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
第十二讲 基本夹紧机构分析(二)
(a)
(b) 图1—73
2.计算定位误差 除槽宽16H11由铣刀保证外，本工序的主要加工要求是槽侧面与正 面的距离11士0.2mm及槽侧面与 25H7孔轴线的垂直度0.08mm，其它要 求未注公差，因而只要计算上述两项加工要求的定位误差即可。 (1)加工尺寸11士0.2mm的定位误差采用图1一72c所示定位方案时， 工序基准为E面，定位基准E面及 25H7孔均影响该项误差。 当考虑E面为定位基准时，基准重合， B 0 基准位移误 差 Y 0 ；因此定位误差 D1 =0 当考虑 25H7为定位基准时，基准不重合，基准不重合误差为E 面相对 25H7孔的垂直度误差，即 ；
(a)
图1—66 圆偏心夹紧机构
(b)
图1-66c用的是偏心轴，图166-d用的是偏心叉。
(c) 图1—66 圆偏心夹紧机构
(d)
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。
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， O1 是圆偏心轮的几何中 心，R是它的几何半径。 O2 是偏心轮的 回转中心，1 2 是偏心距。 若以 O2 为圆心，以 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 顺时针 O2 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。
(a) 图1一74 铣拨叉槽时的定位误差
(b)
(2)槽侧面与 25H7孔轴线垂直度的定位误差 由于定位基准与工序基准重合，所以 B = 0 由于孔轴配合存在最大配合间隙Xmax，所以存在基准位移误差。定位 基准可绕x轴产生两个方向的转动，其单方向的转角如图1一74b所示 X / 2 0.025 0.025 tg max 0.000625 40 2 40 此处槽深为8mm，所以基准位移误差
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。
圆偏心轮夹紧工件时
os，A 在B点的夹紧高度
HB
HA
ecos A
,所以
cosB
H
B
D 2
e cos B
e
hAB
式中，夹紧行程co为s: A cos B
一一装卸工件所需的h间AB隙，S一1 般S取2 S3≥0.3mm；
S1 一一夹紧装置的弹性变形量，一般取 S1= 0.05～0.15mm；
S 2 一一夹紧行程储备量，一般取 = 0.1～O.S32mm；
在
45°～x 135°范围内，升角大 x，升角变化小，夹紧力较小而稳定，
并且夹紧行x 程大(h≈1.4e)。在
90°～180°范围内，升角由大到小，夹紧
力逐渐增大，但夹紧行程较小(h=e)。
x
3．圆偏心轮偏心量e的确定
如图l一68所示，设圆偏心轮工作段为 根A据B式在A点的夹紧高
度 行程
HA
D ec 2
图1一70 标准圆偏心轮的结构
图l一70 标准圆偏心轮的结构
第十节 工件装夹的实例分析
本章前面各节阐述了工件装夹的定位原理、常用的定位元件、定位 误差的计算方法、确定夹紧力的原则和基本夹紧机构，本节将用实例说 明怎样综合运用上述原理、原则和方法来装夹工件。
如图1-71所示，在拨叉上铣槽。 根据工艺规程，这是最后一道机加工工序，加工要求有：槽宽 16H11，槽深8mm，槽侧面与 25H7孔轴线的垂直度为0.08mm， 槽侧面
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。
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
图它是。的偏图几心中何距，半。径。是圆O是偏1 偏心心轮轮的O的几2 回何转中中心心，，R是
偏心轮夹紧的自锁条件
偏心轮夹紧的自锁条件自锁是指在某种条件下，系统或装置可以保持稳定状态，并且在外界干扰下不会发生变化。
在机械工程领域中，自锁条件是一种重要的设计要求，它可以确保装置在工作过程中的稳定性和安全性。
而偏心轮夹紧是一种常见的实现自锁条件的机构，本文将介绍和分析偏心轮夹紧的自锁条件。
偏心轮夹紧是一种基于几何原理的自锁机构。
它由一个偏心轮和一个夹紧装置组成，通过调整偏心轮的位置和角度来实现夹紧或释放的功能。
具体而言，偏心轮是一个圆盘状的零件，其轴心与旋转轴线不重合，而夹紧装置则是用于夹紧或释放偏心轮的机构。
在偏心轮夹紧的自锁条件中，一个关键的要求是夹紧力要大于或等于外界作用力。
这是保证偏心轮夹紧状态不发生变化的基本条件。
当外界作用力小于夹紧力时，偏心轮会受到夹紧装置的约束，保持夹紧状态。
而当外界作用力大于夹紧力时，偏心轮会受到外界作用力的影响，从而发生松动或释放的情况。
为了更好地理解偏心轮夹紧的自锁条件，我们可以通过一个简单的实例进行说明。
假设有一个偏心轮夹紧装置，其夹紧力为Fc，外界作用力为Fa。
当Fa小于或等于Fc时，偏心轮会保持夹紧状态。
而当Fa大于Fc时，偏心轮则会发生松动或释放。
在分析偏心轮夹紧的自锁条件时，还需要考虑偏心轮的几何特性。
具体而言，偏心轮的几何特性包括偏心距离和夹角。
偏心距离是指偏心轮轴心与旋转轴线之间的距离，而夹角则是指偏心轮轴心与旋转轴线之间的夹角。
这些几何特性会直接影响偏心轮夹紧的自锁条件。
在实际应用中，为了满足偏心轮夹紧的自锁条件，需要合理选择偏心距离和夹角。
一般来说，较大的偏心距离和夹角可以提高夹紧力和自锁性能。
但同时也需要考虑装置的结构和尺寸限制。
除了偏心轮的几何特性，材料的选择也是影响偏心轮夹紧的自锁条件的重要因素。
对于偏心轮和夹紧装置来说，需要选择具有良好机械性能和耐磨性的材料，以确保其在工作过程中的稳定性和可靠性。
总结起来，偏心轮夹紧是一种常见的实现自锁条件的机构。
2.2 常用的夹紧机构
六、定心夹紧机构
（一）工作原理
当被加工面以中心要素（轴线、中心平面）为工序加工基准时，为使基准 重合以减少定位误差，常采用能同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机 构—定心夹紧机构。 定心夹紧机构。
①“定位—夹紧”元件合二为一； ②始终有：△db=0； ③主要用 在要求定心和对中的场合
（二）各类典型机构特点及适用范围
5、偏心轮的设计
① 选工作区：根据加工要求确定转角范围； ② 夹紧行程h确定： h= △S1+△S2+△S3+△S4 △S1——装卸工件所留空隙(mm)，取≥0.3； △S2—夹紧机构变形补偿量(mm)，取=0.05～0.15 △S3——夹紧尺寸误差补偿量(mm)，即为夹紧工 件尺寸的公差； △S4——行程贮备量(mm)，取=0.1～0.3。
圆偏心轮应用特性
相当于一个弧形楔逐渐楔入虚线与工件之间
1、结构特点：
O1是几何中心；O是回转中心；R是几何半径； e 是偏心 量， e = R－R0 ； r 是回转半径(回转中心和切点的连线) ；R0是最小回转半径；回转角β 是 OO1连线与水平线的夹角， 两线重合时，β=0， 使r 增 大方向β为正，所以β在±90° 范围内。升角 α是r 的垂线和 受压面之间的夹角；圆周上 各接触点的升角不是常数。
单件对向联动夹紧机构Biblioteka 单件互垂力或斜交力联动夹紧机构
2、多件联动夹紧机构
此机构多用于中小 型工件的多件加工。 按其对工件使力方 式的不同， 一般分为四种基本 形式： （1）平行式多件 联动夹紧 F = FW Wi n
（2）连续多件夹紧
理论上各工件的夹紧力：
FWi = Fw
实际上，在夹紧系统中，各环节的变形、传力过程中均存 在摩擦能耗， 工件较多时，力在传递过程中存在损耗，末 件夹紧力可能会不足。
常见夹紧机构-对工装夹具人员非常有帮助的一份资料
常见夹紧机构夹紧机构的种类很多，这里只简单介绍其中一些典型装置。
（1）斜楔夹紧机构图 4.52所示是一些斜楔夹紧实例。
斜楔夹紧机构是利用斜面的楔紧作用，将外力传递给工件，完成工件的夹紧。
当楔块的升角α 在 6 0 ~10 0 时具有自锁性能。
但自锁的稳定性较差，主要用于夹紧机构中来改变力的方向。
（ 2）螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构结构简单、容易制造，而且螺旋相当于一个斜楔缠绕在圆柱体的表面形成的；由于其升角小（ 3 0 左右）则螺旋机构具有较好的自锁性能，获得的夹紧力大，是应用最广泛的一种夹紧机构。
如图 4.53、4.56所示1）单个螺旋夹紧机构如图4.53（a）（b）中直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构。
螺钉头部直接压在工件表面上，可能会损伤工件或带动工件旋转。
为克服这一缺点在其头部加装浮动压块，以增加接触面积，减少损伤。
如图4.54所示夹紧动作慢使这一机构的另一缺点。
通常采用一些快速结构，如快卸垫圈、快换螺母、快速机构等，如图 4.55所示。
2）螺旋压板夹紧机构图4.56是螺旋压板夹紧机构的几种典型结构，其在夹紧机构中广泛的使用。
3）钩形压板夹紧机构图4.57是螺旋钩形压板夹紧机构的一些结构，其特点是结构紧凑，使用灵活、方便。
（3）偏心夹紧机构它是利用偏心间直接或间接夹紧工件的机构。
偏心夹紧分圆偏心和曲线偏心两种，其特点是结构简单、操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力小，夹紧行程短，用于振动小、切削力不大的场合。
图 4.58是几种典型的偏心夹紧机构的实例，图4.59是圆偏心轮的几种结构。
（4）联动夹紧机构是利用机构的组合完成单件或多件的多点、多向同时夹紧的机构。
它可以实现多件加工、减少辅助时间、提高生产效率、减轻工人的劳动强度等。
1）单件联动夹紧机构利用夹紧机构实现工件的多向、多点夹紧。
如图4.60所示机构实现二力垂直夹紧。
2）多件联动夹紧机构一般有平行式多件联动夹紧机构和连续式多件联动夹紧机构。
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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。