偏心夹紧机构设计优化

偏心夹紧机构是指由偏心件直接夹紧或与其他元件组合而实现夹紧工件的机构。偏心件有圆偏心和曲线偏心两种类型。曲线偏心件因制造困难而很少应用，应用最广的是圆偏心件（偏心轮和偏心轴）。

如图4.29所示为常见的各种偏心夹紧机构。图4.29（a）、（b）、（c）为圆偏心轮、偏心轴和其他元件组合使用的夹紧机构。

图4.29（d）为直接用偏心圆弧将铰链压板锁紧在夹具体上，通过摆动压块将工件夹紧。

图4.29　圆偏心夹紧机构

1—压板；2—偏心轴；3—偏心轮用垫板；4—快换垫圈；
5—偏心轴；6—偏心叉；7—弧形压块

圆偏心夹紧机构的优点是结构简单，动作迅速，但它的夹紧行程受到偏心距的限制，夹紧力也较小，故一般适用于工件被夹压表面的尺寸公差较小和切削过程中振动不大的场合。

（1）圆偏心夹紧的工作原理

如图4.30（a）所示为圆偏心轮的结构简图及夹紧工作原理图。点O为偏心轮的旋转中心，点C为几何中心，即圆心。以O点为圆心，线段Om为半径的圆（虚线所示）称为圆偏心轮的基圆。圆偏心轮基圆以外的部分被直线mn分为两部分，每部分都好像一个斜楔。将此斜楔沿基圆展开，如图4.30（b）所示。偏心轮的工作部分实质上是一个升角为变值的斜楔。其升角在m、n两点处为零，当圆偏心轮绕着旋转中心O点顺时针转动时，相当于将弧形楔向前楔紧在基圆与工件之间，从而将工件夹紧；反之，则可松开工件。由此可见，圆偏心夹紧的工作原理与斜楔工作原理相同。

（2）圆偏心轮的结构特点

圆偏心轮实际上是斜楔的一种变形。它与平斜楔和螺旋相比，主要特点是其工作表面上各夹紧点的升角不是一个常数，它随转角ψ的改变而发生很大的变化。

圆偏心轮任意夹紧点的升角是指由工件的受压表面与旋转半径的法线所形成的夹角。由几何关系可知，它是由转轴中心O点和偏心几何中心C点，分别和夹紧点的连线所形成的夹角。由图4.30（b）可知，曲线mpn上任意点的切线和水平线的夹角即为该点的升角。设αx为任一点x的升角，其值可由任意三角形△OxC中（图4.30（a））求得，即

故任意点升角为

式中，转角ψx的变动范围为0°～100°。由式（4.8）可知，当ψx＝0°时，m点的升角最小，即αm＝0。随着转角ψx的增大，升角αx也增大。当ψx＝90°，升角为最大值，即T点的升角αT为最大值，αT＝αmax＝sin－12eD；当ψx角大于90°时，αx将随转角ψx的增大而减小；当ψx＝180°时，n点处的升角又为最小值，即αn＝0°。

圆偏心轮的这一特点很重要，它与工作段的选择、自锁条件、夹紧力计算以及主要结构尺寸的确定等关系极大。

图4.30　圆偏心轮的结构特点

（3）圆偏心的自锁条件

圆偏心夹紧必须自锁，这是设计圆偏心件时必须解决的主要问题之一。要保证偏心轮夹紧时的自锁性能，与前述斜楔夹紧机构相同，应满足下列条件：

式中　αmax——圆偏心轮工作段的最大升角；

φ1——圆偏心轮与工件间的摩擦角；

φ2——圆偏心轮与转轴处的摩擦角。

如前所述，圆偏心轮在P点的升角较大，自锁性最差，若该点能自锁，则其他任何接触点都能保证自锁。为了安全起见，忽略对自锁有利的摩擦角φ1，则

αmax≤φ2　　tanαmax≤tanφ2

令f2＝tanφ2，即偏心轮的自锁条件为

当f2＝0.1～0.15时

D／e≥14～20(www.xing528.com)

D／e之值称为偏心率或偏心参数。D／e值大的自锁性能好，但轮廓尺寸大。当偏心轮的外径相同时，偏心率为14的有较大的偏心距，因而相同转角的夹紧行程较大。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。

图4.31　圆偏心轮的工作段选择

（4）偏心距的确定

圆偏心轮的工作段选择如图4.31所示。若选偏心圆1，2段的圆弧为工作段，则夹紧行程

故得

式中　e——圆偏心轮的偏心距，mm；

φ1，φ2——圆偏心轮工作段的回转角，一般取φ1＝45°～60°，φ2＝120°～135°；

S——圆偏心轮的夹紧行程，mm。

（5）圆偏心的结构形式

如图4.32所示为圆偏心结构。这些偏心轮的结构都已标准化了，设计时可参阅有关国标。

图4.32　标准偏心轮结构

（6）适用范围

①由于圆偏心的夹紧力小，自锁性能又不是很好，故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，大多是与其他夹紧机构联合使用。