典型夹紧机构及其特点分析

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

图6-34为几种用斜楔夹紧工件的机构。

图6-34　斜楔夹紧机构

1—夹具体　2—斜楔　3—工件

图6-34（a）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他机构联合起来使用。图6-34（b）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。图6-34（c）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。图6-35（a）是在外力FQ作用下斜楔的受力情况。建立静平衡方程式：

F1＋FRX＝FQ

而F1＝FJtanφ1，FRX＝FJtan（α＋φ2）

所以

式中：FJ——斜楔对工件的夹紧力（N）；

α——斜楔升角（°）；

FQ——加在斜楔上的作用力（N）；

φ1——斜楔与工件间的摩擦角（°）；

φ2——斜楔与夹具体间的摩擦角（°）。

当φ1、φ2、α均很小时（一般φ1＝φ2＝φ＝5°～8°，α≤10°），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。图6-35（b）是作用力FQ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＞FRX

由于：F1＝FJtanφ1，FRX＝FJtan（α-φ2）

可得：tanφ1＞tan（α-φ2）

由于φ1、φ2、α都很小，则tanφ1≈φ1，tan（α-φ2）≈α-φ2

因此，斜楔的自锁条件是：α＜φ1＋φ2　（6.3）

设φ1＝φ2＝φ，则α＜2φ　（6.4）

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

（3）斜楔的扩力比。夹紧力与作用力之比称为扩力比（i＝FJ／FQ）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：(www.xing528.com)

如取φ1＝φ2＝6°，α＝10°代入上式，得i＝2.6。可见，在作用力FQ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。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，可采用图6-37（c）所示结构。

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

图6-37　摆动压块

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）使用了开口垫圈。图6-38（b）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向左移动，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的快速右移让出空间。

由于螺旋可以看做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。图6-39是螺旋压板机构的几种典型结构。其中图6-39（a）可增大夹紧力；图6-39（b）可增大行程；图6-39（c）为铰链压板，可增大夹紧力；图6-39（d）为回转压板；图6-39（e）是螺旋钩形压板机构，其特点是结构紧凑；图6-39（f）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。图6-40（a）、（b）用的是圆偏心轮，图6-40（c）用的是偏心轴，图6-40（d）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　圆偏心轮的工作原理

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。

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作夹紧点，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。