阳极自动夹紧夹具的设计与分析

杜文超

摘要：阳极自动夹具是运输阳极件的专用设备。本文介绍了阳极自动夹具中自动机构的运动、工作原理及应力分析。夹具的应力分析和计算保证了足够的夹紧力，不会脱落。本夹具提高了生产效率、降低了工人劳动强度。

关键词：阳极；夹具；自动机构；

一、概述

从夹具的夹紧方式上分类,可分为:非自动夹紧夹具,半自动夹紧夹具和自动夹紧夹具。其中自动夹紧夹具,就是在夹紧和释放时,不需要外加动力,而是利用夹具自身的重量和所夹物体的重量自动夹紧。本阳极自动夹紧夹具的特点是:不仅具有非自动夹具的可靠性,而且结构紧凑,夹持阳极对中性好,操作方便、不需外动力,无掉块现象。

二、问题的提出

随着工业的发展，需考虑夹具在高负荷、高速度运转条件下，在满足其强度、刚度、稳定性和寿命的同时，尽量降低重量，提高其质量。在国内外市场中，竞争力强弱在很大程度上取决于设计质量。因此，采用最佳方法设计夹具十分必要。

三、夹具的组成及工作原理

夹具的组成如图1,左右夹板分别与臂杆固结在一起,定位板、限位块安装在连杆1上,联接板将自动机构和右拉杆联成一体。工作时,张开夹板从上方放下,定位板接触阳极后,左、右臂杆分别绕B、C两铰点转动,夹板开度继续增大。

图1阳极自动夹紧夹具结构略图

自动机构亦随之向下运动,当触杆与限位块接触后,由于重力作用,自动机构继续向下运动,触杆被压缩,夹板开度增至最大。这时,自动机构动作,夹板张开的锁定条件被取消。当吊起夹具时,左、右臂杆反向转动,夹板开度减小,直至夹紧吊起。释放时,左、右臂杆分别绕B、C两铰点转动,夹板张开,同时自动机构向下运动,直至自动机构的触杆被限位板压缩、夹板开度增至最大。这时自动机构动作,锁住左右臂杆,使臂杆不能转动,左、右夹板不能合拢,随后,可吊起夹具,使夹板保持张开状态,进行下一个搬运操作。

四、自动机构的工作原理

自动机构组成如图2(a)所示。工作时当触杆头的挂钩处于横置状态时,挂钩钩住限位块,使夹具臂杆不能转动,固定架下降时,触杆被压入固定架,转动销由A(图2d)运动到B,升至C,同时,绕中心线旋转45°,当上升时,触杆在弹簧力的作用下,由C下降到D,再到E,同时,转动销再次转动45°,使挂钩处于图2(b)所示状态,这时挂钩不能钩住限位块而运动至图2(c)位置,夹具吊起。当触杆由图2(c)状态再次被压入固定架转动销经F、G、H运动到I,即转动销旋转了90°。挂钩再次处于图2(a)位置,这时吊起夹具挂钩钩住限位块,臂杆不能转动并释放。

图2自动机构工作原理

五、夹具的受力分析

本夹具运用摩擦力,利用自身重量和所夹物重量的杠杆作用,使夹板产生足够的摩擦力克服重力,达到提升的目的。由于夹具的重量主要集中在杆L3、L4、L5上。为计算方便,不计其他杆重量,因此夹具杆系所受外力有:拉力P1,阳极正压力Fa、Fa′,摩擦力f、f′,杆L3、L4、L5的重力G1、G2、G3(点H、I、J分别为重心)。要吊起必须有:

f+f′=Wt+Pt

式中Wt—阳极重量,Pt—夹具夹起时,阳极产生的惯性力

由于f=f′

则f=(Wt+Pt)/2

由图3中杆系在水平、垂直方向上平衡得:

Fa=Fa′

P1=G1+G2+G3+Wt+Pt

取图3中杆L1、L2、G7为对象,设三杆所受拉力分别为P1、P2、P2′。

图3夹具受力示意图

易知:

P2=P2′=P1/(2·cosα)=(G1+G2+G3+Wt+Pt)/(2·cosα)

取图3中杆L4为对象,设杆L6对L4的拉力为P3。

对B点取矩得:

P2·a4+f·a1=G1·a3+Fa·a2+P3·a5

Fa=(P2·a4+f·a1-G1·a3-P3·a5)/a2

由于采用对称结构，对C点取矩得:

Fa′=Fa

只有当2Fa·μ>Wt+Pt(μ为摩擦系数),夹板压力产生的摩擦力大于重力,夹具才能将物体吊起,并有一定的安全系数。即:

n=2Fa·μ/(Wt+Pt)

在本阳极夹具中，知道Wt的值,一般取Pt=0.2Wt，夹板与阳极的摩擦系数一般取:μ=0.25，代入以上数据可得Fa的值和安全系数n的值，只要n>1，则可满足生产要求，具有足够的夹持力，保证无掉块现象。

参考文献：

[1]刘清．关于阳极自动夹紧夹具的设计与分析.2019.

[2]张小凯．探讨阳极自动夹紧夹具的设计与分析.2019.