平直大开口钳的设计说明书

平平 直直 大大 开开 口口 钳钳 设计者 张道远 杨艳 王维明 张建新 刘生 指导老师 吴努 朱益民 南通大学机械工程学院 南通 226007 摘要摘要 一般工具钳都有一个共同的特点 在夹持工件时两钳口呈一定的角度 而呈一定的 角度的钳口夹持工件存在着两个缺点 第一是钳口和工件的接触为线接触 接触应力大 容易损坏工件 第二不易夹紧工件 工件有可能从钳口滑出 利用六杆机构设计的平直大 开口钳的钳口 在一定的夹持范围内作近似直线运动 最大相对转角仅为 0 2 度 从而有 效消除了上述不良影响 关键词关键词 平直大开口钳 平动引导机构 四杆机构 六杆机构 1 引言引言 目前 市场上供应的工具钳品种繁多 如钢丝钳 鲤鱼钳 电工钳 大力钳 锁钳 等 这些工具钳都有一个共同的特点 在夹持工件时两钳口呈一定的角度 而呈一定的角 度的钳口夹持工件存在着两个缺点 第一是钳口和工件的接触为线接触 接触应力大 容 易损坏工件 第二不易夹紧工件 工件有可能从钳口滑出 上述工具钳夹持工件钳口呈角 度是工具钳本身结构决定的 目前常用工具钳的工作原理是主动钳口绕从动钳口转动夹持 工件 这样就不可避免的要使两钳口呈一定角度工作 从而产生不良后果 为了解决上述 问题我们设计一种新的工具钳即平直大开口钳 2 国内外研究概况国内外研究概况 国内外许多专家和学者对平面六杆机构综合问题的理论和方法作了很多深入的探讨和 研究 对平面六杆机构的各种形式 各种综合要求提出了很多的解决办法 Irfan Ullah Sridhar Kota 提出用 Fourier Descriptors 来描述曲线 并用改进的模拟退火法进行全局优化 从而较好地解决了平面连杆机构轨迹综合问题 李立 陈永用同伦迭代法进行平面 Stephenson 型六杆机构的函数发生器综合 同伦方法是一种有效的数值迭代法 具有 对迭代初值要求不高 整体收敛性强 能可靠求出非线性方程组全部或一批孤立解的优点 很受工程技术领域的重视 但是 迄今为止同伦方法在机构学中的应用还没有达到令人满 意的程度 齐次化方法虽然能在一定程度上提高计算效率 但该法需要大量的前期工作和 较高的数学技巧 不便于一般使用者的应用 综上所述 平面六杆机构综合的理论和方法虽然非常丰富 但至今尚未形成统一的方 法 概括起来可以分为 电子 图谱法 图解法 代数法 解析法和优化法等 电子图谱 法求解速度快 其缺点是精确度较低 难以实现机构的创新设计 图解法是基于 Bun nester 理论 利用几何作图的方法获得要求的机构 作图误差大 且需要较丰富的专业技 术知识和经验 代数法需要求解一组非线性方程组 能够实现的机构位置受设计参数个数 的限制 解析法是基于函数逼近思想 利用解析方法将机构运动综合问题归结为函数逼近 问题 需要求解大量的非线性代数方程组 随着计算机技术的发展 大规模计算已经成为 可能 基于数值计算的优化法成为机构运动综合研究的活跃领域 它将机构运动综合问题 归结为求解多变量约束优化问题 优化法的主要内容包括优化目标模型的建立 误差的评 价 初始解的选取以及构造收敛的算法等 由于平面六杆机构类型繁多 差别很大 所以难于形成统一的求解办法 许多研究人 员从不同角度对平面六杆机构进行了不懈的探索 提出了各种优化综合解决方案 但还没 有形成一套较为完善的理论体系 3 设计过程及设计制作中解决的关键技术问题设计过程及设计制作中解决的关键技术问题 3 1 机构原理机构原理 由平面机构结构公式可知 当机构的自由度为 1 时 低副数目 p 3 2 n 2 所以 机构构件数有可能为 n 2 4 6 8 当 n 2 时 即二杆机构 构件为二的单自由度机构为开式链 运动链结构型式是唯一 的 铰链二杆机构其二杆件的相对运动只能是转动 如普通的钢丝钳 所以不能满足要求 当 n 4 时 即四杆机构 构件为四的单自由度机构为单闭链 有四个低副 运动链的 基本结构型式为一种 由于相邻两杆件铰链相连 所以只有两相对运动有可能满足上述要 求 当相对杆件分别相等 成为正平行四边形机构时 两相对杆件的相对运动为平动 若 将这作相对平动的两构件作为钳口 就能保证钳口工作时不呈角度而保持平行 但这样的 机构两钳口夹持不同厚度的工件其钳口你能保持平齐 甚至当工件厚度变化大时不能工作 所以在实际的设计中是行不通的 当 n 6 时 即六杆机构 构件为六的单自由度机构为闭链数目等于二的闭复链 其运 动链的基本机构型式有两种 瓦特型和斯蒂文森型 上述的相对运动为平动的运动要求可 用瓦特型机构来实现 见下图 1 图 1 中 C 是四杆机构 AoABBo 连杆上的一点 如果杆件 1 2 3 6 长度设计合适 C 总能在一定范围内作直线运动 KC 同样 在 C 点做直线运动 的范围内 合适地设计构件尺寸 AD 亦能使点 E 做与 KC 平行的直线运动 KG 所以构件 4 和 机架 6 为两钳口就能得到一种新型的平直大开口钳 e 图 1 瓦特型机构 3 2 技术特点及制作要求技术特点及制作要求 平直大开口钳的位移分析 如分析曲线图 2 以机架 6 上的 A o Bo 点连线为横坐标 轴 钳把 1 上的 AoD 线与横坐标轴的夹角等于零度时为起始位置 此时构件 4 的横坐标为 零 画出构件 4 即钳口 4 的位置曲线 y x 及与横坐标轴夹角变化曲线 Q X 可以看 出钳口 4 在 0 到 30mm 上的范围内作近似直线平动 最大相对转角是 0 2 度 平直大开口钳的力增益分析 设工件的厚度为 0 到 30mm 手握力矩为 M 钳口夹持 力为 N 用瞬时功率法求解两者关系 分析图 2 就表示了这一关系 手握力矩为 M 与夹持 点无关 结论总结 由分析图 2 可知 构件 4 相对机架 6 在一定范围内为直线平动 大约 30mm 只要分别以构件 4 和机架 6 作为钳口得到的工具钳在夹持厚度为 0 到 30 mm 的工 件时 钳口保持平直 大约 30mm 时 钳口略成角度 在平直工作范围内 若手把长度为 195mm 夹持力 N 和手握力 R 之比 力增益倍数 为 1 38 到 2 56 装配时 应先放松螺母 然后将纵杆 1 和纵杆 2 相互对插 使圆柱头锁紧螺钉 2 的第二阶梯形轴肩沿着联结器的纵 向滑槽向内滑动 直到最终位置后旋紧螺母 一旦使直径为 Q2 的阶梯形轴肩压入联结器的 上滑槽末端的圆孔内 因有 H2 H1 及 BH1 及 B Q2 故两纵杆在在轴向的位移即可被约束住 继续旋紧螺钉 2 直至其顶部的轴肩紧压住纵 杆 2 的外壁 可使两对接纵杆间由尺寸误差所产生的间隙晃动得以清除 图 6 平直大开口钳 4 设计作品的主要创新特色设计作品的主要创新特色 1 平直大开口钳的钳口在夹持范围内作近似直线平动 最大相对转角仅为 0 2 度 2 采用六连杆机构 结构简单 5 设计作品推广应用价值设计作品推广应用价值 与市场上的同类产品相比 操