夹具(夹紧装置设计3-2)
第三章-工件在夹具中的夹紧
2．液压夹紧
液压夹紧是利用液压油为工作介质来传力的 一种装置。它与气动夹紧比较，具有夹紧力稳定、 吸收振动能力强等优点，但结构比较复杂、制造 成本高，因此适用于大量生产。液压夹紧的传动 系统与普通气压系统类似。
3、气-液组合夹紧
气-液组合夹紧的动力源为压缩空气，但要使用 特殊的增压器，比气动夹紧装置复杂。它的工作原理 如图所示，压缩空气进入气缸1的右腔，推动增压器 活塞3左移，活塞杆4随之在增压缸2内左移。因活塞 杆4的作用面积小，使增压缸2和工作缸5内的油压得 到增加，并推动工作缸中的活塞6上抬，将工件夹紧。
削扭矩M 将使工件绕中心旋转，当钻头的刃带进入切削时，
产生的钻削扭矩最大，此时应为工件夹紧的最不利情况。
2.按静力平衡原理列出平衡式并计算夹紧力W
由图可知，钻削扭矩M有使工件产生转动的趋势，这 需要由夹紧力W在夹紧点所产生的摩擦阻力矩及由钻削力P 和夹紧力W所产生的支承反力在工件和定位面间产生的摩 擦阻力矩相平衡，即有平衡式：
升角：是工件上受压面与旋转半径的法线行 程的夹角。从几何关系可知，它是由转轴中心O点 和偏心几何中心C点，分别与夹紧点的连线所形成 的夹角。
P
max
e r
2）圆偏心夹紧的自锁条件
P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁
自锁条件 αmax ≤ 1 + 2
1-圆偏心轮与工件处的摩擦角。 2-圆偏心轮与转轴处的摩擦角。 tgαmax ≤ tg e/r ≤ , 取μ=0.1~0.15,
M / Q/ l
/
QL Q/ l
M M/
Q/ Q L l
N N
H1
H2 F1
F2
W
W
Q// H2 F2 W H1
夹具(夹紧装置设计3-2)
垂直于螺旋面作用力R、摩擦力 F 1 ；
——分解螺杆轴向分力，与W平衡，
——周向分力作用在螺纹中径 d 0 上，对螺杆产生力矩：
T2 Wt(g1)d20
实用文档
矩形螺杆受力示意图
实用文档
建立静平衡方程式：
QW L( t g 1)d 2 0W2 t g r' 0
大斜角 2 一段使滑柱迅速上升，小斜角 1 一段确保自锁。
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4．斜楔夹紧的结构特点 （1）斜楔的自锁性； （2）斜楔可改变夹紧力方向； （3）斜楔具有增力作用； （4）斜楔夹紧在夹紧方向上的行程小； （5）斜楔夹紧效率低：
斜楔与夹具体、工件为滑动摩檫。 ——多用于机动夹紧装置中
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（二）螺旋夹紧机构 由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构。
◇图（a）夹紧力W与重力G、切削力F方向一致：可以不夹紧 或用很小的夹紧力，
W0
◇图（b）夹紧力W与切削力F垂直：夹紧力较小，
W F G
图（c）夹紧力W与切削力F成一夹角：夹紧力较大，
W F (co ssin ) G (si n co )s
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★图（d）夹紧力W与切削力F、重力G垂直：夹紧力最大， W F G
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摆动压块
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★快速夹紧机构： 单个螺旋夹紧机构夹紧动作慢，装卸工件费时，为了克服这 一缺点，出现了各种快速螺旋夹紧机构。
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使用了开口垫圈
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采用了快卸螺母
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夹紧轴1上的直槽连 着螺旋槽，先推动 手柄2，使摆动压 块迅速靠近工件， 继而转动手柄，夹 紧工件并自锁。
常见螺旋夹紧机构
夹具设计课程设计69页
夹具设计课程设计69页一、课程目标知识目标：1. 让学生理解夹具设计的基本原理，掌握夹具的组成部分及功能；2. 使学生掌握夹具设计的基本流程，包括需求分析、方案设计、详细设计和图纸绘制；3. 帮助学生了解夹具设计中涉及的力学知识，如力、力矩、强度和刚度等。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行夹具设计的能力；2. 培养学生根据实际需求，独立完成夹具设计方案的能力；3. 提高学生分析问题和解决问题的能力，使其能够针对夹具设计中的问题进行优化和改进。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对夹具设计学科的兴趣，激发其学习热情；2. 培养学生的团队协作精神，使其在小组讨论和设计中能够互相支持、共同进步；3. 增强学生的创新意识，鼓励他们在夹具设计中勇于尝试新思路和方法。
课程性质分析：本课程为工程技术类课程，旨在培养学生的实际操作能力和工程实践能力。
课程内容与实际生产密切相关，注重理论与实践相结合。
学生特点分析：学生处于高中阶段，具有一定的物理和数学基础，对工程技术有一定了解。
学生对新鲜事物充满好奇，但注意力容易分散，需要通过生动的教学方法和实践活动来提高其学习兴趣。
教学要求：1. 注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中掌握夹具设计的方法和技巧；2. 采用项目式教学，引导学生主动参与，培养学生的自主学习能力；3. 注重过程评价，关注学生在学习过程中的表现，及时给予指导和反馈。
二、教学内容1. 夹具设计基本原理及分类- 夹具的作用、分类及选用原则- 夹具的基本组成部分及其功能2. 夹具设计基本流程- 需求分析：了解工件加工要求，确定夹具设计需求- 方案设计：根据需求，设计夹具结构方案- 详细设计：完成夹具零部件设计，确定尺寸和配合关系- 图纸绘制：使用CAD软件绘制夹具总装图及零部件图3. 夹具设计中涉及的力学知识- 力、力矩、力的合成与分解- 强度、刚度、稳定性计算- 夹紧力计算及夹紧装置设计4. 夹具设计实例分析- 分析典型夹具设计案例，了解实际应用中的设计技巧- 学习夹具设计中常见问题及解决方案5. 夹具设计实践操作- 运用CAD软件进行夹具设计实践- 按照项目要求，完成夹具设计方案并绘制图纸6. 夹具设计评价与优化- 评价夹具设计方案，提出优化措施- 分析优化效果，总结设计经验教学安排与进度：本教学内容共分为6个部分，按照以下进度进行：1. 第1周：夹具设计基本原理及分类2. 第2周：夹具设计基本流程3. 第3周：夹具设计中涉及的力学知识4. 第4周：夹具设计实例分析5. 第5-6周：夹具设计实践操作6. 第7周：夹具设计评价与优化教材章节：本教学内容对应的教材章节为第3章“夹具设计原理及方法”、第4章“夹具设计实例”和第5章“夹具设计CAD软件应用”。
第三章 工件的夹紧及夹紧装置(夹具设计)
速，但自锁能力较差，增力比小，（取决于L/ρ的 比值）。常用在切削平稳且切削力不大的场合。
机械学院
第二节 基本夹紧机构
2.偏心夹紧机构-适用范围
几种常见偏心夹紧机构
机械学院
第二节 基本夹紧机构
3.螺旋夹紧机构-分类
直接夹紧式螺旋夹紧机构：拉紧式和压紧式 移动压板式螺旋夹紧机构：支点式和内嵌式 铰链压板式螺旋夹紧机构：遮盖式、杠杆式、翻转式、联动式 可拆卸压板式螺旋夹紧机构：直拆式和旋拆式
机械学院
移动式压板端面偏心轮夹紧机构
移动式压板端面偏心轮夹紧机构：主要由两个端面凸轮在不同的旋 转角度上产生的轴向位移来实现夹紧动作。它的结构简单、紧凑， 占用空间小，操作方便，但自锁性能差一些，因此，其夹紧行程受 到一定限制。
机械学院
转动式压板端面偏心轮夹紧机构
转动式压板端面偏心轮夹紧机构：主要由端面凸轮和滑动杆在转动 一定角度时产生的位移来实现夹紧动作。它的结构也比较简单，操 作方便，由于是利用杠杆原理进行夹紧，其夹紧力比较大，但占用 的空间要大一些。
夹紧力作用点的选择
2)作用在工件刚度高的部位
机械学院
第一节 夹紧机构原理
3.确定夹紧力的基本原则
夹紧力的作用点与工件变形 a）工件底面产生夹紧变形 b）改进方案
机械学院
第一节 夹紧机构原理
3.确定夹紧力的基本原则
夹紧力作用点的选择
3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件 切削部位的刚度和抗振性。
机械学院
第二节 基本夹紧机构
6.斜楔夹紧机构-适用范围
斜楔夹紧装置常用在尺寸公差较小的夹紧装置中，主要用 于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。
机械加工工艺与工装夹具 2.3 机床夹具的设计案例(教材)
任务2.3 机床夹具的设计案例一、机床夹具的设计思路（一）设计原因机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。
其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。
因此简单来说设计夹具的目的就是为了将工件摆放在正确位置上。
但由于不同工件有相应的特异性，因此传统的通用夹具无法满足定位夹紧的需求，这个时候就需要设计出一套只供工件使用的专用夹具，来实现工件的定位夹紧。
夹具就是在这样的背景下才会被设计出来。
在设计夹具前首先要对工件进行分析，了解工件的外观、作用、加工精度、加工要求，根据工件进行专用夹具的分析。
最主要的是用于什么工艺，如何根据工件确定夹紧位置和何如进行定位。
同时还要明确该工件用途是什么，怎么进行加工，这样才能设计出一套符合加工要求同时还能体现出作用的夹具。
（二）设计的基本要求（1）保证工件的加工精度。
工件加工工序的技术要求，包括工序尺寸精度、形位精度、表面粗糙度和其他特殊要求。
夹具设计首先要保证工件被加工工序的这些质量指标。
其关键在于正确地按六点定位原则去确定定位方法和定位元件，必要时进行误差的分析和计算。
同时，要合理地确定夹紧点和夹紧力，尽量减小因加压、切削、振动所产生的变形。
为此，夹具结构要合理，刚性要好。
（2）提高生产率、降低成本、提高经济性。
尽量采用多件多位、快速高效的先进结构，缩短辅助时间，条件和经济许可时，还可采用自动操纵装置，以提高生产效率。
在此基础上，要力求结构简单，制造容易，尽量采用标准元件和结构，以缩短设计和制造周期，降低夹具制造成本，提高其经济性。
（3）操作方便、省力和安全。
夹具的操作要尽量使之方便。
若有条件，尽可能采用气动、液压以及其他机械化、自动化的夹紧装置，以减轻劳动强度。
同时，要从结构上、控制装置上保证操作的安全，必要时要设计和配备安全防护装置。
（2）便于排屑。
排屑是一个容易被忽视的问题。
排屑不畅，将会影响工件定位的正确性和可靠性;同时，积屑热量将造成系统的热变形，影响加工质量;清屑要增加辅助时间;聚屑还可能损坏刀具以至造成工伤事故。
3第三章工件在夹具中的夹紧
3、圆偏心夹紧的自锁条件 P点夹紧时能自锁，则可保证其余 各点均可自锁 自锁条件 αp ≤ Φ1＋Φ2 tanαp=2e/D≈αp 为安全起见取Φ1 =0 2e/D ≤Φ2≈μ2, 取μ2=0.1~0.15, D/e≥14～20自锁, D/e叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮 的工作可靠性
(4) 弹簧筒夹式定心夹紧机构
弹性夹头和弹性心轴 1夹具体；2弹性筒夹；3锥套；4螺母；5心轴
(5) 波纹套定心夹紧机构
波纹套定心心轴 1螺母；2波纹套；3垫圈；4工件；5支承圈
(6) 液性塑料定心夹紧机构
液性塑料定心夹紧机构 1夹具体；2簿壁套筒；3液性塑料； 4滑柱；5螺钉；6限位螺钉
六、 联动夹紧机构 单件多位（联动）夹紧机构 多件多位（联动）夹紧机构
4、有效工作区域：一般常选下面两种工作区域： 1) β=±30°～±45°，为P点左右，楔角变化 小，工作较稳定，α大自锁性能差； 2) β=－15°～75°，楔角变化大，工作不稳 定，但夹紧时α小，自锁性能好。
e
L
P
B1 A
C贮 C间
A1
ρ
α Q 1x
α α
Q P C 垫块
工件
B Q1
T
图 6 . 47 圆偏心轮的设计
应用：广泛用在手动夹紧中。
图a)减力增大行程
图b)改变力向
图c) 增力减小行程
图3.18
万能可调节压板
三、圆偏心夹紧机构
工作原理：利用转动中心与几何中心偏移的圆盘 或轴作为夹紧元件 夹紧特点： • 结构简单，制造方便，夹紧迅速，操作灵活，行 程小，增力小，自锁能力差。适合夹紧力小、振 动小的场合。
五、 定心、对中夹紧机构
夹具设计方案
夹具设计方案一、背景介绍夹具是一种用于固定工件并提供加工和组装所需位置的工具。
在制造业中，夹具起着至关重要的作用，它能够保证工件的稳定和精确加工，从而提高生产效率和质量。
本文将介绍一种夹具设计方案，旨在满足特定工件的加工需求。
二、需求分析针对特定工件的加工要求，我们需要设计一个夹具，满足以下需求：1. 稳定性：夹具需要能够牢固地固定工件，避免在加工过程中发生移动或滑动。
2. 精度要求：工件具有一定的加工精度要求，夹具需要提供准确的定位和固定，确保加工精度。
3. 加工效率：夹具应设计合理，方便加工人员操作，提高工作效率。
三、设计方案基于以上需求分析，我们提出以下夹具设计方案：1. 结构设计：(1) 选择合适的夹具类型：根据工件的形状和加工要求，选择合适的夹具类型，如夹具钳、夹具板等。
(2) 夹具构架设计：设计夹具的构架和定位装置，确保夹具与工件的匹配和稳定性。
(3) 强度计算：根据工件的重量和加工力，进行夹具的强度计算，确保夹具具有足够的承载能力。
2. 定位与固定设计：(1) 定位装置设计：根据工件的特点和加工要求，设计夹具的定位装置，确保工件的准确定位。
(2) 固定方式选择：根据工艺要求和工件特点，选择合适的固定方式，如夹紧、螺旋固定等。
3. 操作性与安全性设计：(1) 操作便捷性：考虑到加工效率，设计夹具时应尽量减少操作步骤，方便操作人员快速固定工件。
(2) 安全性设计：夹具的设计应符合相关安全标准，确保操作人员和设备的安全。
4. 材料选择：选择适合夹具的使用条件的材料，如钢材、铝材等，确保夹具的稳定性和耐用性。
四、效果评估设计完成后，需对夹具进行效果评估，包括以下方面：1. 稳定性评估：通过实际使用和试验，评估夹具的稳定性，检查工件加工时是否有移动或滑动。
2. 加工精度评估：测量加工后工件的尺寸精度，评估夹具是否满足加工精度要求。
3. 操作效率评估：通过实际操作，评估夹具的操作便捷性和加工效率，检查是否需要进行进一步的改进。
夹具设计_精品文档
夹具设计引言夹具是工业生产中常用的辅助工具，用于固定、定位和支撑工件，以便进行加工、检测或装配。
夹具设计的质量和效果直接影响到生产效率和产品质量。
本文将介绍夹具设计的基本原则、设计流程以及一些常见的夹具类型和应用场景。
夹具设计的基本原则夹具设计应遵循以下基本原则：1.合理性原则：夹具设计要符合实际生产需求和工艺要求，满足生产过程中的定位、固定和支撑等功能。
2.适用性原则：夹具设计应能适应不同形状、尺寸和材料的工件，具有一定的适应性和通用性。
3.稳定性原则：夹具应具有足够的刚性和稳定性，保持工件的位置不变，并能在加工过程中承受剧烈的力和振动。
4.安全性原则：夹具设计要考虑操作人员的安全，设计合理的安全装置和防护措施，减少事故的发生。
5.经济性原则：夹具设计要尽可能减少成本，提高生产效率，减少浪费，降低生产成本。
夹具设计的流程夹具设计的流程可以分为以下几个步骤：1.分析工件特征：首先需要对待加工的工件进行分析，包括形状、尺寸、材料等特征，以确定夹具的基本结构和功能需求。
2.确定定位方式：根据工件特征和加工要求，确定夹具的定位方式，包括点定位、线定位、面定位等，以确保工件的位置和姿态准确稳定。
3.设计夹具结构：根据定位方式和加工要求，设计夹具的结构，包括夹具底座、夹具架、夹具夹持部件等，确保夹具具有足够的刚性和稳定性。
4.确定夹紧力：根据工件材料和加工要求，确定夹具的夹紧力，以确保工件在加工过程中不会发生位移或变形。
5.设计安全装置：根据工艺要求和安全标准，设计夹具的安全装置，以确保操作人员的安全，如防护罩、限位装置等。
6.优化设计：对夹具设计进行优化，考虑稳定性、精度、工艺性等因素，使夹具的效率和效果达到最佳状态。
7.制作和调试：根据夹具设计图纸进行制作，然后进行夹具的调试和测试，确保夹具能够正常使用。
常见夹具类型和应用场景1.夹具工作台：用于固定和支撑工件，提供稳定的工作平台，适用于钻孔、铣削、打磨等加工工序。
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CHENLI
辅助支承和辅助夹紧
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4．夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形 →导向、定位与夹紧支架分开（精加工夹具）
例1:发动机机体精镗主轴孔、凸轮轴夹具： 导向与夹紧支架分开。
例2: 存在的问题：夹紧力作用于导向支架上， 夹紧力的反作用力 引起导向支架变形，影响导向精度； 改进措施：导向支架与夹紧机构分开，让夹紧力的反作用力 不再作用在导向支架上。
图（e）夹紧力W与切削力F、重力反向：夹紧力较大。
WFG
图（a）、（b）优先选用，图（c）、（e）次之，图 （ｄ）最差，避免不用。
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夹紧力与切削力、重力的关系
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3．夹紧力方向应与工件刚度高的方向一致，以减少夹紧变形。 如薄壁套加工改径向夹紧→轴向夹紧。
薄壁套筒的夹紧
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机械制造装备设计
主讲人：李爱芝
3.2 夹紧装置的设计
3.2.1 夹紧装置的组成及基本要求 3.2.2 夹紧力的确定 3.2.3 常用的夹紧机构 3.2.4 夹紧机构的动力装置
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3.2.1 夹紧装置的组成及基本要求 夹紧：将工件定位后的位置固定下来。保持工件在定
位中所获得的正确位置，使其在外力作用下， 不发生移动和振动。 夹紧装置设计内容： 夹紧力的确定；夹紧机构设计； 夹紧动力装置的设计或选择。
1．夹紧力的方向应有助于定位，而不应破坏定位。 （1）只有一个夹紧力，夹紧力应垂直于主要定位基面或使各定
位基面同时受到夹紧力的作用。
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例1：夹紧力的方向朝上主要定位面 图（a）：工件被镗的孔与左端面A有一定的垂直度要求。 图（ｂ）：夹紧力朝向主要定位面（Ｖ形块的Ｖ形面），使 工件的装夹稳定可靠。
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（一）夹紧装置的组成
1．动力源（动力装置）：产生原始作用力的部分。 夹紧力的来源：人力；某种动力装置。 常用的动力装置： 液压装置、气压装置、电磁装置、电动装置、 气一液联合装置、真空装置。 手动夹紧：用人力对工件进行夹紧。 机动夹紧：用液压装置、气压装置、电磁装置、电动 装置等动力装置进行夹紧。
◇图（a）夹紧力W与重力G、切削力F方向一致：可以不夹紧 或用很小的夹紧力，
W0
◇图（b）夹紧力W与切削力F垂直：夹紧力较小，
W F G
图（c）夹紧力W与切削力F成一夹角：夹紧力较大，
W F (co ssin ) G (si n co )s
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★图（d）夹紧力W与切削力F、重力G垂直：夹紧力最大， W F G
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夹紧力作用点与夹紧变形的关系
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◆设计特殊形状夹爪、压角等分散作用夹紧力，增大工件受力 面积。 采用具有较大弧面的夹爪来防止薄壁套筒变形；或采用弹簧 套筒夹紧。 采用球面支承代替固定支承，夹压环形工件。
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增大受力面积减少夹紧变形
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3．夹紧力的作用点应尽量靠近工件加工表面，以提高 定位稳定性和夹紧可靠性，减少加工中的振动（低 刚度工件）。
一力两用示例
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（2）用几个夹紧力分别作用时，朝向主要定位面的夹 紧力应是主要夹紧力，应注意几个夹紧力动作顺 序。
如三基面组合定位：W1 W2 W3
Ｗ１是主要夹紧力，朝向主要定位面，最后作用； Ｗ2、Ｗ3是帮助定位的，应首先作用。
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2．夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力：最好与切削 力F、重力G方向一致。
4．夹紧装置必须可靠 既要保证工件在加工过程中的
5．工艺性好
位置稳定不变，振动小，又要 使工件不产生过大的夹紧变形。
结构简单，便夹于紧制力造稳和定维可减少夹紧误差。
修；多用标准零部件；操
作方便、安全、省力
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3.2.2 夹紧力的确定
包括夹紧力的作用点、方向、大小三要素。 （一）夹紧力的方向
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液压夹紧铣床夹具：液压缸４、活塞５、活塞杆３组成了液压动 力装置，铰链臂２和压板１等组成了铰链夹紧机构，其中压板１ 是夹紧元件。
液压夹紧铣床夹具
１、压板，２、铰链臂，３、活塞杆，４，液压缸，５、活塞
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(二)对夹紧装置的基本要求
1．确能保证工件定位后占据的正确位置
2．夹紧力的大小要适手当动、夹稳紧自定锁、有机助动于夹定紧位联， 3．夹紧装置的复杂程锁度保与护生、产夹紧类行型不程相应足适破够应坏等定。。位.
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2．夹紧机构： 接受和传递原始作用力，使其变为夹紧力并执行夹紧任务 的部分。
◇中间递力机构： 把人力或动力装置产生的原始作用力传递给夹紧元件。 ①改变作用力的方向；②改变作用力的大小； ③具有一定的自锁性能，保证夹紧可靠性。
◇夹紧元件（执行元件）： 直接与工件接触，最终完成夹紧任务。 人力或动力装置（原始作用力）→中间递力机构→夹紧元 件→工件。
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例2：一力两用示例，使各 定位基面同时受到夹紧力作 用。 图（a）所示，可对第一定 位基面施加Ｗ１，对第二定 位基面施加Ｗ２； 图（ｂ）所示，施加Ｗ３代 替Ｗ１、Ｗ２，使两定位基 面同时受到夹紧力的作用。
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图（ｃ）所示，施加Ｗ３代替Ｗ１、Ｗ２，使两定位 基面同时受到夹紧力的作用。
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夹紧引起导向支架变形
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（三）夹紧力的大小：
夹紧力的大小必须适当：
过小，加工过程中发生移动或振动，破坏定位；
过大，使工件和夹具产生夹紧变形，影响加工质量。
夹紧力确定方法：实验法、估算法。
估算夹紧力通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。
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（二）夹紧力的作用点 1．应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移或偏转。 →落在定位元件之上或支承范围内
夹紧力作用点的位置
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2．夹紧力的作用点应有助于减小夹紧变形。
◆夹紧力的作用点应落在工件刚性好的方向和部位，特别对低 刚度工件。 如发动机汽缸套加工，大多数工序采用轴向夹紧。 夹紧如图ｂ）所示薄壁箱体时： 夹紧力应作用在刚性好的凸边上； 若箱体无凸边时，可如图ｃ），将单点夹紧改为三点夹紧， 使着力点落在刚性好的箱壁上。