液压三爪卡盘机构设计

科技信息○机械与电子○SCIENCE&TECHNOLOGY

INFORMATION2008年第33期

液压三爪卡盘机构设计

彭红梅

（徐州机电高等职业技术学校数控中心

江苏

徐州

２１１０１１）

【摘要】本文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。传统的机床如车床、铣床上三爪卡盘的工作一般依靠工人用手工进行夹紧,这不但增加了工人的劳动强度，而且所需夹紧力非常大,还常常有夹不紧的情况，阻碍了生产率的提高。通过在三爪卡盘加装摆动式液压缸和平面螺旋机构构成螺旋摆动式液压缸增力机构，可实现与原有卡盘体的较好结合,并使外加压力能转换成圆周运动,且其结构简单,工作可靠,能达到较高的增力比，具有良好的经济性和可行性。

【关键词】三爪卡盘；液压缸；夹具；设计在整个机械工业中，设计在其中占有的地位日益显现出来。产品设计作为工业设计的核心，它涉及的面广，从人们的衣食住行，到社会的各行各业，产品设计无时不有，无时不在。本论文主要针对加工工具设计，在一定范围内又称“加工辅助设计”，即机床夹具体的设计。

本文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。传统的机床如车床、铣床上三爪卡盘的工作一般依靠工人用手工进行夹紧,这不但增加了工人的劳动强度，而且所需夹紧力非常大,还常常有夹不紧的情况，阻碍了生产率的提高。通过在三爪卡盘加装摆动式液压缸和平面螺旋机构构成螺旋摆动式液压缸增力机构，可实现与原有卡盘体的较好结合,并使外加压力能转换成圆周运动,且其结构简单,工作可靠,能达到较高的增力比，具有良好的经济性和可行性。

拟对其尺寸初步取：

外壁厚：n1=16mm油腔宽：a=30mm故液压腔的面积：

内壁厚：n2=8mm空隙宽：x=1mm

S1=a(D/2-d/2-L1-L2-x-n1-n2)=1350mm2……………………（1）其中：卡盘体大径D=320mm小径d=100mm

卡盘体外壁厚L1=25mm卡盘体内壁厚L2=15mm

2.转子叶片数的设计摆动缸中转子叶片的作用是得到尽可能大的扭矩,其输出扭矩的表达式为：M=Zb(D1-d1)Pym(N.m)…………………………（2）

其中Z：叶片数b：轴间宽度

d1：油腔小径P：进油口压力(Pa)

2

2

一、基本结构与原理

本设计是在三爪卡盘的结构基础上增设一个液压机构来实现夹紧省力的，设计方案如图1所示，主要是在原有结构的基础上增加了一个螺旋盘，一个摆动油缸及柱塞等。大锥齿轮背面加工出凹槽，圆柱活塞一端与槽配合，另一端装在液压缸定子叶片的孔中，端部装有弹簧，柱塞在弹簧作用下，一端始终与凹槽接触。

工作时利用转动杠转动小锥齿轮2带动大锥齿轮3,当卡爪7未接触工件时,圆锥螺旋弹簧5所受载荷较小,圆柱活塞4与大锥齿轮3无相对运动,缸体6随之一起转动,卡爪7径向移动,接近工件,此为空行程。当卡爪7接触工件后,所受阻力激增,进给激减，继续转动手柄，活塞4受力增大，当其达到一定程度时，圆锥螺旋弹簧5被压缩，活塞4与大锥齿轮3产生相对运动，

D1：油腔大径Ym：机械效率

D1=D-2L1-2X1-2n1=236mmd1=d+2L1+2L2=146mm

由(2)可得,在b、D1、d1、P及Ym等一定的情况下，理论上叶片数越

大，得到的输出扭矩也越大。

由于已知结构特定，故在本方案中其输出扭矩并不随叶片数的增大而增大，在外力一定的情况下，M只与油腔轴向面积成正比。叶片数Z只影响压力油压强，但最终扭矩不变。故为了便于制造、安装和密封，取Z=3.

3.摆动角的设计由经验可知，在通常情况下，工件被夹紧时其变形B≤1mm,取每次夹紧行程中卡爪进给0.05mm,故可得摆动角θ=

·f=1.5°360°∕t

其中平面螺旋机构的升程t=12卡爪每次进给量f=0.054.定子圆柱活塞杠面积的设计由结构可知，叶片输出扭矩M=P····S1rZ1Ym………………………（3）

其中P：进油口压强S：叶片面积Z：叶片数

r：叶片面积的几何中心到轴心线的距离Ym：机械效率油液压强P=F2/S2………（4）其中F2=F/Z………………（5）每个叶片受力F1=PS1…………（6）

F1/F2=S1/S2=σ1…………（7）

其中σ1为增力比,为一常数,故S2=S1/σ1…………………（8）三、凹槽轮廓线的设计

根据设计方案可知,凹槽轮廓线分两个功能部分,即增力夹紧部分和圆柱活塞杠位置复原部分。活塞杠与叶片组成增力系统,又与弹簧配合,组成离合销系统。为了使两个系统的工作顺利衔接,特设计过渡斜面系统.设计的凹槽形状如图2所示。

1.卡盘体端盖，2.小锥齿轮，3.大锥齿轮，4.圆柱活塞，5.圆锥螺旋弹簧，6.液压缸体，7.卡爪，8.定子叶片，9.换油机构，10.转子叶片，11.缸体端

盖，12.液压油，13.卡盘体图1卡盘结构方案简图活塞4向定子孔中运动，液压油12被加压缩，液体推动转子叶片10旋转，卡爪7径向微进给，此为夹紧行程。当大锥齿轮3继续旋转至某一角度，活塞4将复位，继续转动，将重复上一次的运动直到把工件完全夹紧。

二、主要参数与结构计算

以在KZ320型卡盘基础上增设一个螺旋摆动式液压机构为例进

行分析。

1.液压腔的结构设计

根据其具体的安装条件和强度刚度要求，

图2凹槽展开图

如图所示,θ1角斜面为槽面的第一部分,α角斜面为槽面第二

部

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分增力部分,θ2角为第三部分过渡部分，下面分别确定个参数。

1.确定轮廓面段数因采用三个圆柱活塞杠,故同样形状的轮廓面段数N=3n(n=1、2、3……)

考虑到结构的具体需要,取n=2,则N=6,卡爪在一周内将进给f=6×

f10.30

故缩短了夹紧时间,提高了效率。2.活塞杠的升程

活塞杠的升程H=H1+H2分别确定H1、H2再根据H=σ·m……………………（9）其中σ：增力比

m：卷子叶片的平均移动距离

··（D1+d2/2）191/2×2π/200=3mmm=θ0/πr=θ0/π

根据安装的需要，活塞杠轴线与卡盘体轴线R=（191-6）/2==92mm

得轮廓线参数L=2πr/6=90.3mm,则H=m·σ1=12mm,故S2=S1/σ1,=1350/15=270mm.r2=σ1S2/π=9.0mm凹槽轮廓线的增力部分增力比最大为σ3=J/L对活塞杠进行受力分析,如图3所示

水平力平衡…………………(13)Fcosθ+Nsinθ+R2=R

竖直力平衡…………………(14)θ+T=NsinθF1+F2+Fsin●

Fcosθ+Nsinθ=Q………………………………………………(15)F=Rf……………………………………………………………(16)T=PS2+T0………………………………………………………(17)

T：圆锥螺旋弹簧弹力F1、F2为密封圈处摩擦力R1、R2为密封圈处空壁对活塞杠作用力f：摩擦系数取f=0.15，f1=f2=0.3

已知H1=4,力N的作用点在h=H1/2=2处,为方便计算和实际

需要,初取θ=45

由以上各式可得:

(3.83sinθ-0.85cosθ)T/(0.1cosθ+sinθ)=2R1(1.83sinθ-1.15cosθ)Q/(0.15cosθ+sinθ)=2R2由于T≥0，θ≤52°38′；由于R2≥0，θ≤32°9′取θ=32°9′，则T=0.86Q，R2=0取θ=52°38′，则T=0.故可得：

随着θ的增大,T急剧减少,且T随活塞杠升程增大而增大,其与弹簧弹力及液体压强有关,若弹簧确定,则临界T确定,即能求得螺旋盘从空行程转入到夹紧行程的最小动力，故θ=45符合要求,此时R1=1.3Q，R2=0.3Q，T=0.26Q。

4.参数β的设计

图3活塞杠受力图

θ=Nsinα+Fcosα…………（10）J=Ncosα……………………(11)

F=Nf…………(12)其中f为摩擦系数,可取f=0.18,则：σ3=T/Q=1/tgα+f

若α取极大值,则tgα≤H/L-2r1=15/96.3-18=0.20故可得：σ3min=1/0.20+0.18=1/0.36=2.6

图５

凹槽中心剖面图

σ1σ3=4×2.5=10.4

由于新增机构增力比为σ1σ3,且其他机构不变,故σ1σ3就是最终的增力比.设计目标为增力比σ0=10,故σ1σ3=10.4相差不大,符合要求，故取σ1=4,H=mσ1=12mm可设H1=4mm,H2=8mm。

3.参数θ1的设计当活塞杠处于与凹槽配合状态，与大锥齿轮还没有相对滑动时，其受力如图4所示，

槽面形状如图５所示,基于工作要求,取C1=3mm,C2由前述条件得:

C2=H2tgβ=H2sin45°=8mm。…………………(18)

则tgβ=H2/(L-Φ-C1-C2)=8/(96.3-20-3-8)=0.123，得：β=7°四、结束语

机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。科

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【参考文献】

［1］唐增宝等,机械设计课程设计(第二版),华中科技大学出版社,1995.3.［2］王广环，液压技术应用.哈尔滨工业大学出版社,2001.［３］刘友才，机床夹具设计,北京：机械工业出版社，1992.

［4］范收昌等.计算机辅助组合夹具组装设计,机械与电子，1994.(1).

作者简介：彭红梅(19７7—)，女，江苏徐州人，徐州机电高等职业技术学校，

图4活塞杠—凹槽受力图

教师，助理职称，机械电子工程专业。

取临界状态分析，则根据平衡条件可得：

［责任编辑：翟成梁

］

（上接第88页）员做日后分析之用。

（2）不同程度的抱怨区别对待。根据客户抱怨的情感投入程度对抱怨进行分类，确定抱怨处理等级，交由相应的抱怨处理人员解决。

（3）通过一系列的补偿手段来弥补顾客抱怨。在抱怨基本解决之后，应用具有抱怨后补偿管理的功能，例如创建寄补偿物品、发抱歉信、产品退换等业务活动，并对有过抱怨的客户做必要的跟踪等后续工作。科

【参考文献】

［1］韩冀东.网上拍卖[M].北京:人民邮电出版社,2004:15-16.［2］瞿彭志.网络营销[M].北京:高等教育出版社,2004:49-50.

［3］邵兵家，于同奎.客户关系管理：理论与实践[M].北京：清华大学出版社，2004.［4］何荣勤.CRM原理·设计·实践[M].北京：电子工业出版社，2006，1.

作者简介：朱东清（1986—），女，现就读于徐州工程学院，市场营销专业。

［责任编辑：张艳芳］

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