均匀弹性变形式定心夹紧机构优化

（1）弹性张紧式夹紧机构

弹性张紧式夹紧机构如图8-32所示，主要由压头1和弹性夹爪2组成。两者的下端以楔锥面配合。弹性夹爪可以与安装轴连成一体，也可以做成单独的夹套，其夹爪部分分成若干瓣。被夹工件或刀具套入其中，拧紧压头压迫夹爪即可夹紧工件。

夹紧力计算如下

式中 P——夹爪对工件的径向夹紧力（N）；

Q——压头对夹爪锥面的轴向作用力（N）；

α——弹性夹爪锥面半锥角，通常α=15°；

φ——夹爪与压头间的摩擦角（°）；

R——夹爪每瓣的变形阻力（N）；

n——夹爪的瓣数。

图8-32 弹性张紧式夹紧机构

1—压头 2—弹性夹爪

夹爪每瓣的变形阻力R，可按如下分析计算。

每瓣夹爪可看成是悬臂梁式的弹性片，其内壁与工件或刀具之间的间隙δ就是进行夹紧时要产生的变形量。要使其变形，就有变形阻力R。根据材料力学，变形量δ与使之变形所施加的力R有如下的关系

即

式中 l——夹爪根部至锥面中点的距离（mm）；

δ——夹爪内壁与被夹工件或刀具间的径向间隙（mm）；

E——夹爪材料的弹性模量，对弹性钢料，一般取2.1×10⁵MPa；

I——惯性矩（mm⁴）。

每瓣夹爪的横截面可看成是近似的矩形截面，其惯性矩I为

于是

式中 h——夹爪变形段的厚度（mm）；

b——夹爪变形段的宽度（mm）。

宽度b可近似表达为

式中 D——夹爪变形段的外径（mm）；

g——夹爪间切槽宽（mm）；

n——夹爪的瓣数。弹性夹爪的材料及热处理硬度见表8-5。(www.xing528.com)

表8-5 弹性夹爪的材料及热处理硬度（HRC）

（2）液体静压薄壁变形夹紧机构

这种结构如图8-33所示。其结构的特点是：夹头是一个具有密封腔和弹性腔壁的结构。密封腔内灌有无压缩性的高压油或液态塑料，弹性腔壁是具有弹性变形功能的薄壁。密封腔由主体1和弹性体2组合构成，要求在压力作用下无泄漏。

夹紧原理：被夹工件或刀具套入弹性体内与腔壁接触，旋动加压螺钉3，通过装有密封圈的滑动柱塞4，对油施压而提高油压，从而使弹性腔壁膨胀变形使工件定心夹紧。

图8-33 液体静压薄壁变形夹紧机构

1—主体 2—弹性体 3—加压螺钉 4—滑动柱塞

起弹性夹紧作用的腔壁可根据需要做成内腔壁或外腔壁的结构。

弹性腔壁产生的夹紧力矩为

式中 M——弹性腔壁产生的夹紧力矩（N·mm）；

d——与工件或刀具定位夹紧接触壁面的直径；

h——弹性腔壁的壁厚；

Δd_max——弹性腔壁最大允许径向变形量，对铬锰钢，Δd_max=（0.002～0.003）d；

δ_max——弹性腔壁与被夹工件或刀具间的最大径向间隙；

σ_s——弹性腔壁材料的屈服极限（MPa）；

E——弹性腔壁材料的弹性模量，钢一般取2.1×10⁵MPa；

k——安全系数，取1.2～1.5。

弹性腔壁产生的轴向夹紧力为

结构尺寸d、h和l三者数值的关系见表8-6。

表8-6 结构尺寸d、h和l三者数值的关系 （单位：mm）

弹性腔壁所采用的材料通常为65Mn、40Cr、30CrMnSi、9SiCr、T7A或45钢，淬火硬度为35～40HRC。

这种定心夹紧机构具有如下优点：

1）具有快速夹紧、高精度和高强力夹紧的功能。

2）定心夹紧精度很高，径向圆跳动公差可达0.003mm。

3）因腔内高压油具有结构阻尼作用，所以有较好的动力特性，这对减少振动、提高加工精度和减小表面粗糙度值有显著的效果。