斜楔夹紧机构的优化设计

（1）作用原理

采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。如图4.17（a）所示为斜楔夹紧机构的一种应用。敲入斜楔1，迫使滑柱2下降，装在滑柱上的浮动压板3即可同时夹紧两个工件4。加工完毕后，锤击斜楔1的小头，松开工件。完毕后，锤击斜楔小头，松开工件。由此可见，斜楔主要是利用其斜面移动时所产生的压力夹紧工件的。由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，且操作费时，因此，实际生产中多与其他机构联合使用。如图4.17（b）所示为斜楔与螺旋夹紧机构的组合形式。通过转动螺杆推动楔块，使铰链压板转动而夹紧工件。

图4.17　斜楔夹紧机构

1—斜楔；2—滑柱；3—浮动压板；4—工件

（2）夹紧力的计算

如图4.18（c）所示为最简单的斜楔夹紧机构简图。斜楔具有一斜角为α的斜面，当其与具有相同斜角的斜面支承之间有相对运动时，斜楔顶面的高度位置就必定发生变化，从而可将工件夹紧或松开。当斜楔向左移动s时，高度升高为h。

图4.18　斜楔的受力分析

取斜楔为受力体，其受力如图4.18（a）所示。其静力平衡条件为

F1＋Rx＝Q

而

F1＝FWtanφ1　　　Rx＝FWtan（α＋φ2）

故有

式中　FW——斜楔夹紧时所产生的夹紧力，N；

φ1，φ2——斜楔与工件、斜楔与夹具体接触面间的摩擦角，（°）；

α——斜楔升角，（°）；

Q——源动力，N。

（3）斜楔的自锁条件

如图4.18（b）所示，斜楔在源动力Q消失后，如果能自锁，则摩擦力F1应大于水平分力Rx，故自锁条件为

F1＞Rx

即

斜楔夹紧自锁条件是：斜楔升角α必须小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间两处摩擦角之和φ1＋φ2。一般钢铁接触面的摩擦系数f＝0.1～0.15，相应摩擦角φ＝5°43′～8°30′，则自锁时α＝10°～17°。

为保证夹紧机构的自锁性能，手动夹紧一般取α＝6°～8°，机动夹紧如用液压缸、气缸等动力推动斜楔时，此时斜楔不要求自锁，在不考虑自锁时α＝15°～30°。

（4）斜楔增力特性和夹紧行程

斜楔夹紧力FW与源动力Q的比值，称为扩力比（增力系数），用iF表示。

当夹紧机构有多个增力机构时，其总扩力比

iF＝iF1iF2…iFn

工件所要求的夹紧行程h与斜楔相应移动的距离之比，称为行程比iS。由图4.18（c）可知

当不计摩擦时，理想扩力比为iF＝1／tanα＝iS，即理论上夹紧力的增力倍数和夹紧行程的缩小倍数相同。相应的，夹紧力增大多少倍，夹紧行程就缩小多少倍。这是斜楔行程的一个重要特性。表4.5为常见的几种斜楔夹紧机构的iF值。

表4.5　几种斜楔增力机构的iF值

（5）斜楔夹紧机构的设计要点

设计斜楔夹紧机构的主要工作内容为确定斜楔的升角和夹紧机构所需的夹紧力这两个参数。其设计步骤如下：

1）确定斜楔的升角α(www.xing528.com)

斜楔的升角与斜楔的自锁性能和夹紧行程有关。因此，确定α的值时，可视具体情况而定：一般手动夹紧，在不要求斜楔有较大的夹紧行程时，主要从确保夹紧机构的自锁条件出发来确定α的大小，即取6°～8°；不需要自锁的机动夹紧，取α＝15°～30°；在要求斜楔有较大的夹紧行程，又要有良好的自锁时，可采用双斜面斜楔。如图4.19所示，斜楔前段采用较大的斜角α1，以保证有较大的行程，后段采用较小的斜角α2，以确保自锁。

图4.19　双斜面斜楔夹紧机构

1—斜楔；2—滑柱；3—压板；4—工件

2）结构设计

因用手动的斜楔直接夹紧工件费时费力，效率极低，故实际生产中应用不多，多数情况下是斜楔与其他元件或机构组合起来使用。如图4.20所示为斜楔与螺旋组合的夹紧机构。转动螺杆带动斜楔2前移，从而推动铰链压板3转动而夹紧工件。如图4.21所示为斜楔与压板组合的夹紧机构。用于手动夹紧，转动端面斜楔3，通过螺钉使压板2转动夹紧工件。

图4.20　斜楔与螺旋组合的夹紧机构

1—螺旋；2—斜楔；3—压板；4—工件

图4.21　斜楔与压板组合的夹紧机构

1—工件螺旋；2—压板；3—端面斜楔

3）斜楔夹紧机构

斜楔夹紧机构的计算见表4.6。

表4.6　斜楔夹紧机构的计算

续表

（6）斜楔夹紧机构的特点及应用范围

斜楔夹紧机构的优点是结构简单，易于制造，具有良好的自锁性，并有增力作用。其缺点是增力比小，夹紧行程小，且动作慢，故很少用于手动夹紧机构中，而在机动夹紧机构中应用较广。