1、增力機構中的夾具設計 作者：孫俊杰，指導教師：趙冉 （山東農業大學,講師）【摘要】本文介紹了手動夾具的現狀及發展方向，針對污染較為嚴重的液壓夾具，提出了手動夾具替代機動夾具改進與替代方法。本文主要內容是創新增力機構、增力機構的組合及類型，手動夾具綠色化程度最高，而其能提供的初始作用力較小，通過采用多級串聯增力機構，將手動作用力進行放大以達到工作要求;另外利用手動沖擊方式來得到相對大得多的初始作用力，以彌補手動作用力不足的缺陷。關鍵詞：夾具 增力機構 初始作用力 The Force of the Institutions For Fixture DesignAuthor:Sun Junjie,

2、Supervisor:Zhao Ran(Shandong Agricultural University , lecturer)Abstract This paper describes the manual fixture status and development for more polluting hydraulic clamp, made a manual alternative to motorized fixture fixture improvements and alternatives.This article contents is an innovative forc

3、e amplifier, by a combination of force and type of institution, highest degree of manual clamps green, and its initial force can provide a smaller, growing through the use of multi-level power sector in series, the manual force toamplification to achieve the work requirements; another way to use man

4、ual to get a relatively larger impact of the initial force, enough force to compensate for hand defects.Keywords: fixture force amplifier initial force1緒論1.1技術背景 從能源形勢上看，手動夾具的綠色化程度是最高的。但長期以來其設計創新一直踏步不前，究其原因主要在于:（1）目前工程設計人員盲目追求自動化，認為手動是落后的標志，因而不假思索的選擇了液動或氣動方式;(2)認為手動提供的夾緊力有限，無法滿足較大夾緊力的要求。將著手對手動夾具的技術進

5、行研究,創新出基于多級串聯增力機構的手動夾具。1.2綠色制造發展概況 生態環境與經濟發展聯結為一個互為因果的有機整體，認為經濟發展要考慮到自然生態環境的長期承載能力，使環境和資源既能滿足經濟發展的需要，又使其作為人類生存的要素之一而直接滿足人類長遠生存的需要，從而形成了一種綜合性的發展戰略。制造業是創造人類財富的支柱產業，但同時又大量消耗掉人類社會的有限資源，并且是造成當前環境污染問題的主要根源，為此制造業實施可持續發展戰略已勢在必行。綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源消耗的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對環境負面影響極小，資源利用率

6、極高，并使企業經濟效益和社會效益協調優化。1.2.1綠色制造定義 綠色制造它是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中， 資源利用率最高,如圖1-1所示，并使企業經濟效益和社會效益協調優化。圖1-1綠色制造工藝目標1.2.2綠色制造的內涵 制造業在創造了高度發達的現代物質文明的同時，也造成了嚴重的環境問題。這不僅制約了制造業的進一步發展，而且也危及到了人類的生存空間。從可持續發展的角度出發，綠色制造技術向人們展示了一個美好的發展前景。綠色制造是一種綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，是人類可持續發展戰略在現代

7、制造業中的體現。毫無疑問，采用綠色設計與制造是制造業實施可持續發展戰略、解決環境問題、實現新的騰飛的必由之路。綠色制造涉及的問題包括三部分:制造問題，包括產品生命周期全過程;環境保護問題;資源優化利用問題。綠色制造就是這三部分的交叉和集成，如圖1-2所示。圖1-2綠色制造領域交叉狀況1.3發展現狀 綠色制造研究非常活躍。如1996年，美國制造工程師學會發表了關于綠色制造的蘭皮書Green manufacturing，提出綠色制造的概念，并對其內涵發表了“綠色制造的發展趨勢”的網上主題報告。美國機械工程師學會也在網上公布了不少研究論文。美國Berkeley加州大學不僅設立了關于環境意識設計和制造

8、的研究機構，而且還在國際互聯網上建立了可系統查詢的綠色制造專門網頁。美國麻省理工學院也在這方面開展了不少研究，國際生產工程學會CI砂近幾年均有不少論文對環境意識制造和多生命周期工程等與綠色制造本質一致的問題進行了研究，美國AT&T和許多企業以企業行為投入大量研究。還有其他許多文獻，也分別對綠色制造及相關問題作了初步的研究和探索。特別是近年來，國際標準化組織提出了關于環境管理的14000系列標準，如140019、14040后，推動著綠色制造的研究更加活躍。可以不夸張地說，綠色制造研究的國內一些高等院校和研究院所在國家科委、國家自然科學基金會和有關部門的支持下對綠色制造技術進行了廣泛的研究探索。清

9、華大學為創建綠色大學，己將綠色工程技術列為優先發展和支持項目，在美國基金和國家自然科學基金會的支持下，已與美國 ，先進制造實驗室建立了關于綠色設計技術研究的國際合作關系，對全生命周期建模等綠色設計理論和方法進行系統研究，取得了一定進展。國內已形成了一支從事綠色制造技術研究的專業隊伍，為我國發展綠色制造技術奠定了基礎。1.3.1手動夾具技術發展現狀 夾具最早出現在18世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發展成為門類齊全的工藝裝備。 有關統計表明，目前的中小批多品種生產的工件品種已占工件種類總數的85%左右。現代生產要求企業所制造的產品品種經常更新換代，以適應市場的需求與競爭。然

10、而，一般企業都仍習慣于大量采用傳統的專用夾具，一般自具有中等生產能力的工廠里，約擁有數千甚至數萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產的企業中，每隔34年就要更新5080左右專用夾具，而夾具的實際磨損僅為1020%左右。特別是近年來，數控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統等新加工技術的應用，對手動夾具提出了如下新的要求： （1）能迅速而方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本； （2）能裝夾一組具有相似特征的工件； （3）能使用于精密加工的高精度手動夾具； （4）能適用于現代制造技術的新型手動夾具； （5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產

11、率； （6）提高機床的標準化程度。 所以，老式的夾具已經不能滿足生產的需要了，更經濟化、高效化的夾具也就慢慢的發展出來。 當前綠色化機械加工技術主要從選材、加工方法、加工設備三方面來展開,如圖1-3所示。其中人們對切削工藝及刀具、機床的綠色化給予了較多關注，但對于綠色制造的夾具技術對策問題，卻鮮有涉及。機床夾具作為制造系統中不可或缺的重要一環，它的綠色化程度，無疑對整個制造過程的綠色化水平有著極為重要的影響，在不少場合甚至具有關鍵性的影響。夾具技術已經成為嚴重制約綠色制造技術發展的“瓶頸”。這種現象如持續下去，無疑將顯著影響綠色制造技術的整體發展進程。圖1-3 綠色機械加工主要技術類別1.4本

12、文研究的內容及意義1.4.1本文研究的內容 本文研究將針對一般機床夾具的工作特性，以夾緊力來源為基本出發點，以極易產生污染且能源利用率極低的液壓傳動夾具為重點目標，設計出多級增力機構夾具。此外，將提供若干個關鍵方向上具有典型示范意義的技術創新案例。具體內容包括:（1）機床夾具工作特性分析研究;（2）增力機構理論構建。1.4.2本文研究的意義本文研究的主要意義在于:（1）有利于綠色制造技術的平衡協調發展。毫無疑問，沒有夾具技術的綠色化，綠色制造技術的體系肯定是不完整的。在某些場合中，夾具技術的綠色化，甚至可能成為綠色制造體系中最為關鍵的一環。因此，對綠色夾具技術進行系統的理論研究和關鍵技術創新，

13、將突破制約現有綠色制造技術發展的“瓶頸”，有利于綠色制造技術的平衡協調發展與整體推進。（2）建立起相對較為完整的綠色夾具技術，不僅能基本奠定綠色夾具技術的理論基礎，而且能給從事夾具研究與設計的人員，提供創新綠色夾具的思想、途徑與研發方向。也就是說，該項目研究的理論成果，對綠色夾具的技術創新，具有較明確的導向功能。（3）本文研究將在幾個關鍵方向上，提供具有典型示范意義的綠色夾具技術創新案例。2綠色夾具技術構建 本文重點介紹了綠色夾具技術，對構成綠色夾具技術的各類技術進行了詳細闡述，并給出了綠色夾具技術理論體系四級框架圖。夾具技術綠色化的途徑夾具技術綠色化主要通過以下幾種途徑來實現.（1）能源提供

14、方式的綠色化;（2）流體傳動介質的綠色化;（3）加工過程低能耗或無能耗技術;（4）其他綠色夾具技術。2.1能源提供方式的綠色化 在考慮機床夾具能源的綠色化問題時，必須與夾具依附的機床所使用的能源形式一起，進行整合性的設計，而不能孤立地進行。例如，以綠色化程度極高的太陽能作為機床夾具的能源，在短時期內便不可能推而廣之。我們認為，在目前的制造技術條件下，機床夾具能源綠色化的途徑，一是重新認識和發展以人力為能源的手動夾具，二是重視對電動夾具技術的研究與開發。 手動夾具代替機動夾具的技術：從目前的能源形式上來看，手動夾具的綠色化程度是最高的。然而十分不幸的是，在我國制造技術領域中長期存在著一個幾乎根深

15、蒂固的錯誤觀念，即手動夾具意味著落后的夾具技術。制造技術的現代化其實并不排斥手動夾具的發展。即使工業化程度很高的美國，在其最近的權威性夾具專著jig and fixture design中，手動夾具的圖例仍然占據絕對主導的地位，特別是美國工程界，對手動夾具極為重視。這與我們國家的現實狀況形成了極為鮮明的反差。實際上，只要操作工人的勞動強度在許可范圍內，手動夾具應成為優先選擇、甚至首先選擇的技術。加工過程低能耗或無能耗夾具技術： 提高能源的利用率，降低能耗無疑是綠色化程度的一個重要標志，在加工過程中盡可能降低夾具耗能也就成為綠色化夾具技術研究中不可缺少的一環。加工過程零耗能與極低耗能的夾具技術既

16、然一般機床夾具，在刀具對工件進行切削加工的過程中，理論上并不需要消耗能量，那么，設計出工作過程零耗能與極低耗能的夾具，便應該是順理成章的事情。實際上，在制造領域己經得到應用的切削力夾緊、離心力夾緊，以及具有自鎖功能的夾緊裝置等，工作過程就是零耗能與極低耗能的。2.2綠色夾具技術理論 基于上述技術，構建了綠色夾具技術理論，如圖2-1所示圖2-1綠色夾具技術理論體系框架3機械增力機構及其串聯合 由于在本課題研究所涉及的夾具設計，采用了機械增力機構。因此，對基本機械增力機構及其串聯組合，進行必要的綜合分析研究，并給出某些組合創新機構。3.1一級增力機構 機械增力機構可分為長度效應和角度效應兩大類。長

17、度效應增力機構即古老的阿基米得杠桿及其變形機構，角度效應增力機構則包括斜面機構與鉸桿機構。3.1.1基于長度效應的增力機構基于長度效應的機構有杠桿、滑輪傳動機構等。此類機構的主要特點是:能夠將力擴大，或者改變力的方向，結構簡單，制造容易。缺點是:在阻力臂一定的條件下，要想獲得較大的增力比，機構的長度或體積必須增大，這樣一來，機構的剛性會變差，另外，此類機構不能自鎖。3.1.2基于角度效應的增力機構 斜楔機構斜楔增力機構具有制造容易、結構簡單、調整方便等優點，在機械化傳動中應用較廣。在斜角較小的情況下，它有自鎖特性。在實際應用中可以根據需要設計成許多不同的形式，如單向斜楔、單向棱形楔、多向截面角

18、的錐形楔或圓錐楔等。斜楔機構也存在明顯的缺點，即所產生的夾緊力會隨著楔角的減小而增大，但有效行程隨之減小，同時摩擦損失增加，工作效率降低。為減小摩擦損失，提高工作效率，可以采用帶滾輪的楔式擴力機構。對于不帶滾輪的機構，楔角從45度減少到5度，摩擦損失增加了2倍。若采用滾輪，當斜楔角為8度-12度時(機械傳動常用角度)，摩擦損失顯著減小，夾緊力可以增加35-50%。采用帶滾輪的斜楔機構效率有了明顯的提高，但其自鎖角度要求更小(一般取5度)，這樣有效行程會變的更短。對于上述問題，我們最終可以通過帶滾輪的雙斜楔角增力機加以解決。如3-1所示。圖3-1帶滾輪的雙斜楔角增力機構 圖3-1中，角度為1的斜

19、楔不具備自鎖功能，其角度較大，目的是增加有效行程;角度2值較小，以實現增力及保證機構自鎖;滾輪的使用可以減小摩擦，提高效率。斜楔機構的變形機構，包括螺旋增力機構、凸輪增力機構等。鉸桿(斜杠)機構鉸桿增力機構可以分為單邊式鉸桿機構和雙邊式鉸桿機構等。圖3-2單邊式鉸桿增力機構 圖3-3雙邊式鉸桿增力機構增力系數是機構的輸出力與輸入力之比值，常用i表示。不考慮摩擦損失的增力系數為理論增力系數，用it表示;考慮摩擦損失的增力系數為實際增力系數，用ip表示。圖3-2、3-3所示單邊式及雙邊式鉸桿機構的實際增力系數計算公式分別為: （3-1） （3-2） 式中: ip實際增力系數;-鉸桿的斜角;-當量摩

20、擦角;-滑塊上的摩擦角； （3-3） 式中: l-鉸桿兩端鉸鏈中心距; r-鉸鏈軸的半徑;-鉸鏈副的摩擦系數;3.2多級串聯增力機構 如圖3-4所示，一種在極小的空間內，兩次利用斜面的角度效應而形成的斜面-斜面串聯合二級力放大裝置，其中間的力傳遞元件，是幾何形體最為簡單的球體。1-圓錐體 2-固定內錐面 3-鋼球 4-力輸出件 5-復位彈簧 6-導向板 7-作用對象圖3-4 斜面-斜面組合力放大裝置該裝置的理論力放大系數為: （3-4） 在圖3-4所示裝置的力輸入端，再串聯上手動偏心輪機構，便可形成四級力放大裝置，該機構我們將會詳細介紹。如通過機構串聯的方式我們還可以設計出許增力機構，如圖3-

21、5，3-6，3-7，3-8所示。 一般說來，串聯式組合力放大裝置的力放大系數i，為各級裝置力放大系數乘積,即i=i1i2i3in（式中，Fi為輸入力，Fo為輸出力）。圖3-5 單邊杠桿-鉸桿增力機構 圖3-6 增力型杠桿-鉸桿增力機構圖3-7 雙邊杠桿-鉸桿增力機構 圖3-8 二級鉸桿增力機構 雖然在理論上，人們能夠得到任意多級的串聯組合力放大裝置，但是，較多級的串聯裝置無疑將造成結構繁雜拖沓。所以在工程實際中，超過四級串聯組合的力放大裝置，就極為罕見了。就四級以內機構的組合串聯，其容量也是相當龐大的，但在組合設計時，應當注意結構剛性、效率以及工程實際要求等原則。4手動夾具替代機動夾具的途徑

22、本文介紹了兩種手動夾具代替機動夾具的途徑，利用多級串聯增力機構將人手的作用力放大，以達到輸出力要求;通過手動沖擊的方式來彌補人手所能提供的作用力有限的問題。4.1基于多級串聯增力機構的手動夾具 本文介紹了多級串聯增力機構的設計方法，并給出了許多設計實例，只要添加必要的手動及夾緊元件，就可以設計出漂亮的手動夾具，下面通過典型案例加以說明。 1-偏心輪 2-圓錐體 3-固定套筒 4-鋼球 5-力輸出件 6-導向板 7-復位彈簧 8-工件圖4-1 基于偏心凸輪與鋼球-雙錐面增力機構的手動夾具工作原理圖 工作原理：圖4-1為基于偏心凸輪與鋼球-雙錐面增力機構的手動夾具。由圖可見，該機構主要由帶手柄的偏

23、心凸輪、固定套筒、圓錐體、傳力鋼球、導向板及力輸出件組成。人手作用于手柄球頭上的力FH，經過手柄杠桿機構的一次增力(長度效應)和偏心凸輪的二次增力(角度效應)，以及外錐面與鋼球之間、鋼球與內錐面之間的三次和四次增力(均為角度效應)，通過力的輸出件作用于工件之上實現夾緊。其中圓錐體所受的來自于三個鋼球的徑向力，是一個合力為零的平衡力。也就是說，圓錐體與固定套筒內壁之間，理論上不存在作用力，當然也就不存在摩擦損失。 增力比計算：常見的用手柄驅動的偏心凸輪機構，實質上是一個由杠桿與凸輪復合的串聯式二次增力機構。該機構的理論增力系數iil的計算公式為 （4-1） 式中：-力輸出點處偏心凸輪的升角，（為

24、偏心距，R為偏心輪的半徑，如圖4-1所示);-偏心輪轉動中心與其力輸出點間的距離，。該機構的實際增力系數ip1的計算公式為 (4-2) 式中:1-偏心輪在力輸出點處與圓錐體上平面之間的摩擦角;2-轉軸處（O2）的摩擦角。 根據正交增力機構的定義，可以認為從圓錐體到力輸出件之間的鋼球-雙錐面增力機構，是一個二次正交增力機構。鋼球-雙錐面增力機構的理論增力系數ir2與實際增力系數ip2的計算公式為: (4-3) (4-4) 式中:f-外錐面與鋼球、鋼球與內錐面、鋼球與力輸出件之間摩擦因數，為簡化計算起見，認為三者是相等的;、-壓力角，如圖4-1所示。圖4-1所示手動夾具的擴力部分是偏心凸輪機構與鋼

25、球-雙錐面機構的串聯組合，顯然，其實際增力系數ip從數值上應為ip1與ip2的乘積，即 (4-5) 力傳遞效率計算: 機構的力傳遞效率從數值上應為實際增力系數ip，與理論增力系數i之比值。顯然，偏心凸輪機構的力傳遞效率1為: (4-6) 鋼球-雙錐面增力機構的力傳遞效率為: (4-7) 圖4-1所示手動夾具的總的力傳遞效率=，即 (4-8) 設e=30mm，R=30mm,=90(計算得=6.34)，1=2=6，f=0.1，代入公式(4-5)、(4-8)，經matlab編輯運算后可得出該手動夾具的實際增力比曲線及效率曲線，如圖4-2、4-3所示。自鎖與輸出位移的討論： 圖4-1所示手動夾具要求偏

26、心凸輪應當自鎖，而鋼球則要求不自鎖。由參考文獻可知壓緊裝置的自鎖條件為: （4-9） 式中：D-偏心輪直徑d-轉軸直徑,而鋼球-雙錐面增力機構不能自鎖，鋼球不自鎖的條件為: （4-10） 如果取f=0.10，則又須大于12。為保證輸出位移不至于太小及鋼球不自鎖，選取=8，=15，根據式(4-8)，可計算得該手動夾具的力傳遞效率系數20%。盡管這一效率值憑直觀感覺相對較低，但由于該壓緊裝置的理論增力系數很大，故其實際增力系數的值仍然相對較大。假定上述參數不變，并取L=200mm，根據式(4-5)，可計算得該手動夾具的實際增力系數ip328.在如此小的空間結構內達到如此大的力放大效果，這是一般增力

27、機構極難做到的。圖4-2 壓力角、與實際增力系數的關系圖4-3 壓力角與實際效率的關系4.2沖擊式手動夾具 手動夾具獲得較大輸出力的方式有兩種，除了利用多級串聯增力機構外，還可以通過手動沖擊的方式來獲得，并配以自鎖機構，在獲得較大夾緊同時，保證對工件的可靠夾緊。第一種途徑前面已經進行了詳細的闡述，二種途徑是本節研究的重點。參考文獻給出了一種以平面-平面組合角度效應為基本原理、以圓柱夾緊元件的自鎖型敲擊式鉆模。在對其進行分析研究后，以提高和完善為目標，進行了結構改進，并進行了力學分析與計算。在此基礎上，又了以圓柱-圓錐面組合角度效應為基本原理的沖擊式自鎖夾具。該夾具在上更為簡約，而且制造工藝性極

28、好。4.2.1基于平面-平面組合角度效應的沖擊式自鎖夾具 基于平面-平面組合角度效應、以圓柱體為夾緊元件的沖擊式自鎖夾具的工作原理，如圖4-4所示。工件在側面與底面的兩塊定位板上獲得正確定位后，將夾緊圓柱塞入斜支承板與工件之間，而后人手通過工具給夾緊圓柱上部施加一個瞬間沖擊力Fk;由于傾斜角的作用，夾緊圓柱將在水平方向給工件施加一個夾緊力Fc。如果傾斜角在自鎖范圍內的話，工件將被可靠夾緊。此后便可由鉆套引導鉆頭進行切削加工。當鉆孔完成之后，只需在夾緊圓柱底部施加一個向上的瞬間沖擊力，即可抽出夾緊圓柱，從而卸下工件。顯而易見，由于摒棄了傳統的夾緊機構，而僅采用一只簡單的圓柱體作為夾緊元件，所以使

29、得該夾具相對于一般夾具，在結構上變得相對簡約，且操作也較為方便。圖4-4所示夾具中的夾具體、定位板與斜支承板，都是基于平面組合的幾何形體。而平面的加工工藝性，要顯著差于圓柱、圓錐等回轉面。因此，在夾具設計、以至于機械設計中，盡量以回轉幾何形體代替平面組合幾何形體，既是一個極為重要的設計原則，也是對現有設計進行改進，以及創新設計的一條重要方法或途徑。4.2.2基于圓柱一圓錐面組合角度效應的沖擊式自鎖式夾具 本文根據以回轉幾何形體代替平面組合幾何形體的理念，設計了如圖4-5所示的基于圓柱-圓錐面組合角度效應、以圓柱體為夾緊元件的沖擊式自鎖夾具。其工作原理如下:1-鉆套 2-鉆模板 3-工件 4-夾

30、緊圓柱 5-斜支撐板 6-定位板 7-夾具體圖4-4基干平面一平面組合角度效應的手動沖擊式自鎖式夾具 兩只支承圓柱、兩只支承圓錐、兩只支承釘及一只定位銷(下圖示)，下端均以過盈配合安裝于夾具體的相應孔中，鉆模板則通過螺母、墊圈固定在兩只支承圓柱上。將工件首先放置在兩只支承釘的上平面上，然后使其相互垂直的兩個定位側面分別靠緊兩只支承圓柱和定位銷(下圖)，定位工作即告完成。此后，將夾緊圓柱塞入工件左側面和兩只支承圓錐之間，再以人手通過工具圓柱上部施加一個瞬間沖擊力Fk;由于圓錐斜角的角度效應而使夾緊圓柱產生的水平方向力Fc，便將工件夾緊。雖然圖4-4與圖4-5所示兩種夾具的工作原理是一樣的，但后者

31、相對于前者，具有以下顯著優點:（1）圖4-5所示夾具的主要零件是回轉幾何形體，其夾具體與鉆模板為板狀，是最為簡單的平面組合幾何形體。因此，圖4-5所示夾具不僅制造工藝性好，成本低，而且制造周期也能大大縮短。 1-螺母 2-墊圈 3-鉆模板 4鉆套 5-支撐圓柱 6-夾緊圓柱 7-支撐圓錐 8-支承釘 9-夾具體 10-定位銷圖4-5 基于圓柱-圓錐面組合角度效應的手動沖擊式自鎖式夾具 （2）圖4-5所示夾具中，支承圓柱、支承圓錐、支承釘及定位銷，與夾具體是可拆卸分離的。因此，通過更換不同尺寸規格的相應元件，或在不同尺寸規格的元件、零件中進行組合，便能適應相似形狀、尺寸不同的零件的加工。也就是說

32、，圖4-5所示夾具的柔性顯著好于圖4-4所示夾具;而柔性化是現代夾具技術的關鍵發展方向之一。 圖4-5所示夾具的主要缺點是，其結構剛性顯著低于圖4-4所示夾具。4.2.3力學分析 圖4-4與圖4-5兩種夾具的夾緊原理是一樣的，均可歸類于依靠角度效應增力的斜楔機構。所以，它們的夾緊力Fc的計算公式，自然表現為同樣的形式。 即 （4-11） 式中: -圓錐體的斜面升角(如圖示);1-圓錐體與夾緊圓柱之間的摩擦角;2-工件與夾緊圓柱之間的摩擦角。 與一般的具有機械增力機構的手動夾具不同的是，上面介紹的兩種夾具，不僅利用斜楔機構的角度效應進行增力，而且人手通過工具給夾緊圓柱施加的瞬間沖擊力Fk，要遠遠

33、大于普通手動夾具所允許人手作用力。例如，頻繁操作時允許的人手作用力一般不得大于150N;而人手通過工具給夾緊圓柱施加的瞬間沖擊力，雖然目前尚無實驗數據可以借鑒，但大于1500N肯定是輕而易舉的。這相當于增加了一個無形的增力機構。通過以上分析計算我們可以得到以下結論: （1）根據上述夾具中所體現的創新設計理念與方法，可以根據工程實際需要，設計出銑削、刨削及平面磨削等不同用途的夾具。 （2）以回轉幾何形體代替平面組合幾何形體，能在簡化夾具結構的同時，改善其制造工藝性，從而能大幅度降低夾具制造成本，并顯著縮短制造周期。 （3）上述兩種夾具，僅適用于板類零件的定位與夾緊。基于同一創新理念與方法，設計出

34、適應裝夾其它幾何形體零件(如軸類零件等)的手動沖擊式自鎖夾具，是夾具技術綠色化的一個重要研究方向。以圓柱體為夾緊元件的手動沖擊式自鎖夾具，能得到遠大于一般手動夾具的夾緊力;這就使得該類夾具能在一定場合，代替耗能較高且容易產生污染的氣動、液壓等機動夾具。5結束語 （1）在不加大操作工人勞動強度的前提下，通過采用多級串聯增力機構將人手作用力進行放大，或采用手動沖擊方式獲得較大的初始作用力，能使手動夾具輸出力顯著提高，從而可部分取代耗能高且容易產生污染的機動夾具。 （2）通過采用機械增力機構將氣缸活塞的作用力進行放大，或采用氣動肌鍵來獲得較傳統剛性氣缸大得多的原始初始作用力，可相對彌補傳統氣動夾具因氣壓低而造成輸出力受局限的不足，使得采用氣動夾具，在更大范圍內取代液壓傳動夾具，成為了可能與現實。 由于受實驗條件的限制，本論文抽象及演繹出的力學模型、數據曲線及計算公式，也肯定部分存在與工程實際吻合度不