斜面机构在机床回转工作台夹紧中的应用

1 斜面滑块机构的特性

如图1a所示,滑块A置于具有一定升角l的斜面上,设已知斜面与滑块之间的摩擦系数f以及加于滑块A上的垂直载荷Q(包括滑块本身的重量)。

当滑块A以等速沿斜面B上升时,P为驱动力,而Q为阻力,因斜面B加于滑块A的总反力R的方向应与A相对于B的运动方向成90°+Ø夹角,其中Ø(tg^-1f)为摩擦角,所以R与Q间的夹角为l+Ø,按力的平衡方程式Q+R+P=0作其力多边形如图1b所示,可得 P=Qtg(l+Ø) (1)
若A、B之间没有摩擦,则Ø=0,可得理想的水平驱动力
P₀=Qtgl (2)
如图1c所示,设将力P减小至P^′时,滑块A以等速沿斜面下滑,这时Q为驱动力而P^′为阻力,由于滑块运动方向的改变,所以总反力R^′与Q之间的夹角变为l-Ø,然后按Q+R′+P′=0作力多边形如图1d所示,可得
P^′=Qtg(l-Ø) (3)
当Ø=0时,又有 P^′₀=Qtgl (4)
当A滑块上升时,如果l≥(p/2)-Ø时,机构自锁,若要使滑块上升时不发生自锁,须有 l<(p/2)-Ø (5)
当滑块A下降时,如果l≤Ø时,机构也自锁,若要使滑块下降时不发生自锁,又须有 l>Ø (6)

斜面机构在机床回转工作台夹紧中的应用 - 1
1.法兰盘 2.活塞轴 3.活塞 4.弹性夹紧体 5.斜面滑块 6.夹紧导轨板 7.定位块
图2 斜面浮动夹紧机构

所以,要使此滑块A在上升、下降过程中均不自锁,需同时满足以下两个条件:

l<(p/2)-Ø
l>Ø

2 斜面浮动夹紧机构

斜面浮动夹紧机构如图2所示,当回转工作台需要夹紧、固定时,压力油经滤油器、油泵、电磁换向阀后,再经C口进入油腔,推动活塞运动,从而带动活塞轴2上的斜面滑块5向上运动,由于斜面的作用,使弹性夹紧体4受到比活塞上所受力大许多的垂直方向的力而向外张开,使夹紧导轨板6与夹紧槽面(回转体上开的环形槽)接触、受压产生止压力。并最终靠夹紧导轨板6与夹紧槽面间所产生的摩擦力F使回转工作台可靠地夹紧。为使夹紧体体积小些,受力状况好些,一般此夹紧体均对称地分布于转台上,并尽可能使其力臂大些。我们所采用的为四个对称布置的夹紧体,使中心轴只受扭转力矩,而径向力为零(图2),以利转台保持高精度。需松开时,只需往D口通入一定的压力油,使活塞向下移动,带动斜面滑块克服夹紧阻力运动,同时由于夹紧弹性体4自身弹性而收缩,使夹紧导轨板与夹紧环形槽面脱开。本例中,夹紧导轨板与回转体环形槽面间始终保持0.1mm左右间隙(两侧面),以利夹紧动作的可靠性和快速性。

如前述所知,在斜面滑块机构中,同时满足l<(p/2)-Ø,l>Ø两条件,滑块就可以升降自如。

一般地,我们取滑块与斜面间摩擦系数较小,f=0.10,这时摩擦角Ø=tg^-1f=5.246°。为了使活塞用较小的驱动力P,产生较大的夹紧力Q,只需l>Ø即可,但考虑到其他一些因素的影响,这里取l=7°30′,很显然l+Ø<(p/2)成立,从而满足滑块不自锁条件。

设夹紧体所需的夹紧力Q为85kN,由于P=Qtg(l+Q)知只需使活塞产生的驱动力P约为20kN即可实现夹紧。显然,P力与Q力相比要小许多,与传统的不带斜面滑块的油缸(夹紧)相比,在相同的油压,需产生相同的夹紧力时,油缸体积要小许多,同时,成本低,无需碟簧复位,节省空间,使整个机构更小巧。

通过以上分析可知该斜面浮动夹紧机构与传统油缸比有许多优点,具有一定的推广性和实用性,对于从事机械设计的工程技术人员在做此类设计工作时,提供了一个较为新颖的可借鉴的夹紧机构。

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