一种绿色化的气动-液压-机械复合传动夹具.pdf

2 0 1 3年 2月 第4 1 卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS Fe b ． 2 01 3 Vo l _ 41 No ． 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 3 3 一 种绿色化的气动 一液压 一机械复合传动夹具 高新新 ，郭旭红，黄星 苏州大学机 电工程学院，江苏苏州 2 1 5 0 2 1 摘要介绍一种绿色化的气动 一液压 一机械复合传动夹具。该机构采用气动驱动、铰杆增力机构及密封液体面积效应 增力机构 ，具有耗能低、不污染环境的优点，同时具有液压夹具的夹紧力大、易于空间布置的优点。此外，由于采用铰杆 增力机构 ，夹紧元件的速度由快到慢最终达到最大夹紧力，缩短夹紧时间。 关键词 气动 一 液压 一 机械复合传动夹具；铰杆增力机构；绿色设计 中图分类号T H1 3 8 ；T H 1 3 7 ；T H 1 1 2 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 41 1 02 A Gr e e n．． o r i e n t e d Pne uma t i c h y dr a u l i c me c h a n i c a l Co mp o s i t e Tr a ns mi s s i o n Fi x t ur e GA0 Xi n x i n． GUO Xuh o n g． HUANG Xi n g S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t r i c E n g i n e e r i n g ，S o o c h o w U n i v e r s i t y ，S u z h o u J i a n g s u 2 1 5 0 2 1 ，C h i n a Ab s t r a c t A k i n d o f p n e u ma t i ch y d r a u l i cme c h a n i c a l c o mp o s i t e t r a n s mi s s i o n fi x t u r e w a s i n t r o d u c e d ． I n t h i s fi x t u r e ， p n e u ma t i c d ri v e，t o g g l e f o r c e a mp l i fi e r i n s t i t u t i o n a n d a r e a e f f e c t i n c r e a s e d f o r c e a g e n c i e s o f t h e s e a l e d l i q u i d w e r e a d o p t e d ． T h e fi x t u r e h a s t h e a d v a n t a g e s ，s u c h a s l o w c o n s u mp t i o n ， n o p o l l u t i o n，b i g c l a mp i n g f o r c e an d e a s y s p a c e l a y o u t ． I n a d d i t i o n，b e c a u s e o f a d o p t i n g t o g g l e f o r c e a mp l i fi e r i n s t i t u t i o n， t h e c l a mp i n g s p e e d o f t h e c o mp o n e n t s c h a n g e s f r o m f a s t t o s l o w a n d t h e ma x i mu m o f t h e c l am p i n g f o r c e i s r e a c h e d fi n all y，S O t h e c l a mp i n g t i me i s s h o r t e n e d ． Ke y wo r d sPn e u ma t i chy d r a u l i cme c h a ni c al c o mpo s i t e t r a n s mi s s i o n fix t u r e；To g g l e f o r c e am pl i fie r i n s t i t u t i o n； Gr e e n d e s i g n 传统的机床夹具往往是液压夹具。液压夹具的主 要优点是系统压力高，夹紧力大 ；主要缺点是能 量利用率低 ，液压泵噪声较大，且容易发生因油液泄 漏及挥发造成环境污染。而没有蓄能器保压的液压传 动系统 ，夹紧后切削加工过程 中，液压泵仍需要运 转 ，以保持对被夹紧工件 的夹紧力；不仅多消耗能 量 ，而且溢流回路会导致系统温度升高。针对此问题 作者设计了带有铰杆增力机构 的气动 一液压 一 机 械复合传动夹具 ，这种夹具能够迅速地夹紧和松开工 件，提高了工作的效率。 1 工作 原理 图 1 是作者设计的气动 一 液压 一机械复合传动夹具 的原理图。在气缸和主动活塞之间设计一个铰杆增力机 构，主动活塞和复合缸利用无液压泵式液压机构 。 气 气缸活塞 输 出液压腔复合缸左腔复合缸右腔 图 1 工作原理图 1 ． 1工件 的 夹紧 当气动换 向阀处于图 1中的左位状态 时 ，压缩空 气进入气缸左腔 ，推动气缸活塞向右运动；通过铰杆 机 构进行 了第一 次力 放大 ，推 动主动 活塞压 缩油 液 ， 进入复合缸左腔 中 ，在这个过程 中由于两个液压缸的 截面积不 同，利用面积增力效应进行了第二次力放 大；最后复合缸左腔中的液压油受压产生压力推动复 合缸的活塞夹 紧工件 。 在这个夹具 系统 中 ，采用 了非线性的铰杆增力机 构 ，开始 时 O ／ 角较大 ，夹 紧元件 的速度较快 ，缩短 了 时间。当工件被夹 紧时 ，随着 O t 角变小 ，可获得更大 的夹紧力 。 由于气压传动是利用压缩空气的势能工作。在工 件被夹紧后的切削加工过程中，可保持对工件的持续 夹紧而不消耗能量。而如果采用没有蓄能器的液压传 动系统，为了持续保持对工件的夹紧力 ，液压泵需要 不断运转以提供动力，溢流回路的持续溢流会造成不 必要 的能源浪费 。由于文 中设 计的夹具初始 能源为气 压传动，所以能够解决这个问题 。 此外，由于输出液压腔与复合缸左腔之间采用管 路连接，因此，复合缸的空间位置可以随意布置 ，提 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 3 1 基金项目江苏省工业支撑项目 B E 2 0 1 1 0 7 6 ；苏州市技术专项项目 Z X G 2 0 1 1 3 1 作者简介高新新 1 9 8 8 一 ，男，硕士研究生，研究方向为机械制造。Em a i l g a o x x 8 8 0 6 1 6 3 ． t o m。 第 4期 高新新 等一种绿色化的气动 一液压 一机械复合传动夹具 1 1 1 高了柔性化 。 1 ． 2工件 的松 开 工件加工完成后 ，使气 动换 向 阀处 于右 位状态 ， 压缩空气进入 复合 缸 的右腔 中 ，同时进 入气缸 右 腔 ， 通过铰杆机构推动气缸的活塞将多余的空气排出。 2力学计算 2 ． 1 输 出力计算 不考虑摩擦 时 ，夹 紧装置 的夹 紧力称 为理想 夹紧 力 ，其计算公式为 F 2 2 1 一 【 1 8 d t ant 考虑摩擦损失后的夹紧力称为实际夹紧力 ，其计 算公式为 F 2 ， 叼 r 叼 n ‘ z 式 中P为气压泵输入 的压力 ； D 为气缸 的直径 ； D 为复合缸的直径； d为主动活塞直径 ； 为铰链副的当量摩擦角，即 a r c s i n r 为铰链轴半径 ，取 r 1 0 m m；z 为铰杆上两铰链孑 L 的 中心距 ，取 Z 1 0 0 m m； f为铰链副 的摩擦 因数 ，取 厂 0 ． 1 ； 叼 为气 缸 的力传 递效 率，一 般 可取 r 0． 8 5[ ； 7 为液压缸的力传递效率，一般可取 叼 n 0． 9 2[ 引 。 由以上公式可看出在夹紧工件过程中，随 角 的减小夹紧力不断增大。由此，前面所提到的夹紧力 增大得 以证 明。 2 ． 2 铰杆增力机构力学分析 文 中介绍 的气液机械复合夹具应用 了铰杆增力机 构 ，下面对铰杆增力机构进行力学分析 。 不考虑摩擦，铰杆增力机构的理想增力系数为 i t 志 3 考虑摩擦损失后实际的增力系数为 4 当铰杆角度从 变小到 时，铰杆夹紧端的行 程 s 为 s 。2 l c o s 2一c 0 s 1 5 图 2是铰杆增 力机 构 的力 学特性 图 ，可 以看 出 在选择 a角度时 ，不应小于一定的值 ，一般情况下 ， 应 为 7 。～1 0 。 。但需要指 出的是 这类机构不能象 斜锲机构那样具有 自锁 功能 ，仅在 角很小 时 ，也就 是说，当 角趋于零时，理论上才能自锁。但这时， 夹紧力将急剧增大 ，工件及机构中的元件可能会受力 过大而发生变形 ，因此趋 向零 的 O L 角实际上是不存在 的 。 铰 杆斜 角， 。 图 2 铰杆 增力 机构力学特性图 3结 论 文中介绍的气动 一液压 一机械复合传动夹具，具 有以下显著的优点 1 气压传动利用的是压缩空气 的压力势能， 在夹具处于夹紧工件状态时，不消耗能量，因而较液 压传动夹具节能显著。 2 主动活塞和复合缸间的液体是采用密闭静 压传递的，不存在液压泵和开放式油箱，不存在油液 挥发 ，泄漏极 少 ，污染极小 。 3 可实现对工件的快速夹紧和松开，提高了 生产效率。 4 可将驱动气缸部分设置于机床底部 ，节省 空间，使整体布局更加简洁。 参考文献 【 1 】司广琚， 钟康民． 基于铰杆增力 自锁机构 的冲击式气动 夹具[ J ] ． 机械制造， 2 0 0 8 ， 4 6 2 6 76 8 ． 【 2 】柏青， 钟康 民． 一种采用铰杆连接 的气 一液增压装置 [ J ] ． 流体传动与控制， 2 0 0 6 ， 9 5 3 1 3 5 ． 【 3 】窦云霞， 钟康民． 无液压泵式气液增压双工位液压拉伸 机[ J ] ． 制造技术与机床， 2 0 1 0 1 0 5 85 9 ． 【 4 】钟康 民． 双作用双级气 一 液传动增压装置[ J ] ． 新技术 新工艺， 2 0 0 3 1 1 1 71 8 ． 【 5 】 林文焕， 陈本通． 机床夹具设计 [ M] ． 北京 国防工业出 版社 ， 1 9 8 7 ． 【 6 】陈志嵩， 钟康民． 铰杆 一 杠杆串联组合机构分析及其应 用[ J ] ． 机械设计 ， 2 0 1 0 1 5 8 5 9 ．