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斜面机构在机床回转工作台夹紧中的应用 |
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作者：王景海 王泽民 李德秀 董涛 |
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1 斜面滑块机构的特性
如图1a所示，滑块A置于具有一定升角l的斜面上，设已知斜面与滑块之间的摩擦系数f以及加于滑块A上的垂直载荷Q(包括滑块本身的重量)。
1) 当滑块A以等速沿斜面B上升时，P为驱动力，而Q为阻力，因斜面B加于滑块A的总反力R的方向应与A相对于B的运动方向成90°+Ø夹角，其中Ø(tg-1f)为摩擦角，所以R与Q间的夹角为l+Ø，按力的平衡方程式Q+R+P=0作其力多边形如图1b所示，可得
P=Qtg(l+Ø)
若A、B之间没有摩擦，则Ø=0，可得理想的水平驱动力
P0=Qtgl
图1 斜面滑块机构原理图
2) 如图1c所示，设将力P减小至P′时，滑块A以等速沿斜面下滑，这时Q为驱动力而P′为阻力，由于滑块运动方向的改变，所以总反力R′与Q之间的夹角变为λ-Ø，然后按Q+R′+P′=0作力多边形如图1d所示，可得
P′=Qtg(l-Ø) (3)
当Ø=0时，又有
P′0=Qtgl
当A滑块上升时，如果l≥(p/2)-Ø时，机构自锁，若要使滑块上升时不发生自锁，须有
l<(p/2)-Ø
当滑块A下降时，如果l≤Ø时，机构也自锁，若要使滑块下降时不发生自锁，又须有
λ＞Ø
所以，要使此滑块A在上升、下降过程中均不自锁，需同时满足以下两个条件：
λ＜(π/2)-Ø
λ＞Ø
2 斜面浮动夹紧机构
斜面浮动夹紧机构如图2所示，当回转工作台需要夹紧、固定时，压力油经滤油器、油泵、电磁换向阀后，再经C口进入油腔，推动活塞运动，从而带动活塞轴2上的斜面滑块5向上运动，由于斜面的作用，使弹性夹紧体4受到比活塞上所受力大许多的垂直方向的力而向外张开，使夹紧导轨板6与夹紧槽面(回转体上开的环形槽)接触、受压产生止压力。并最终靠夹紧导轨板6与夹紧槽面间所产生的摩擦力F使回转工作台可靠地夹紧。为使夹紧体体积小些，受力状况好些，一般此夹紧体均对称地分布于转台上，并尽可能使其力臂大些。我们所采用的为四个对称布置的夹紧体，使中心轴只受扭转力矩，而径向力为零(图2)，以利转台保持高精度。需松开时，只需往D口通入一定的压力油，使活塞向下移动，带动斜面滑块克服夹紧阻力运动，同时由于夹紧弹性体4自身弹性而收缩，使夹紧导轨板与夹紧环形槽面脱开。本例中，夹紧导轨板与回转体环形槽面间始终保持0.1mm左右间隙(两侧面)，以利夹紧动作的可靠性和快速性。
1.法兰盘 2.活塞轴 3.活塞 4.弹性夹紧体 5.斜面滑块 6.夹紧导轨板 7.定位块
图2 斜面浮动夹紧机构
如前述所知，在斜面滑块机构中，同时满足l＜(p/2)-Ø，l＞Ø两条件，滑块就可以升降自如。
一般地，我们取滑块与斜面间摩擦系数较小，f=0.10，这时摩擦角Ø=tg-1f=5.246°。为了使活塞用较小的驱动力P，产生较大的夹紧力Q，只需l＞Ø即可，但考虑到其他一些因素的影响，这里取l=7°30′，很显然l+Ø＜(p/2)成立，从而满足滑块不自锁条件。
设夹紧体所需的夹紧力Q为85kN，由于P=Qtg(l+Q)知只需使活塞产生的驱动力P约为20kN即可实现夹紧。显然，P力与Q力相比要小许多，与传统的不带斜面滑块的油缸(夹紧)相比，在相同的油压，需产生相同的夹紧力时，油缸体积要小许多，同时，成本低，无需碟簧复位，节省空间，使整个机构更小巧。
通过以上分析可知该斜面浮动夹紧机构与传统油缸比有许多优点，具有一定的推广性和实用性，对于从事机械设计的工程技术人员在做此类设计工作时，提供了一个较为新颖的可借鉴的夹紧机构。(end)
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(2/7/2007) |
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