位工作時(shí) ,活塞向左運(yùn)圖 1 圓柱 - 鋼球增力機(jī)構(gòu)11 力作用線 21 缸體 31 活塞 41 圓柱 51 鋼球圖 2 雙鋼球增力機(jī)構(gòu)11 力作用線 21 缸體 31 活塞 41 嵌鋼球 51 鋼球(下轉(zhuǎn)第 39 頁 )動 ,使工件松開。2. 2 力學(xué)計(jì)算經(jīng)建立力學(xué)模型如圖所示 ,進(jìn)行分析后可知 ,如果忽略力傳遞過程中的摩擦損失 ,系統(tǒng)的理論輸出力 Ft(單位 N ) 、理論增力系數(shù) it 的計(jì)算公式為Ft =π d2 p/ tgα t (1)it = Ft/ (π d2 p/ 4) = 1/ tgα t (2)式中 d —活塞直徑 , mmp —液壓缸左腔壓力 , MPaα t —理論壓力角 ,rad 或 (° )系統(tǒng)實(shí)際輸出力 Fp (單位 N) 及實(shí)際增力系數(shù) ip ,可由下面的近似公式求得。F≈ π d2 p/ 4tgα t + tgφ (3)ip≈ Fpπ d2 p/ 4 = 1tgαt + tgφ(4)式中 φ 為活塞與液壓缸內(nèi)壁之間的摩擦角 ,單位為 rad 或 (° ) ,即 φ = arctgμ (μ 為活塞與液壓缸內(nèi)壁之間的摩擦系數(shù) ) 。3 與雙鋼球增力機(jī)構(gòu)的比較圖 1 和圖 2 所示兩種增力機(jī)構(gòu)的技術(shù)性能比較如下 :⑴大半圓孔約束圓柱 - 鋼球增力機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)更緊湊 ,結(jié)構(gòu)剛性更優(yōu)越 ;⑵ 運(yùn)動的穩(wěn)定性上可以看出 ,顯然圖 1 的運(yùn)動的穩(wěn)定性優(yōu)于圖 2 ,圖 1 中大半圓柱的運(yùn)動只有沿中心線的直線運(yùn)動 , 而圖 2 中活塞內(nèi)的鋼球運(yùn)動為復(fù)合運(yùn)動。⑶圖 1 中零件的結(jié)構(gòu)工藝性優(yōu)于圖 2 中零件的結(jié)構(gòu)工藝性 ,大半圓孔及活塞結(jié)構(gòu)的加工更容易實(shí)現(xiàn)。63 組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)當(dāng) β L 0 時(shí) ,需要優(yōu)化確定沖壓方向。3 沖壓方向優(yōu)化的算法3. 1 轉(zhuǎn)角的多目標(biāo)優(yōu)化模型假設(shè) Z 軸負(fù)向?yàn)闆_壓方向 ,零件只繞 X 軸和 Y 軸旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)化沖壓方向時(shí) ,首先沿著 X 軸按一定步距截取若干個(gè)平行于 Y - Z 平面的截面 ,對于每個(gè)截面進(jìn)行分析 ,確定設(shè)計(jì)變量 α角的可行域。求所有截面可行域的交集 ,得到 X 方向上設(shè)計(jì)變量的公共可行域。在公共可行域內(nèi) ,對每一個(gè)截面的沖壓方向進(jìn)行優(yōu)化。最后 ,將所有截面的轉(zhuǎn)角值加權(quán)平均 ,得到拉延件繞X 軸旋轉(zhuǎn)的角度 α x 。同理 ,沿 Y 軸取平行于 X - Z 平面的截面 ,采用同樣的方法可求得拉延件繞 Y 軸旋轉(zhuǎn)的角度 α y 。拉延件沿著 X 軸截取了 M 截面 ,沿著 Y 軸截取了 N 截面 ,分別確定各軸轉(zhuǎn)角的可行域。然后 ,根據(jù)公式 (1) ～ (6) ,求出各個(gè)截面的最佳轉(zhuǎn)角 α i 。最后 ,加權(quán)平均確定繞 X 軸或 Y 軸的轉(zhuǎn)角 α x 或 α y ,即α =Σ mi = 1ω iα i (7)其中 ,ω i 為權(quán)系數(shù)。設(shè) (α i) 為與 α i 對應(yīng)的評價(jià)函數(shù)值 ,令 gi =1/ U (α i) ,則ω i = gig1 + g2 + … + gm(8)這種權(quán)系數(shù)的取法 ,表明對應(yīng)于 α i 的評價(jià)函數(shù)的值越小 ,則其圖 6 沖壓方向優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖圖 7 計(jì)算實(shí)例權(quán)值越大。3. 2 優(yōu)化轉(zhuǎn)角的搜索根據(jù)沖壓方向優(yōu)化模型和大型沖壓件截面的特點(diǎn) ,我們采用了遍歷法求解問題。首先 ,輸入沖壓件零件模型 ,然后確定需要計(jì)算轉(zhuǎn)角的坐標(biāo)軸。沿著該軸截取 N 個(gè)截面 ,計(jì)算每個(gè)截面的可行域 ,并判斷其是否滿足工藝要求 ,不滿足則退出。在計(jì)算完 N 個(gè)截面可行域后 ,求它們的公共可行域 ,判斷是否滿足工藝要求。如果滿足 ,則根據(jù)公共可行域的域?qū)?β L ,確定求解的步數(shù) K。將 截面變換到公共可行域起始位置 ,以 β L / K 為步長優(yōu)化各個(gè)分目標(biāo)函數(shù) , 形成評價(jià)函數(shù) , 并對評價(jià)函數(shù)優(yōu)化。隨著截面形狀的轉(zhuǎn)動 ,不斷地以近優(yōu)值替代當(dāng)前值 ,最后獲得最優(yōu)值對應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)角 α i , 加權(quán)平均求 N 個(gè)截面的最佳轉(zhuǎn)角 α 。接著 , 按照相同過程計(jì)算另一個(gè)坐標(biāo)軸的最佳轉(zhuǎn)角 ,最后將計(jì)算的結(jié)果輸出。沖壓方向優(yōu)化的程序流程圖如圖6 所示 。4 實(shí)例驗(yàn)證圖 7a 所示為輕型貨車駕駛室前圍擋板零件 ,可以作為一個(gè)典型的復(fù)雜沖壓件來分析。根據(jù)前圍擋板形狀特征 ,沿 X 軸取6 個(gè)截面 ,沿 Y 軸取 5 個(gè)截面 ,對其沖壓方向進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算 ,得到轉(zhuǎn)角為 α x = $ 81. 2° ,α y = 0° (圖 7b) ,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)情況很接近 ,基本滿足生產(chǎn)要求。[參考文獻(xiàn) ]\[1 \]第一汽車制造廠工裝設(shè)計(jì)室 1 汽車覆蓋件沖模 1 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1979\[2 \]蘇步青 ,劉鼎元 1 計(jì)算幾何 1 上海 :上海科技出版社 ,1984\[3 \]鄧陟 ,王先進(jìn) ,陳鶴崢 1 金屬薄板成形技術(shù) 1 北京 :兵器工業(yè)出版社 ,1993\[4 \]肖景容等 1 模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 1 北京 :國防工業(yè)出版社 ,1990收稿日期 :2003 - 03 - 05作者簡介 :尤飛 (1972 - ) ,男 ,安徽全椒人 ,江蘇技術(shù)師范學(xué)院講師 ,工程碩士。 (編輯 江復(fù) )(上接第 36 頁 )4 結(jié)束語⑴大半圓孔約束圓柱 - 鋼球增力機(jī)構(gòu)與無桿液壓缸組合而成的夾具系統(tǒng) ,結(jié)構(gòu)簡單緊湊 ,制造工藝簡便 ;缺點(diǎn)仍是接觸件的接觸為點(diǎn)接觸 ,不宜承受過大的載荷。⑵大半圓孔約束圓柱 - 鋼球增力機(jī)構(gòu)與無桿液壓缸組合而成的夾具系統(tǒng) ,綜合性能優(yōu)于雙鋼球雙鋼球增力機(jī)構(gòu)與無桿液壓缸組合而成的夾具系統(tǒng) ,設(shè)計(jì)夾具時(shí)應(yīng)優(yōu)選。[參考文獻(xiàn) ][1 ] 林文煥 , 陳本通 . 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) . 北京 :國防工業(yè)出版社 ,1987[2 ] 鐘康民 ,宋強(qiáng) ,郭培全 . 鋼球增力液壓夾具 . 制造技術(shù)與機(jī)床 ,1999 (11)[3 ] Zhong Kangmin , Guo Peiquan , W ang Zichang. Research onorthogonal reinf orcement cent rif ugal mechanism . Proceed2ings of international conf erence on mechanical t ransmissionsand mechanisms. 1997 , Tianjin , China , Beijing China :China M achine Press , 173～ 177收稿日期 :2003 - 03 - 05作者簡介 :孫賓 (1966 - ) ,男 ,山東肥城人 ,濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院講師 ,工學(xué)碩士。 (編輯 李秀敏 )932003 年第 9 期年 第 期 液 壓 與 氣 動基 于 無 桿 活 塞 氣 缸 與 杠 桿 一 雙 滾 輪 二 次 增 力 機(jī) 構(gòu)的 復(fù) 合 傳 動 裝 置周 峰 , 倪 俊 芳一一 一 一, 一蘇 州 大 學(xué) 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 , 江 蘇 蘇 州摘 要 介 紹 了 一 種 基 于 無 桿 活 塞 氣 缸 與 杠 桿 一 雙 滾 輪 二 次 增 力 機(jī) 構(gòu) 的 復(fù) 合 傳 動 裝 置 的 工 作 原 理 , 給 出 了 其力 學(xué) 計(jì) 算 公 式 。 該 裝 置 結(jié) 構(gòu) 簡 單 力 傳 遞 效 率 高 在 氣 缸 直 徑 一 定 的 條 件 下 , 能 顯 著 提 高 輸 出 力 。關(guān) 鍵 詞 無 桿 活 塞 杠 桿 雙 滾 輪 增 力 機(jī) 構(gòu) 復(fù) 合 傳 動中 圖 分 類 號 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 文 章 編 號 側(cè) 〕 只 〕 一引 言氣 壓 傳 動 可 以 說 是 一 種 “ 準(zhǔn) 綠 色 ” 的 傳 動 技 術(shù) , 因其 所 使 用 的 傳 動 介 質(zhì) , 是 清 潔 的 壓 縮 空 氣 。 但 具 體 到實(shí) 際 工 程 問 題 時(shí) , 卻 會 發(fā) 現(xiàn) 氣 壓 傳 動 系 統(tǒng) 的 壓 力 不 可能 太 高 一 般 二 一 , 因 而 往 往 造 成 裝 置 體積 過 于 龐 大 。 因 此 , 在 要 求 輸 出 力 較 大 的 場 合 , 人 們 常利 用 不 同 類 型 的 增 力 機(jī) 構(gòu) , 對 壓 縮 空 氣 作 用 于 活 塞 上的 軸 向 力 加 以 放 大 , 然 后 再 進(jìn) 行 輸 出 。 為 此 , 我 們 利 用機(jī) 械 增 力 機(jī) 構(gòu) 與 氣 壓 傳 動 技 術(shù) 相 結(jié) 合 , 在 氣 缸 直 徑 一定 的 條 件 下 , 能 顯 著 提 高 輸 出 力 而 在 輸 出 力 一 定 的條 件 下 , 則 能 顯 著 減 小 氣 缸 直 徑 ’創(chuàng) 新 出 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 力 傳 遞 效 率 高 、 增 力 效 果 顯 著的 復(fù) 合 傳 動 裝 置 , 一 直 是 機(jī) 械 工 程 領(lǐng) 域 許 多 研 究 人 員所 追 求 的 目 標(biāo) 。 基 于 這 一 目 標(biāo) , 我 們 設(shè) 計(jì) 了 一 種 基 于無 桿 活 塞 氣 缸 與 杠 桿 一 雙 滾 輪 二 次 增 力 機(jī) 構(gòu) 的 復(fù) 合 傳動 裝 置 。 下 面 , 我 們 結(jié) 合 圖 樣 對 其 工 作 原 理 加 以 介 紹 ,樸 樸 咨 各 圣 , 備 蔑 樸 一 樸 弓 邃 圣 念 謐 于 弓 奪 樸 謐 福 樸 樸 村 一 考 心 鈴 一 樸 樸 一 樸 樸 樸標(biāo) 準(zhǔn) 行 駛 , 同 比 之 下 節(jié) 油 率 可 達(dá) 。 本 辦 法 不 僅 可用 于 船 舶 液 壓 起 貨 機(jī) , 稍 作 改 動 之 后 , 也 適 用 于 其 他起 重 設(shè) 備 , 值 得 進(jìn) 一 步 細(xì) 化 研 究 、 具 體 實(shí) 施 和 推 廣 應(yīng)用 。參 考 文 獻(xiàn)費(fèi) 千 船 舶 輔 機(jī) 【 大 連 大 連 海 事 大 學(xué) 出 版 社 ,李 成 玉 船 舶 輔 機(jī) 大 連 大 連 海 事 大 學(xué) 出 版 社 , 場并 給 出 其 相 應(yīng) 的 力 學(xué) 計(jì) 算 公 式 。工 作 原 理圖 是 該 裝 置 的 結(jié) 構(gòu) 原 理 圖 。 該 裝 置 主 要 由 無 桿活 塞 氣 缸 、 杠 桿 、 雙 滾 輪 , 以 及 力 輸 出 件 組 成 。其 工 作 原 理 是 當(dāng) 氣 缸 中 的 無 桿 活 塞 向 左 運(yùn) 動 時(shí) , 杠桿 繞 固 定 支 點(diǎn) 作 逆 時(shí) 針 方 向 擺 動 , 雙 滾 輪 機(jī) 構(gòu) 的 壓 力角 變 小 , 使 得 力 輸 出 件 沿 著 其 導(dǎo) 向 孔 豎 直 向 下 運(yùn) 動 ,從 而 對 起 作 用 對 象 施 加 輸 出 力 。 當(dāng) 氣 缸 中 的 無 桿 活 塞向 右 運(yùn) 動 , 則 杠 桿 順 時(shí) 針 擺 動 , 力 輸 出 件 復(fù) 位 在 彈 簧圖 中 未 示 出 的 作 用 下 , 向 上 運(yùn) 動 完 成 復(fù) 位 。杠 桿 機(jī) 構(gòu) 屬 于 長 度 效 應(yīng) 力 放 大 機(jī) 構(gòu) , 而 雙 滾 輪 機(jī)構(gòu) 則 屬 于 角 度 效 應(yīng) 力 放 大 機(jī) 構(gòu) 。 顯 而 易 見 , 力 輸 出 件的 輸 出 力 , 是 作 用 于 氣 缸 無 桿 活 塞 上 的 軸 向 輸 人收 稿 日 期 刁 一作 者 簡 介 周 峰 一 , 男 , 江 蘇 丹 陽 人 , 碩 士 研 究 生 , 研 究方 向 虛 擬 數(shù) 控 技 術(shù) 研 究 。襯 樸 弓 資 一 樸 弓 圣 樸 七 心 艦 一 考 于 公 考 干 一 考 李 寶 番 一 樸 一 樸 樸 樸 一 樸 謐 圣 樸 圣 薈 一 書 一 名 小 樸馬 小 駿 ,等 , 液 壓 起 貨 機(jī) 的 開 發(fā) 田 船 舶 設(shè) 計(jì) 通 訊 ,吳 峻 ,等 鼠 籠 電 機(jī) 再 生 制 動 狀 態(tài) 分 析 與 控 制 微 電 機(jī) ,陳 龍 變 頻 器 電 容 反 饋 制 動 優(yōu) 越 性 的 探 討 科 技 資 訊 ,【 】 田 惠 儒 公 共 汽 車 制 動 能 量 回 收 系 統(tǒng) 的 研 究 與 設(shè) 計(jì) 城 市公 共 交 通 ,機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 編 委 會 液 壓 傳 動 與 控 制 「 北 京 機(jī) 械 工 業(yè) 出版 社 ,液 壓 與 氣 動 年 第 期、 ,于 、 、 一 一 戶 廠一 土 王 獷圖 結(jié) 構(gòu) 原 理 圖力 , 經(jīng) 過 長 度 一 角 度 串 聯(lián) 效 應(yīng) 得 到 的 。 因 此 , 我 們 可 以通 過 合 理 設(shè) 計(jì) 杠 桿 機(jī) 構(gòu) 動 力 臂 與 阻 力 臂 的 相 對 長 度 ,以 及 雙 滾 輪 機(jī) 構(gòu) 的 壓 力 角 , 使 得 力 輸 出 件 的 輸 出 力, 從 數(shù) 值 上 遠(yuǎn) 大 于 輸 人 力 祝 ?；?塞 與 氣 缸 體 內(nèi) 壁 之 間 , 相 互 作 用 力 比 較 小 , 當(dāng)然 摩 擦 損 失 也 就 少 。 此 外 , 由 于 滾 輪 的 表 面 硬 度 相 對很 高 而 粗 糙 度 相 對 很 低 , 所 以 摩 擦 因 數(shù) 也 較 小 。 因 此該 裝 置 中 力 的 摩 擦 損 失 相 對 較 小 , 當(dāng) 然 也 就 意 味 著 力的 傳 遞 效 率 較 高力 學(xué) 計(jì) 算通 過 建 立 力 學(xué) 模 型 , 在 不 考 慮 摩 擦 損 失 的 前 提下 , 可 得 杠 桿 一 雙 滾 輪 二 次 增 力 機(jī) 構(gòu) 的 理 論 增 力 系 數(shù)衣 及 圖 所 示 復(fù) 合 傳 動 裝 置 的 理 論 輸 出 力 的 計(jì) 算公 式 分 別 為、 于產(chǎn)廿、矛偽‘了?！?、‘一一萬上釗一,一, 一 盡汽,兀幾式 中 為 氣 缸 活 塞 的 直 徑 為 氣 缸 內(nèi) 的 工 作 壓 力 人 、幾 為 杠 桿 機(jī) 構(gòu) 動 力 臂 與 阻 力 臂 的 長 度 為 兩 滾 輪 間的 理 論 壓 力 角 如 圖 所 示 ?？?慮 摩 擦 損 失 后 , 杠 桿 一 雙 滾 輪 二 次 增 力 機(jī) 構(gòu) 的實(shí) 際 增 力 系 數(shù) 力 系 數(shù) 布 及 圖 所 示 裝 置 的 實(shí) 際 輸 出力 , 的 計(jì) 算 公 式 分 別 為圖 兩 滾 輪 間 的 理 論 壓 力 角雙 滾 輪 間 的 力 傳 遞 效 率 , 雙 滾 輪 間 的 力 傳 遞 效 率 比 較高 , 通 常 在 以 上 。應(yīng) 用 舉 例由 公 式 可 以 看 出 , 基 于 無 桿 活 塞 氣 缸 與 杠 桿雙 滾 輪 二 次 增 力 機(jī) 構(gòu) 的 復(fù) 合 傳 動 裝 置 具 有 較 為 顯 著的 力 放 大 功 能 。 在 的 值 較 小 時(shí) , 力 的 放 大 效 果 是 非 常顯 著 的 。 例 如 , 我 們 取 人 , 幾 , ,可 計(jì) 算 得 力 的 放 大 系 數(shù) 二 。 在 如 此 小 的 空 間 結(jié) 構(gòu)內(nèi) 達(dá) 到 如 此 大 的 力 放 大 效 果 , 這 是 一 般 增 力 機(jī) 構(gòu) 很 難做 到 的 。 因 此 , 采 用 此 裝 置 能 夠 顯 著 減 小 系 統(tǒng) 的 體 積 。例 如 , 某 裝 置 要 求 實(shí) 際 輸 出 力 為 斥 , 若采 用 系 統(tǒng) 壓 力 二 的 氣 缸 直 接 作 用 , 可 計(jì) 算 得氣 缸 的 直 徑 二 。 若 采 用 同 樣 系 統(tǒng) 壓 力 圖 所示 的 復(fù) 合 傳 動 裝 置 , 并 取 “ , 叮 二 , 叮 二 , 經(jīng)計(jì) 算 得 二 。 其 效 果 是 顯 而 易 見 的 。結(jié) 束 語在 本 機(jī) 構(gòu) 的 創(chuàng) 成 過 程 中 , 我 們 在 實(shí) 現(xiàn) 增 力 的 過 程中 采 用 了 杠 桿 原 理 和 角 度 效 應(yīng) 的 串 聯(lián) 組 合 。 利 用 杠 桿一 雙 滾 輪 二 次 增 力 機(jī) 構(gòu) 的 力 放 大 功 能 , 在 輸 出 力 一 定的 條 件 下 , 可 以 顯 著 減 小 氣 缸 直 徑 。 同 時(shí) 能 在 一 定 程度 上 克 服 氣 壓 傳 動 系 統(tǒng) 壓 力 小 的 缺 點(diǎn) , 從 而 可 在 很 多場 合 代 替 容 易 產(chǎn) 生 污 染 的 液 壓 傳 動 裝 置 , 這 在 一 定 程度 上 適 應(yīng) 了 現(xiàn) 代 傳 動 技 術(shù) 向 綠 色 化 方 向 發(fā) 展 的 潮 流 。我 們 希 望 , 本 文 提 出 的 這 種 結(jié) 構(gòu) 能 給 相 關(guān) 領(lǐng) 域 的 工 程技 術(shù) 人 員 提 供 一 種 借 鑒 , 從 而 設(shè) 計(jì) 出 性 能 更 為 優(yōu) 異 且滿 足 工 程 需 要 的 增 力 機(jī) 構(gòu) 來 。、 ,戶、 、刀了勺了口‘ 、了口、、 一 。 。 下 畢。 叮 刀兀 夕幾式 中 刁 為 杠 桿 機(jī) 構(gòu) 的 力 傳 遞 效 率 ,通 常 取 ’ 叮 為參 考 文 獻(xiàn)【 張 揚(yáng) , 鐘 康 民 , 陳 再 良 基 于 杠 桿 一 鉸 桿 增 力 機(jī) 構(gòu) 的 液 壓機(jī) 械 復(fù) 合 傳 動 現(xiàn) 代 機(jī) 械 , 一王 明 娣 , 鐘 康 民 鋼 球 一 雙 錐 面 二 次 增 力 氣 動 夾 具 田 機(jī) 械科 學(xué) 與 技 術(shù) , 一〕 付 春 梅 氣 動 肌 鍵 驅(qū) 動 的 杠 桿 一 鉸 桿 式 二 次 增 力 機(jī) 構(gòu)液 壓 與 氣 動 , 一林 文 煥 , 陳 本 通 機(jī) 床 夾 具 設(shè) 計(jì) 「 北 京 國 防 工 業(yè) 大 學(xué) 出版 社 ,可 調(diào) 夾 具 在 四 拐 曲 軸 加 工 中 的 應(yīng) 用遼 寧 省 丹 東 市 五 一 八 內(nèi) 燃 機(jī) 配 件 廠 姚 廣 鷹 譚 延 軍 司 艷 軍我 廠 生 產(chǎn) 的 四 拐 曲 軸 有 六 個(gè) 規(guī) 格 , 以 前 在 銑 一 側(cè)工 藝 面 時(shí) 見 圖 , 每 種 規(guī) 格 的 曲 軸 都 需 要 設(shè) 計(jì) 一 套夾 具 , 浪 費(fèi) 較 大 , 為 此 我 們 設(shè) 計(jì) 了 一 種 可 調(diào) 夾 具 , 這 種可 調(diào) 夾 具 適 用 于 我 廠 各 種 規(guī) 格 的 四 拐 曲 軸 銑 工 藝 面 的加 工 。這 種 可 調(diào) 夾 具 由 自 動 定 心 機(jī) 構(gòu) 和 兩 個(gè) 型 鐵 夾 緊圖機(jī) 構(gòu) 共 部 分 組 成 , 它 們 各 自 都 用 定 位 鍵 和 型 螺 檢與 機(jī) 床 工 作 臺 聯(lián) 接 , 可 以 在 機(jī) 床 工 作 臺 的 型 槽 內(nèi) 往復(fù) 移 動 , 以 適 應(yīng) 加 工 不 同 規(guī) 格 曲 軸 的 需 要 , 例 如 加 工圖 所 示 的 曲 軸 工 藝 面 時(shí) 型 鐵 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 是 在 和 萬主 軸 頸 上 , 定 心 機(jī) 構(gòu) 是 在 第 連 桿 軸 頸 上 , 操 作 時(shí) ,先 把 第 連 桿 軸 頸 朝 下 放 入 定 心 機(jī) 構(gòu) 里 , 第 及 第 萬主 軸 頸 便 隨 之 置 于 兩 個(gè) 型 鐵 上 , 然 后 搖 動 手 輪 使 螺桿 轉(zhuǎn) 動 , 從 而 使 螺 母 相 向 移 動 , 完 成 自 動 定 心 ,檸 緊 螺 母 將 曲 軸 壓 緊 在 型 鐵 上 就 可 以 銑 工 藝 面 了當(dāng) 工 藝 面 在 曲 軸 的 其 它 位 置 時(shí) , 只 要 移 動 自 動 定 心 機(jī)構(gòu) 和 型 鐵 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 即 可 。霆霆霆 袱 悶悶 擎擎氣氣氣卜卜卜卜卜卜卜尸 戶比比 盯盯定 心 機(jī) 構(gòu) 型 鐵 夾 緊 幾 構(gòu)岡 定 心 機(jī) 構(gòu) 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 示 意 圖自 動 定 心 機(jī) 構(gòu) 主 要 由 帶 螺 母 夾 套 , 螺桿 等 部 分 組 成 見 圖 定 心 機(jī) 構(gòu) , 帶 螺 母 夾套 上 的 定 位 塊 其 高 度 方 向 的 尺 寸 , 應(yīng) 根據(jù) 曲 軸 中 心 與 連 桿 軸 頸 中 心 距 離 的 最 大 值與 最 小 值 來 確 定 , 以 保 證 適 應(yīng) 加 工 多 種 規(guī)格 的 曲 軸 , 定 心 機(jī) 構(gòu) 的 螺 桿 , 一 頭 為 左旋 、 另 一 頭 為 右 旋 , 均 為 型 螺 紋 。型 鐵 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 見 圖 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 選擇 型 鐵 寬 度 時(shí) , 應(yīng) 以 主 軸 頸 寬 度 最 小 的曲 軸 為 設(shè) 計(jì) 依 據(jù) 。編 樣 棟 林帶 螺 母 夾 套 定 位 塊 螺 桿 定 心 抓 構(gòu) 座 體限 位 塊 定 位 鍵 夾 緊 螺 母 型 螺 吹舍 飯 下讀禾』祝 賀 《 機(jī) 械 制 造 》 被 確 認(rèn) 為 中 文 核 心 期 刊西 南 交 通 大 學(xué) 范 文 田由 于 《 機(jī) 械 制 造 , 雜 志 主 要 報(bào) 導(dǎo) 機(jī) 械 工 業(yè) 新 技 術(shù) 、新 經(jīng) 驗(yàn) 及 機(jī) 械 科 技 研 究 成 果 及 其 推 廣 和 應(yīng) 用 , 設(shè) 有 綜述 、 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 、 制 造 工 藝 、 工 藝 設(shè) 備 、 檢 測 技 術(shù) 、 工場 經(jīng) 驗(yàn) 、 維 修 和 改 裝 、 機(jī) 電 信 息 等 主 要 欄 目 , 受 到 機(jī)械 行 業(yè) 從 事 科 研 、 設(shè) 計(jì) 、 制 造 和 維 修 的 科 技 人 負(fù) 、 技術(shù) 工 人 、 管 理 干 部 、 高 等 學(xué) 院 師 生 等 廣 大 讀 者 的 重視 , 在 國 內(nèi) 機(jī) 械 工 程 界 具 有 一 定 的 影 響 和 威 望 。 因 此 ,經(jīng) 國 內(nèi) 圖 書 期 刊 研 究 部 門 按 照 文 獻(xiàn) 計(jì) 量 學(xué) 原 理 , 將 。 機(jī)械 制 造 》 雜 志 評 選 為 機(jī) 械 、 儀 表 工 業(yè) 類 學(xué) 科 的 全 國 中文 核 心 期 刊 , 為 此 , 我 們 表 示 衷 心 祝 賀 。核 心 期 刊 又 稱 重 點(diǎn) 期 刊 或 重 要 期 刊 。 是 指 刊 載 某一 學(xué) 科 或 專 業(yè) 的 有 關(guān) 信 息 較 多 、 水 平 較 高 , 并 能 夠 反映 該 學(xué) 科 的 最 新 成 果 和 前 沿 動 態(tài) , 受 到 該 專 業(yè) 讀 者 特別 關(guān) 注 的 那 些 期 刊 。 ‘ 這 次 的 評 選 方 法 是 從 我 國 較 有 影機(jī) 械 制 造 》 宮 年 第 軟 斯響 的 檢 索 工 具 全 國 報(bào) 刊 索 引 和 中 國 機(jī) 械 工 程 文 摘 以及 國 內(nèi) 種 本 專 業(yè) 的 重 要 期 刊 上 統(tǒng) 計(jì) 出 人 。 三年 間 全 國 各 種 刊 物 在 機(jī) 械 和 儀 表 工 業(yè) 學(xué) 科 方 而 的 載 文量 , 文 摘 星 和 刊 登 在 各 刊 上 的 論 文 被 種 刊 物 的 引 用量 , 根 據(jù) 文 獻(xiàn) 離 散 規(guī) 律 , 進(jìn) 行 綜 合 量 化 計(jì) 算 和 分 析 , 再聘 請 本 學(xué) 科 有 關(guān) 專 家 進(jìn) 行 書 面 鑒 定 后 , 共 評 選 出 習(xí) ’種 這 類 學(xué) 科 的 核 心 期 刊 和 種 專 業(yè) 期 刊 。 貴 刊 在 核 心期 刊 中 名 列 第 位 。有 關(guān) 評 選 核 心 期 刊 的 研 制 報(bào) 告 , 具 體 步 驟 和 評 出的 其 它 種 枚 心 期 刊 和 種 專 業(yè) 期 刊 , 皆 已 公 布 花北 京 大 學(xué) 出 版 社 于 年 , 月 出 版 的 我 國 第 一 部 中文 核 心 期 刊 要 目 總 覽 》 上 。 由 于 所 統(tǒng) 計(jì) 的 數(shù) 據(jù) 準(zhǔn) 確 可靠 , 評 選 方 法 科 學(xué) 吐 較 少 人 為 因 素 的 影 響 , 因 而 可 信度 大 , 評 選 結(jié) 果 具 有 較 高 的 權(quán) 威 性 。 編 拜 其 路一 ‘一
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