[发明专利]一种基于偏心凸轮与钢球-双锥面增力机构的手动夹具

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，尤其涉及一种基于偏心凸轮与钢球-双锥面增力机构的手动夹具。 

技术背景

长期以来手动夹具设计创新一直踏步不前，究其原因主要在于，目前工程设计人员盲目追求自动化，认为手动是落后的标志，因而不假思索的选择了液动或气动方式；认为手动提供的夹紧力有限，无法满足较大夹紧力的要求。在不加大操作工人劳动强度的前提下，通过采用多级串联增力机构将人手作用力进行放大，或采用手动冲击方式获得较大的初始作用力，能使手动夹具输出力显著提高，从而可部分取代耗能高且容易产生污染的机动夹具是机械工程发展的一种趋势。 

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于偏心凸轮与钢球-双锥面增力机构的手动夹具，通过采用多级串联增力机构，将手动作用力进行放大以达到工作要求。 

为实现以上目的，采用以下技术方案： 

一种基于偏心凸轮与钢球-双锥面增力机构的手动夹具，其特征在于，固定套筒套入圆锥体，钢球分布在圆锥体椎端部，夹在固定套筒与力输出件，力输出件和导向板通过复位弹簧衔接，偏心轮在圆椎体圆柱部分底端。

所述的钢球数量为三个呈120°角度均匀的分布在圆锥体椎端部。 

所述的偏心轮是带手柄的偏心凸轮。 

工作原理：人手作用于手柄球头上的力FH，经过手柄杠杆机构的一次增力(长度效应)和偏心凸轮的二次增力(角度效应)，以及外锥面与钢球之间、钢球与内锥面之间的三次和四次增力(均为角度效应)，通过力的输出件作用于工件之上实现夹紧。其中圆锥体所受的来自于三个钢球的径向力，是一个合力为零的平衡力。 

本发明优点：与气动式、液动式夹具相比，节约能源、避免了环境污染问题，达到了提供了更大，更稳定的夹紧力。 

附图说明

图1为基于偏心凸轮与钢球-双锥面增力机构的手动夹具工作原理图 

如图所示1-偏心轮 2-圆锥体 3-固定套筒 4-钢球  5-力输出件 6-导向板 7-复位弹簧 8-工件。 

具体实施方式

实施例1 

固定套筒（3）套入圆锥体（2），钢球（4）分布在圆锥体椎（2）端部，夹在固定套筒（3）与力输出件（5），力输出件（5）和导向板（6）通过复位弹簧（7）衔接，偏心轮（1）在圆椎体圆柱部分底端（2）。人手作用于手柄球头上的力FH，经过手柄杠杆机构的一次增力(长度效应)和偏心凸轮的二次增力(角度效应)，以及外锥面与钢球（4）之间、钢球（4）与内锥面之间的三次和四次增力(均为角度效应)，由导向板（6）控制运动方向，通过力的输出件（5）作用于工件（8）之上实现夹紧。其中圆锥体（3）所受的来自于三个钢球的径向力，是一个合力为零的平衡力。

增力比计算：常见的用手柄驱动的偏心凸轮机构，实质上是一个由杠杆与凸轮复合的串联式二次增力机构。该机构的理论增力系数i_il的计算公式为 

                                       （公式一）

式中：α-力输出点处偏心凸轮的升角，（为偏心距，R为偏心轮的半径);ρ-偏心轮转动中心与其力输出点间的距离，。

该机构的实际增力系数ip1的计算公式为 

                            （公式二）      

式中:ψ1-偏心轮在力输出点处与圆锥体上平面之间的摩擦角;ψ2-转轴处（O2）的摩擦角。

根据正交增力机构的定义，可以认为从圆锥体到力输出件之间的钢球-双锥面增力机构，是一个二次正交增力机构。钢球-双锥面增力机构的理论增力系数ir2与实际增力系数ip2的计算公式为: 

                                   （公式三）

                        （公式四）

式中:f-外锥面与钢球、钢球与内锥面、钢球与力输出件之间摩擦因数，为简化计算起见，认为三者是相等的;γ、λ-压力角，如图1所示。手动夹具的扩力部分是偏心凸轮机构与钢球-双锥面机构的串联组合，显然，其实际增力系数ip从数值上应为ip1与ip2的乘积，即            

     （公式五）

力传递效率计算:

    机构的力传递效率η从数值上应为实际增力系数ip，与理论增力系数iγ之比值。显然，偏心凸轮机构的力传递效率η1为: