[发明专利]快速台虎钳

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，涉及可应用于加工、生产及维修领域中，对工件进行装夹的器具，尤其是台虎钳结构。

背景技术

目前市场上使用的台虎钳，全部是通过螺纹丝杆传动，并依靠螺纹丝杆和螺母对台虎钳的夹持力进行锁紧。图1为一种传统台虎钳示意图，传统台虎钳依靠旋转螺纹丝杆的方法使移动钳身前进或后退，丝杆每旋转一周，移动钳身的移动距离为丝杆的一个螺距(2.5～5mm)，因此移动压块前进或后退的移动速度相对较慢，在需要快速进行装夹或更换装夹厚度的情况下，工作效率比较低。已有的部分快速台虎钳，也仅仅是在传动螺纹丝杆和锁紧螺母上进行改进，使得台虎钳移动压块的进退速度有所提高，但需要用手将移动钳身推进或拉出，操作不方便。

发明内容

本发明目的在于提供一种快速高效的台虎钳，通过齿轮齿条传动，使工件的装夹效率比传统的台虎钳有较大幅度的提高；此外，该台虎钳的驱动锁紧装置可以实现对夹持力的瞬时锁死，防止被夹工件松动，并能瞬时解除锁死状态，快速松开被夹工件。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种齿轮传动式快速高效台虎钳，包括：装夹系统、传动系统、驱动系统，该传动系统采用齿轮齿条结构。

进一步，该驱动系统包含手柄杆头，该齿轮齿条结构包含齿轮轴，台虎钳上所获得的夹紧力的计算公式为：F2＝F1*(L/R)

其中：F2为台虎钳上钳口所获得的夹紧力；F1为手柄杆头上切向驱动力；

L为驱动力臂长度；R为齿轮轴的分度圆半径。

该装夹系统包含移动钳身，该驱动系统包含手柄杆头，该齿轮齿条结构包含齿轮轴，装夹速度的计算公式为：

v＝h/t＝(∫(R*sinθ))/t

其中：v为移动钳身的移动速度；h为移动钳身的移动距离；R为齿轮轴的分度圆半径；θ为手柄旋转的角度；t为手柄旋转θ角度所需的时间。

该驱动系统包含弹性轴、花键、滚柱、驱爪、制动盘，设定：制动盘与滚柱之间的摩擦系数为ξ，设定因弹性轴变形而通过花键施加在单个滚柱上的力为F，设定滚柱在楔形止点位置时，受力角为x°，即力F与垂直连接滚柱中心线与制动盘中心线的夹角为x°，力F通过滚柱作用在制动盘的受力点，分解为径向分力F1和切向分力F2，则：

F1＝F*cos x°

F2＝F*sin x°

滚柱与制动盘之间的摩擦力f＝ξ*F1＝ξ*F*cos x°

当f≥F2时，即ξ*F*cos x°≥F*sin x°，ξ*cos x°≥sin x°，简化后为ξ≥tgx°；滚柱即处于自然锁死状态，在没有其他外力作用的情况下，滚柱将无法延顺时针方向移动，花键也就因滚柱处于锁死状态而无法顺时针方向回转。

此时只要顺时针方向转动驱爪，驱爪作用在滚柱上的力为F3，当F3+F2＞f时，滚柱便可以离开楔形止点位置，迅速解除这种锁死状态。因此解除锁死状态的充分条件为：

F3＞f-F2，即F3＞F(ξ*cos x°-sin x°)

在设计制造时，选择合适的摩擦系数ξ及受力角度x°，可以使驱动锁紧装置瞬时锁死，同时可以通过在手柄上施加外力F3，瞬时解除驱动锁紧装置的锁死状态。

选择制动盘与滚柱的材质及加工精度，确定对应的制动盘与滚柱之间的摩擦系数ξ，由上面的计算公式可知，可以使f-F2足够小，也就是可以通过设计使得解除锁死状态的力F3足够小。

该装夹系统包括钳口、移动钳身、固定钳身，二个钳口分别用沉头螺钉固定在移动钳身和固定钳身上，移动钳身下部插入固定钳身的导向槽中，导向槽用于对移动钳身前后移动进行导向及定位。

该传动系统包括移动钳身、齿条、沉头螺钉、齿轮轴、弹性轴，轴套，齿条通过沉头螺钉固定在移动钳身的底部，齿轮轴采用间隙配合插入轴套，轴套插入固定钳身的轴孔，齿轮轴与齿条啮合，转动齿轮轴，可以驱动移动钳身前后移动。

该驱动系统包括驱动锁紧装置，该驱动锁紧装置包括弹性轴、第一轴键、第二轴键、花键、驱动锁紧装置弹簧、顶针、滚柱、驱爪、制动盘，通过螺钉固定在固定钳身上；弹性轴插入齿轮轴中，其小径端通过第一轴键固定在齿轮轴上，花键通过第二轴键固定在弹性轴的大径端；驱动锁紧装置弹簧和顶针安装在花键的孔中，花键和驱爪安装在制动盘中，滚柱设置于花键与制动盘所形成的楔形空间中，在驱动锁紧装置弹簧的弹力作用下，与顶针保持接触。