偏心轮夹紧机构
第四章第5节工件的夹紧及夹紧装置 (2)
3. 夹紧力的大小
夹紧力的大小可根据切削力和工件重力的大小、 方向和相互位置关系具体计算。为安全起见，计算 出的夹紧力应乘以安全系数K，故实际夹紧力一般比 理论计算值大2～3倍。
进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看做一 刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧 力(重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力)作用 下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出
的原始夹紧行程增加的倍数等于夹紧力的增力倍
数，即夹紧行程增大多少倍，夹紧力就增加多少
倍。
0.017455 0.052408 0.087489
0.12278 0.15838 0.19438
0.23087 0.26795 0.30573
0.34433
2、选用斜楔夹紧工件时，只要升角 取得合适， 就能实现夹紧机构的自锁。
3. 偏心夹紧机构是由偏心件作为夹紧元件，直接 夹紧或与其他元件组合实现对工件的夹紧。常用的
图3-35是一种常见的偏心轮—压板夹紧机构。 当顺时针转动手柄使偏心轮绕轴转动时， 偏心轮的 圆柱面紧压在垫板上，由于垫板的反作用力，使偏 心轮上移，同时抬起压板右端，而左端下压夹紧工
图3-35 偏心轮—压板夹紧机构
斜楔夹紧机构受力分析
夹紧力 Fc 是由作用在斜楔上的外力 Fe,x 产生的。
工件对它的反作用力 Fr1 和由此引起的摩 擦力 Ff1 、夹具体对它的反作用力 Fr2 和 由此引起的摩擦力 Ff 2 。
夹紧时，存在如下关系 考虑X方向上的受力平衡
将上述参数代入上式，可得斜楔所产生的夹紧力
由上式得如下结论
图3-43 先定位后夹紧联动机构
图3-43 先定位后夹紧联动机构
(2) 夹紧与移动压板联动机构。 如图3-44所示，逆时针扳动手柄，先是拨销1拨 动压板2上的螺钉3，使压板左移到夹紧位置，继续 逆时针扳动手柄，偏心轮5顶起压板夹紧工件。松开 时，顺时针扳动手柄，偏心轮5的作用先松开工件， 继而拨销1拨动螺钉4
偏心轮夹紧机构
在夹具的各种夹紧机构中，以斜楔、螺旋、偏心、铰链机构以及由它们组合而成的夹紧装置应用最为普遍。
一、斜楔夹紧机构1．夹紧力计算图3-10夹紧受力图由上面受力图可知，斜楔静力平衡条件为：F1＋FRX ＝FQ其中：F1＝FW tanφ1 ； FRX＝FW tan(α＋φ2)代入上式计算得：式中：FW 斜楔对工件夹紧力α 斜楔升角FQ 原始作用力φ1 斜楔与工件之间的摩擦角φ2 斜楔与夹具体之间的摩擦角2．增力比计算增力比iF＝夹紧力／原始作用力如果不考虑摩擦影响理想增力比（即忽略摩擦角）：3．夹紧行程比计算图3-11 夹紧受力工件所要求的夹紧行程h与斜楔相应移动的距离s之比成为行程比iS。
由上图可知：夹紧行程＝工件被夹紧行程h/斜楔移动距离S4．自锁条件图3-12自锁受力上图为原始作用力FQ停止作用后斜楔的受力情况。
斜楔楔入后，原始力去除，斜楔体自锁条件为F1>FRXFW tanφ1> FW tan(α-φ2)φ1> α-φ2或α〈φ1 ＋φ2因此自锁条件是斜楔升角小于斜楔与工件、与夹具体之间的摩擦角之和，钢件：f＝0.1～0.15摩擦角φ＝5°43′～8°30′，故α<10°～17°5．升角α的选择手动夹紧α＝6°～8°，机动夹紧α≤12°，不需要自锁α＝15°～30°6．结构设计包括：手动夹紧机构、气动或液压夹紧、斜楔与压板与螺旋等组合结构。
斜楔夹紧机构的计算见下表二、螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。
螺旋夹紧机构结构简单、夹紧行程大，特别是它具有增力大、自锁性能好两大特点，其许多元件都已标准化，很适用于手动夹紧。
它主要有两种典型的结构形式。
1.单个螺旋夹紧机构下图a所示为GB/T2161-91六角头压紧螺钉，它是螺钉头部直接压紧工件的一种结构。
下图b所示在螺钉头部装上摆动压块，可防止螺钉转动时损伤工件表面或带动工件转动。
一种偏心轮夹紧机构的设计和改进
一种偏心轮夹紧机构的设计和改进偏心轮夹紧机构是一种常用于夹紧和固定两个零件的机构。
它由一个偏心轮和一个夹杆组成，通过旋转偏心轮来夹持或松动零件。
在设计和改进偏心轮夹紧机构时，可以考虑以下几个方面：1.偏心轮的形状：传统的偏心轮一般为圆形，但在一些情况下，可以考虑采用其他形状，如椭圆形或其他非对称形状。
这样可以增加夹紧力的稳定性和可靠性。
2.夹杆的材料选择：夹杆作为夹紧零件的核心组成部分，其材料的选择直接影响整个夹紧机构的性能。
可以选择高强度、高硬度、抗磨损的材料，以提高夹紧力和使用寿命。
3.偏心轮和夹杆的表面处理：偏心轮和夹杆的表面处理可以利用表面涂层技术，如喷涂、渗氮等，以提高它们的耐磨性和耐腐蚀性。
同时，表面处理还可以减少夹紧力的损失和摩擦力的增加。
4.夹紧力的调节：为了满足不同工况下的夹紧需求，可以设计一种可调节夹紧力的机构。
例如，增加支撑装置和调节螺母，通过改变夹杆的预紧力来调节夹紧力大小，使其适应不同的工件尺寸和形状。
5.自动夹紧机构：为了提高夹紧效率和操作方便性，可以设计一种自动夹紧机构。
例如，可以通过添加弹簧装置或液压装置，实现夹紧机构的自动夹紧和松动，提高工作效率和减少人工操作。
6.负载传递机构的改进：在一些需要承受较大负荷的应用场景中，可以考虑改进负载传递机构，以增加偏心轮和夹杆之间的接触面积和接触强度。
例如，可以增加凸起和凹槽结构，增强它们之间的咬合效果，提高夹紧力的传递效率。
总之，通过对偏心轮夹紧机构的设计和改进，可以提高其夹持力的稳定性和可靠性，增加使用寿命，并且适应不同工况下的夹紧需求。
同时，还可以提高工作效率，减少人工操作。
以上所述仅为一种设计和改进的思路，具体实施应根据具体应用场景和要求进行。
偏心、铰链及联动夹紧机构
联动夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构。
常见的偏心轮—压板夹紧机构。
（一）工作原理偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等， M、N处升角为0， P处升角最大。
偏心轮及其展开图圆偏心轮实际上是斜楔的变种图（a）中，o1是偏心圆的几何中心，r是偏心圆半径；o是偏心圆的回转中心，r0是最小回转半径；两中心间的距离e称为偏心距。
圆偏心的作用原理（二）机构特点圆偏心的升角和行程的变化范围1.偏心圆上各点的升角是变化的2.自锁条件：夹紧点的升角小于摩擦角φ3.夹紧行程：偏心距e，夹紧行程S，随β变化。
夹紧力小，行程小，自锁性不好。
用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。
4.偏心圆的有效工作区域：理论上为±90°。
（三）夹紧力的计算一般取作用力臂L=(2～2.5)d，夹紧力臂ρ ≈ d /2扩力比约为12～13（四）偏心圆的机构形式标准圆偏心机构（五）适应范围1.由于偏心圆的夹紧力小，自锁性能又不是很好，所以 只适用于切削负荷不大，又无很大振动的场合。
2.为满足自锁条件，其夹紧行程也相应受到限制，一般 用于夹紧行程较小的情况。
3.一般很少直接用于夹紧工作，大多是与其它夹紧机构 联合使用。
（一）作用原理单臂铰链夹紧机构，如图示，臂3两头是铰链连接，一头带滚子2。
滚子2由气缸活塞杆推动，可在垫板1上来回运动。
当滚子向左运动到垫板左端斜面时，压板4离开工件，当滚子向右运动时，通过臂3使压板4压紧工件。
单臂铰链夹紧机构（二）夹紧行程和相应的铰链臂倾斜角夹紧行程是指摆臂的铰链点A的行程。
至于压板夹紧工件的行程，则还需要根据压板的杠杆比关系来求。
图示，可得h1、h2、h3相应的铰链倾斜角为：单臂铰链机构的原理图（四）气缸的工作行程其工作行程x0，可由公式：x0=L(sina1-sina2)求得。
（五）自锁条件需和其它具有自锁性能的机构联合使用。
（六）机构特点1.机构简单；2.扩力比大；3.摩擦损失小。
夹紧机构的介绍
夹具的动力装置
• 产生机动夹紧的动力装置有：气动、液压、 气液联动、电动、真空等等。其中以气动 夹紧装置应用最为普遍。
气动夹紧概述
气压传动系统
活塞式汽缸
1、汽缸体 2、前盖 3、后盖 4、活塞 5、密封圈 6、活塞杆
活塞式汽缸的夹紧力
回转式汽缸
1、夹具 2、过渡盘 3、主轴 4、汽缸 5、过渡缸 6、活塞 7、拉杆 8、导气接头
D 称为圆偏心的特性，反映了圆偏心工作可靠性 e
圆偏心夹紧力的计算
QL Q1r Q1的水平分力Q1
c
Q1 os
QL Qr1
根据斜楔夹紧原理有
W
Q1
(N)
tan1 tan( 2 )
将Q值代入得W
QL
(N)
r[tan1 tan( 2 )]
设1 2 上式可写为：
OX1 R e cos1 同理，在另一位置有OX 2 R eos 2
X1、X 2间夹紧行程为S (R e cos 2 ) (R e cos1) e(cos1 cos 2 )
偏心轮e
S
cos1 cos 2
1、 2为偏心轮工作段始点和终点相对于m点的转角。
组合螺旋夹j紧机构
螺旋压板夹j紧机构
按照杠杆原理并考虑机械效率，夹紧力 W L1 Q
L2
回转压板夹紧机构
1、转轴螺钉 2、止动螺钉 3、夹紧螺钉
钩形压板螺旋夹紧机构
1、套筒 2、钩形压板
快速螺旋夹紧机构
圆偏心夹紧机构3-26
圆偏心夹紧原理
相当于一个曲线斜楔，夹紧原理与 平面斜楔 相似，但升角α不是常数，且与夹 紧点位置有关
作用点靠近加工部位
偏心夹紧机构的设计分析
三、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1-66是偏心夹紧机构的应用实例。
图1-66a、b用的是圆偏心轮，图1-66c用的是偏心轴，图1-66d用的是偏心叉。
偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程都较小，一般用于切削力不大、振动小、夹压面公差小的加工中。
图1-66 元偏心夹紧机构
1.圆偏心轮的工作原理
图1-67是圆偏心轮直接夹紧工件的原理图。
图
中，O
1
是圆偏心轮的几何中心，R是他的几何半径。
O
2
是偏心轮的回转中心，O
1
O
2
是偏心距。
若以O
2
为圆心，r为半径画圆（点划线圆），便
把偏心轮分成了三个部分。
其中，虚线部分是个“基
圆盘”，半径r=R-e;另两部分是两个相同的弧形楔。
当偏心轮绕回转中心O
2
顺时针方向转动时，相当于一
个弧形楔逐渐楔入“基圆盘”与工件之间，从而夹紧
工件。
2.圆偏心轮的夹紧行程及工作段
如图1-68a所示，当偏心轮绕回转中心O
2
转动时，设轮周上任意点x的回。
两种定位夹紧机构工作原理分析
两种定位夹紧机构工作原理分析摘要：在生产中，我们时常会遇到需要夹紧工件的情况，对于不同形状的工件，我们需要不同类型的夹紧机构。
本文主要介绍两类比较常用的快速夹紧机构，即斜楔式夹紧机构和偏心轮式夹紧机构的受力分析和自锁条件。
关键词：夹紧力；自锁；升角；偏心轮快速夹紧机构是指以快速简便的动作就能实现对物体施加某种形式的作用力，使之夹紧固定、夹持移位或夹紧制动的机构。
①根据其作用，分为定位夹紧机构、夹持位移机构和制动夹紧机构。
其中，定位夹紧机构是将工件定位夹紧后，能承受一定的外力作用而不松动的机构。
如机床加工夹具和各种测试夹具等。
本文介绍的两种快速夹紧机构即为定位夹紧机构。
1.斜块式斜楔夹紧机构（斜楔机构）1.1受力分析斜楔夹紧机构的受力图如图1所示，作用力Q推动楔块，顶块沿斜面向上的夹紧力为P，法向力N与沿接触面的摩擦力f合成一个反力R。
顶块在Q、P 和R的作用下处于平衡状态，由里的封闭三角形可知，顶块的夹紧力为式中α———楔块斜面升角φ———反力R作用线与法向反力N作用线之间的夹角，成为摩擦角。
图1图2 图31.2自锁条件夹紧后。
顶块保持在夹紧状态，楔块不会自动松脱的现象，成为自锁。
②如图2所示，若顶块沿斜面向下相对滑动时，楔块将被推出。
这时，P为主动力，Q为支持力，摩擦力f向上。
F和法向力N合成反力R。
可得由上式可知，若> ，则Q<0，即力Q的方向与图中所示相反。
这时，只要存在力Q就能使楔块松脱。
若< ，则力Q与图示相同。
这时，顶块对楔块无论多大的反力也不会使楔块自动退出。
可见。
斜楔夹紧机构的自锁条件是：楔块斜面升角小于摩擦角，即< 。
2.偏心轮式夹紧机构偏心轮夹紧机构的夹紧原理如图3所示，O1是偏心轮的几何中心；O2是偏心轮的转动中心；偏心轮半径为R；A是偏心轮夹紧支点，e为偏心距。
当偏心轮绕O2转动时，O2点至工件表面间的距离h发生变化。
利用这个变化可对工件进行夹紧。
形封闭圆偏心轮机构的夹紧装置
形封 闭圆偏心轮机构 的夹紧装置 。
齐
摘
轩 ， 得梅 黄
（ 沈阳冶金机械有限 公司， 辽宁 沈阳 ｌ０ ４ ） １１ １
要： 本文介绍 了一 种封 闭圆偏心轮机构 的夹紧装置 的工作 原理和性 能 特点 ， 出了相应 的力 给 学分析。该夹 紧装 置不仅具有传统的偏心夹紧装置的操作方便 、 紧动作快 、 自锁的特 夹 可 点与功能。 而且松开工件时不需要其他辅助装置 。
而引起 夹具 提高。
件夹紧， 而用于进行各种加工。当加工完毕后， 只要
逆 时针方 向用 力 作 用 在 圆 偏 心轮 的 手柄 上， 力小 用 大 ， 簧就会 自动复 位而 松开 加工 件 。 弹
２ 力 学 分 析
增力系数是机构 的输出力与输入力之间的 比
性 能 。这 部分 功 能 由形 封 闭 圆 偏 心轮 机 构 来 实 现 ，
显 著缺 点是 ． 了使 松 开 过 程 中压板 能 可 靠 地 自动 为 脱离 工 件表面 ， 具 设 计人 员 一般 都需 要 为杠 杆式 夹 压板 另外设 计 自动复 位 装 置 ， 中最 常 见 的是 弹簧 其 式 的。 以往弹 簧式 结构 中的弹 簧很 容 易会进 入切 屑 等 杂物 ， 由此可 能 引起夹 具 不能 正常 使用 ， 在机 械制 造企 业 的生产 实践 中屡 见不 鲜 。本 装置采 用 封闭式 结构 ， 将弹 簧封 闭起 来 ， 这样 会避 免弹 簧被 杂物 阻塞
值 ， 用 ｉ 表 示 。 当不 考 虑 摩 擦 损 失 的 增 力 系 数 常 来
由于上述原 因， 我们根据形封闭凸轮机构在 回 程时能够强制从动件复位 的原理， 结合 弹簧式复位 装置设 计 了二者 串联组 合 的 夹紧 装置 。这 种夹 紧装
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在夹具的各种夹紧机构中，以斜楔、螺旋、偏心、铰链机构以及由它们组合而成的夹紧装置应用最为普遍。
一、斜楔夹紧机构
1．夹紧力计算
图3-10夹紧受力图
由上面受力图可知，斜楔静力平衡条件为：
F1＋FRX ＝FQ
其中：F1＝FW tanφ1 ； FRX＝FW tan(α＋φ2)代入上式计算得：
式中：FW 斜楔对工件夹紧力
α 斜楔升角
FQ 原始作用力
φ1 斜楔与工件之间的摩擦角
φ2 斜楔与夹具体之间的摩擦角
2．增力比计算
增力比iF＝夹紧力／原始作用力
如果不考虑摩擦影响理想增力比（即忽略摩擦角）：
3．夹紧行程比计算
图3-11 夹紧受力
工件所要求的夹紧行程h与斜楔相应移动的距离s之比成为行程比iS。
由上图可知：夹紧行程＝工件被夹紧行程h/斜楔移动距离S
4．自锁条件
图3-12自锁受力
上图为原始作用力FQ停止作用后斜楔的受力情况。
斜楔楔入后，原始力去除，斜楔体自锁条件为F1>FRX
FW tanφ1> FW tan(α-φ2)
φ1> α-φ2或α〈φ1 ＋φ2
因此自锁条件是斜楔升角小于斜楔与工件、与夹具体之间的摩擦角之和，钢件：f＝0.1～0.15摩擦角φ＝5°43′～8°30′，故α<10°～17°
5．升角α的选择
手动夹紧α＝6°～8°，机动夹紧α≤12°，不需要自锁α＝15°～30°
6．结构设计
包括：手动夹紧机构、气动或液压夹紧、斜楔与压板与螺旋等组合结构。
斜楔夹紧机构的计算见下表
二、螺旋夹紧机构
螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。
螺旋夹紧机构结构简单、夹紧行程大，特别是它具有增
力大、自锁性能好两大特点，其许多元件都已标准化，很适用于手动夹紧。
它主要有两种典型的结
构形式。
1.单个螺旋夹紧机构
下图a所示为GB/T2161-91六角头压紧螺钉，它是螺钉头部直接压紧工件的一种结构。
下图b所示在螺钉头部装上摆动压块，可防止螺钉转动时损伤工件表面或带动工件转动。
下图c为用GB/T2149-91球面带肩螺母夹紧结构。
图3-13 单螺旋夹紧
2.螺旋压板夹紧机构
夹紧机构中，结构型式变化最多的是螺旋压板机构。
下图中所示为常用的五种典型机构。
图3-14 典型螺旋压板结构
三、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。
偏心件一般有圆偏心和曲线偏心两种类型，圆偏心因结构简单、制造容易而得到广泛的应用。
下图所示为常见的几种圆偏心夹紧机构。
圆偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程均不大，结构不耐振，自锁可靠性差，故一般适用于夹紧行程及切削负荷较小且平稳的场合。
图3-15偏心夹紧
1.圆偏心轮的应用特性
图3-16偏心轮夹紧特征
上图所示偏心轮直径D，偏心距e。
与斜楔夹紧比较，偏心夹紧主要是圆周上各接触点的升角α不是一个常数。
图3-17 偏心轮升角
如上图知，从任意接触点K分别作与回转中心O、几何中心O1的连线，LOKO1就是K点的升角αK
式中θ——偏心轮回转角度
随着回转角的增大，升角也随之增大，P点处的升角接近最大值，此时OO1连线处于水平位置。
回转焦大于90度以后，升角将随回转角增大而减小，θ=180度时，n点的升角为0度。
圆偏心轮升角变化的特性与自锁条件、工作段选择及结构设计等关系极大。
2.圆偏心轮的主要几何参数
（1）自锁条件由于圆偏心轮的弧形楔夹紧与斜楔夹紧的实质相同，因此其自锁条件
（2）若选择1、2之间的弧为工作段（见下图），则夹紧行程
故得:
3.偏心率及结构设计
根据圆偏心轮的自锁条件
D/e之值称为偏心率。
D/e值大的自锁性能好，但轮廓尺寸大。
当圆偏心轮的外径相同时，偏心率为14的
有较大的偏心距，因而夹紧行程较大，偏心率为20的更能确保自锁，故选择偏心率时，应视具体情况而
定。
偏心夹紧机构
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图3-36(a)所示直径为D，偏心距为e的偏心轮。
偏心轮可以看作是一个绕在转轴上的弧形楔(图中径向影线部分)。
将偏心轮上起夹紧作用的廓线展开，如图(b)所示，圆偏心实质是一曲线斜楔，夹紧的最大行程为2e，曲线上各点的升角不相等，P点升角最大则夹紧力最小，但P点附近升角变化小，因而夹紧比较稳定。
(1) 圆偏心夹紧的自锁条件：D/e≥14。
D/e值叫做偏心轮的偏心特性，表示偏心轮工作的可靠性，此值大，自锁性能好，但结构尺寸也大。
(2) 增力比：i=12~13。
(a) (b)
图3-36 圆偏心夹紧及其圆偏心展开图
(a) 偏心轮夹紧(b) 圆偏心展开图
偏心夹紧的主要优点是操作方便，动作迅速，结构简单，其缺点是工作行程小，自锁性不如螺旋夹紧好，结构不耐振，适用于切削平稳且切削力不大的场合，常用于手动夹紧机构。
由于偏心轮带手柄，所以在旋转的夹具上不允许用偏心夹紧机构，以防误操
精选。