当基于斜楔增力的离心式内孔夹具

基于斜楔增力的离心式内孔夹具

现代车床主轴转速日趋提高，为离心夹具的发展和应用推广提供了极为良好的条件。但是，对于以内孔定位的工件装夹来说，传统的离心夹具只能适应较小直径的工件。这是因为工件内孔直径较大时，势必造成安装离心重块的部分结构尺寸过于庞大。造成该部分尺寸过于庞大的根本原因，在于传统离心夹具中的离心重块，不是直接地作用于工件内壁,而是通过机构传递至夹紧元件后再作则藉要用较大的负荷进行新的实验和重复实验用于工件内壁。这无疑在很大程度上限制了离心夹具的应用范围。此前，钟康民、郭培全等人提出了将离心夹具中的离心重块，依照功能分为增力重块和驱动重块，并在二者之间设置增力机构的设想，使得采用离心夹具装夹内与许多其他公司及机构、刚果民主共和国政府（drc）及经济合作与发展组织（economic cooperation and development孔直径较大的工件成为了可能。下面我们要介绍的，是基于斜楔增力机构的离心式内孔夹具的工作原理及力学计算问题。

工作原理

采用斜楔增力机构的离心式内孔夹具的工作原理见图1。由图1可见，该夹具具有功能不同的两类离心重块——增力重块和驱动重块，二者之间通过斜楔增力机构进行力的传递；增力重块和驱动重块的周向位置及运动方向，由固定在夹具体上的导向销确定。正常工作时，驱动重块的外圆弧面与工件内壁始终保持接触，而增力重块与工件内壁始终是不接触的。

图1 工作原理图

工件以精加工或半精加工过的内孔在夹具体上定位，二者之间的间隙较小；而夹具体则联结在车床主轴上。当夹具体在车床主轴的驱动下以角速度w旋转时，增力重块和驱动重块便分别产生离心力Fc1、Fc2。在离心力的作用下，增力重块和驱动重块将沿各自的离心方向向外运动，驱动重块的外圆弧面便与工件内壁接触，并对工件内壁施加作用力F。

该作用力F由以下两部分组成：(1)驱动重块自身产生的离心力Fc2；(2)增力重块产生的离心力Fc1，经斜楔增力后，作用在驱利用脉冲反射法（也有叫冲闪法）的智能型闪测仪动重块运动方向、即力Fc2、F的方向上的分力。在两个等值、反向的力F所产生的摩擦转矩的驱动下，工件便与夹具体同向同步旋转。切削过程开始后，这两个等值、反向的力F所产生的摩擦转矩，便抵抗由切削力所产生的切削力矩。

需要注意的是，为每个驱动重块导向的导向销数量是2只，而为每个增力重块导向的导向销数量是1只。其原因在于，工件是以内孔为基准在夹具体上定位的，如果为每个氧化增力重块导向的导向销数量也是2只，则无法保证两个驱动重块对工件内壁施加相等的作用力，甚至无法保证两个驱动重块都能与工件内壁接触。

此外还应当注意，图1所示离心式内孔夹具仅是原理性的。在进行具体结构设计时，一般应为增力重块、驱动重块等设置防护装置，并为驱动重块设置复位弹簧。

力学计算

1 输出力的计算

当夹具体以角速度w旋转时，每个增力重块产生的离心力Fc1=m1r1w2，每个驱动重块产生的离心力Fc2=m2r2w2。如果忽略力传递过程中的摩擦损失，每个驱动重块对工件内壁的理论作用力的计算公式如式(1)：

Ft=m2r2w2+m1r1w2 (N)tga(1)

如果考虑摩擦损失，则每个驱动重块对工件内壁的实际作用力的计算公式如式(2)：

Fp=m2r2w2+m1r1w2 (N)tg(a+fp)(2)

式(1)、(2)中：

m1、m2——增力重块、驱动重块的质量(kg)；

r1、r2——增力重块、驱动重块的质心至夹具回转中心的距离(m)；

α——理论压力角(rad或°)，为增力重块上斜面的法面与驱动重块运动方向之间所夹的锐角；

φp——滚轮的当量摩擦角(rad或°)。

φp=arctg[(d/D)tgφ]

其中d为滚轮内孔直径；D为滚轮外径；φ为滚轮与转轴间的摩擦角。

2 驱动转矩的计算

当夹具体以角速度ω旋转时，两个驱动重块所能产生的理论驱动转矩Tt和实际驱动转矩Tp的计算公式如式(3)、(4)(单位N.m)：

Tt= D0Ft= D0[m2r2w2+m1r1w2]tga(3)Tp= D0Fp= D0[m2r2w2+m1r1w2]tg(a+fp)(4)

式中:

——驱动重块外圆弧面与工件内壁之间的摩擦系数；

D0——工件内径(m)。

(1)～(4)式括号中的后一项：m1r1w2/tga及m1r1w2/tg(a+fp)，就是增力重块产生的离心力Fc1，经斜楔增力后，作用在驱动重块运动方向上的理论分力和实际分力；而1/tga及1/tg(a+fp)就是斜楔的 理论增力系数it及实际增力系数ip。由于理论压力角a的值可取得较小(推荐取amin=8°)，所以，斜楔增力机构能获得较大的增力系数。例如设：a=8°，d/D=0.30，tgf=0.10(fp=arctg0.03=1.72°)。斜楔的理论增力系数it=7.12，实际增力系数ip=5.84。其增力效果是极为显著的。而增力系数大无疑意味着能得到的驱动转矩大。

如果经计算所产生的驱动转矩不能满足加工要求，可从以下两个方面采取措施：

·在驱动重块与工件内壁接触的部位采用摩擦系数较大的材料；

·在增力重块内部嵌入密度较大的材料，如添加重金属铅等。

结语

斜楔增力机构结构比较简单，且具有高倍增力功能；其增力效果由其理论压力角和滚轮的当量摩擦角决定。

基于斜楔增力的离心夹具，由于驱动重块直接与工件内壁接触，较传统的离心夹具结构紧凑，从而使夹具体积缩小。

基于斜楔增力的离心夹具，由于驱动转矩较大，可用其驱动重块直接夹紧孔径尺寸较大的工件的内孔。

--切削技术站(end)