1、平直大開口鉗設(shè)計(jì)者：張道遠(yuǎn)楊艷王維明張建新劉生指導(dǎo)老師:吳努朱益民（南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,南通226007）摘要:一般工具鉗都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，在夾持工件時(shí)兩鉗口呈一定的角度。而呈一定的角度的鉗口夾持工件存在著兩個(gè)缺點(diǎn)。第一是鉗口和工件的接觸為線接觸，接觸應(yīng)力大，容易損壞工件；第二不易夾緊工件，工件有可能從鉗口滑出。利用六桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的平直大開口鉗的鉗口，在一定的夾持范圍內(nèi)作近似直線運(yùn)動(dòng)，最大相對(duì)轉(zhuǎn)角僅為0.2度，從而有效消除了上述不良影響。關(guān)鍵詞:平直大開口鉗平動(dòng)引導(dǎo)機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)1 引言目前，市場(chǎng)上供給的工具鉗品種繁多，如鋼絲鉗，鯉魚鉗，電工鉗，大力鉗鎖鉗等。這些工具鉗都有一個(gè)共同的特

2、點(diǎn)，在夾持工件時(shí)兩鉗口呈一定的角度。而呈一定的角度的鉗口夾持工件存在著兩個(gè)缺點(diǎn)。第一是鉗口和工件的接觸為線接觸，接觸應(yīng)力大，容易損壞工件；第二不易夾緊工件，工件有可能從鉗口滑出。上述工具鉗夾持工件鉗口呈角度是工具鉗本身結(jié)構(gòu)決定的。目前常用工具鉗的工作原理是主動(dòng)鉗口繞從動(dòng)鉗口轉(zhuǎn)動(dòng)夾持工件。這樣就不可防止的要使兩鉗口呈一定角度工作，從而產(chǎn)生不良后果。為了解決上述問(wèn)題我們?cè)O(shè)計(jì)一種新的工具鉗即平直大開口鉗。2 國(guó)內(nèi)外研究概況國(guó)內(nèi)外許多專家和學(xué)者對(duì)平面六桿機(jī)構(gòu)綜合問(wèn)題的理論和方法作了很多深入的探討和研究，對(duì)平面六桿機(jī)構(gòu)的各種形式，各種綜合要求提出了很多的解決方法。IrfanUllah、SridharKo

3、ta提出用FourierDescriptors來(lái)描述曲線，并用改良的模擬退火法進(jìn)行全局優(yōu)化，從而較好地解決了平面連桿機(jī)構(gòu)軌跡綜合問(wèn)題。李立、陳永用同倫迭代法進(jìn)行平面Stephenson出型六桿機(jī)構(gòu)的函數(shù)發(fā)生器綜合。同倫方法是一種有效的數(shù)值迭代法，具有對(duì)迭代初值要求不高，整體收斂性強(qiáng)，能可靠求出非線性方程組全部或一批孤立解的優(yōu)點(diǎn)，很受工程技術(shù)領(lǐng)域的重視。但是，迄今為止同倫方法在機(jī)構(gòu)學(xué)中的應(yīng)用還沒有到達(dá)令人滿意的程度。齊次化方法雖然能在一定程度上提高計(jì)算效率，但該法需要大量的前期工作和較高的數(shù)學(xué)技巧，不便于一般使用者的應(yīng)用。綜上所述，平面六桿機(jī)構(gòu)綜合的理論和方法雖然非常豐富，但至今尚未形成統(tǒng)一的方

4、法，概括起來(lái)可以分為電子圖譜法、圖解法、代數(shù)法、解析法和優(yōu)化法等。電子圖譜法求解速度快，其缺點(diǎn)是精確度較低，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)；圖解法是基于Bunnester理論，利用幾何作圖的方法獲得要求的機(jī)構(gòu)，作圖誤差大，且需要較豐富的專業(yè)技術(shù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)；代數(shù)法需要求解一組非線性方程組，能夠?qū)崿F(xiàn)的機(jī)構(gòu)位置受設(shè)計(jì)參數(shù)個(gè)數(shù)的限制；解析法是基于函數(shù)逼近思想，利用解析方法將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合問(wèn)題歸結(jié)為函數(shù)逼近問(wèn)題，需要求解大量的非線性代數(shù)方程組。隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模計(jì)算已經(jīng)成為可能，基于數(shù)值計(jì)算的優(yōu)化法成為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合研究的活躍領(lǐng)域，它將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合問(wèn)題歸結(jié)為求解多變量約束優(yōu)化問(wèn)題。優(yōu)化法的主要內(nèi)容包括優(yōu)化目

5、標(biāo)模型的建立、誤差的評(píng)價(jià)、初始解的選取以及構(gòu)造收斂的算法等。由于平面六桿機(jī)構(gòu)類型繁多，差異很大，所以難于形成統(tǒng)一的求解方法，許多研究人員從不同角度對(duì)平面六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了不懈的探索，提出了各種優(yōu)化綜合解決方案，但還沒有形成一套較為完善的理論體系。3設(shè)計(jì)過(guò)程及設(shè)計(jì)制作中解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題3.1 機(jī)構(gòu)原理由平面機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)公式可知，當(dāng)機(jī)構(gòu)的自由度為1時(shí)，低副數(shù)目p=(3/2)*n-2所以，機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)有可能為n=2,4,6,8當(dāng)n=2時(shí)，即二桿機(jī)構(gòu)。構(gòu)件為二的單自由度機(jī)構(gòu)為開式鏈。運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)型式是唯一的。鉸鏈二桿機(jī)構(gòu)其二桿件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)只能是轉(zhuǎn)動(dòng)，如普通的鋼絲鉗，所以不能滿足要求。當(dāng)n=4時(shí)，即四桿機(jī)構(gòu)。構(gòu)件

6、為四的單自由度機(jī)構(gòu)為單閉鏈，有四個(gè)低副。運(yùn)動(dòng)鏈的基本結(jié)構(gòu)型式為一種。由于相鄰兩桿件鉸鏈相連，所以只有兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)有可能滿足上述要求。當(dāng)相對(duì)桿件分別相等，成為正平行四邊形機(jī)構(gòu)時(shí)，兩相對(duì)桿件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平動(dòng)。假設(shè)將這作相對(duì)平動(dòng)的兩構(gòu)件作為鉗口，就能保證鉗口工作時(shí)不呈角度而保持平行，但這樣的機(jī)構(gòu)兩鉗口夾持不同厚度的工件其鉗口你能保持平齊，甚至當(dāng)工件厚度變化大時(shí)不能工作。所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)中是行不通的。當(dāng)n=6時(shí)，即六桿機(jī)構(gòu)。構(gòu)件為六的單自由度機(jī)構(gòu)為閉鏈數(shù)目等于二的閉復(fù)鏈，其運(yùn)動(dòng)鏈的基本機(jī)構(gòu)型式有兩種，瓦特型和斯蒂文森型。上述的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)要求可用瓦特型機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。見下列圖1,圖1中C是四桿機(jī)構(gòu)A

7、oABB旗桿上的一點(diǎn)。如果桿件1,2,3,6長(zhǎng)度設(shè)計(jì)合適，C總能在一定范圍內(nèi)作直線運(yùn)動(dòng)KG同樣，在C點(diǎn)做直線運(yùn)動(dòng)的范圍內(nèi)，合適地設(shè)計(jì)構(gòu)件尺寸AD亦能使點(diǎn)E做與KC平行的直線運(yùn)動(dòng)KG所以構(gòu)件4和機(jī)架6為兩鉗口就能得到一種新型的平直大開口鉗。學(xué)習(xí)文檔僅供參考I圖1瓦特型機(jī)構(gòu)3.2 技術(shù)特點(diǎn)及制作要求平直大開口鉗的位移分析。如分析曲線圖2,以機(jī)架6上的Ao,Bo點(diǎn)連線為橫坐標(biāo)軸，鉗把1上的AoD線與橫坐標(biāo)軸的夾角等于零度時(shí)為起始位置，此時(shí)構(gòu)件4的橫坐標(biāo)為零，畫出構(gòu)件4即鉗口4的位置曲線y-x及與橫坐標(biāo)軸夾角變化曲線Q-X可以看出鉗口4在0到30mm上的范圍內(nèi)作近似直線平動(dòng)，最大相對(duì)轉(zhuǎn)角是0.2度。平

8、直大開口鉗的力增益分析。設(shè)工件的厚度為0到30mm手握力矩為M鉗口夾持力為N,用瞬時(shí)功率法求解兩者關(guān)系。分析圖2就表示了這一關(guān)系。手握力矩為M與夾持點(diǎn)無(wú)關(guān)。結(jié)論總結(jié)：由分析圖2可知，構(gòu)件4相對(duì)機(jī)架6在一定范圍內(nèi)為直線平動(dòng)大約30mm。只要分別以構(gòu)件4和機(jī)架6作為鉗口得到的工具鉗在夾持厚度為0到30mm勺工件時(shí)，鉗口保持平直。大約30mm時(shí)，鉗口略成角度。在平直工作范圍內(nèi)，假設(shè)手把長(zhǎng)度為195mm夾持力N和手握力R之比力增益倍數(shù)為1.38至U2.56。裝配時(shí)，應(yīng)先放松螺母，然后將縱桿1和縱桿2相互對(duì)插，使圓柱頭鎖緊螺釘2的第二階梯形軸肩沿著聯(lián)結(jié)器的縱向滑槽向內(nèi)滑動(dòng)，直到最終位置后旋緊螺母。一旦使直徑為Q2的階梯形軸肩壓入聯(lián)結(jié)器的上滑槽末端的圓孔內(nèi)，因有H2H1,及BH1,及BQ2,故兩縱桿在在軸向的位移即可被約束住。繼續(xù)旋緊螺釘2,直至其頂部的軸肩緊壓住縱桿2的外壁，可使兩對(duì)接縱桿間由尺寸誤差所產(chǎn)生的間隙晃動(dòng)得以清除。圖6平直大開口鉗4設(shè)計(jì)作品的主要?jiǎng)?chuàng)新特色1平直大開口鉗的鉗口在夾持范圍內(nèi)作近似直線平動(dòng)，最大相對(duì)轉(zhuǎn)角僅為0.2度。2采用六連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。5設(shè)計(jì)作品推廣應(yīng)用價(jià)值與市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品相比，操作更方便，夾緊更安全，