沈陽第一機(jī)床廠隨著車床主軸轉(zhuǎn)速的提高，離心式夾具沈陽機(jī)床配件得到更加廣泛的應(yīng)用：由于傳統(tǒng)的離心式內(nèi)孔夾具的離心力直接作用于工件的內(nèi)孔表面，沒有任何力放大，使得其應(yīng)用僅僅局限于工件內(nèi)孔尺寸大和主軸轉(zhuǎn)速高的場合，極大地制約了離心式內(nèi)孔夾具的應(yīng)用。鉸桿和斜楔增力離心機(jī)構(gòu)的研究取得了突破性進(jìn)展，為離心力放大提供了理論依據(jù)，為離心式內(nèi)孔夾具研究與創(chuàng)新提供了技術(shù)支持。
正交增力機(jī)構(gòu)是指輸人力與輸出力方向相垂直，通過改變壓力角或升角來得到不同的增力系數(shù)的增力機(jī)構(gòu)。常見的正交增力機(jī)構(gòu)主要有鉸桿式增力機(jī)構(gòu)和斜沈陽機(jī)床配件楔式增力機(jī)構(gòu)；本文著重探討鉸桿式和斜楔式正交增力機(jī)構(gòu)的離心式內(nèi)孔夾具的工作原理和力學(xué)計算。
2 工作原理
兩種離心式內(nèi)孔夾具均具有功能不同的兩類離心重塊― 輸出重塊和增力重塊，兩者之間通過正交增力機(jī)構(gòu)進(jìn)行力的傳遞。
夾具體與車床主軸相聯(lián)接，以工件精加工或半精加工后的內(nèi)孔作為夾緊定位面，工件內(nèi)孔與輸出重塊之間存在靜態(tài)間隙，由于該間隙較小且穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，所以，輸出沈陽機(jī)床配件重塊和增力重塊的位移均較小，其位置穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，鉸桿增力機(jī)構(gòu)的增力系數(shù)的變化也較小。當(dāng)車床主軸以角速度w旋轉(zhuǎn)時，輸出重塊與增力重塊產(chǎn)生離心力Fc1、Fc2，在離心力的作用下，增力重塊和輸出重塊沿各自離心方向向外運(yùn)動。當(dāng)車床主軸的角速度較低時，拉力彈簧因受力產(chǎn)生的變形還未達(dá)到一定值，輸出重塊的外圓弧面與工件的內(nèi)孔是不接觸的，當(dāng)車床主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界值時，輸出重塊的外圓弧面與工件的內(nèi)孔接觸，此時拉沈陽機(jī)床配件力彈簧的變形量達(dá)到最大值，彈簧所受的拉力即為最大工作載荷，記為Fs。輸出重塊的外圓弧面與工件的內(nèi)孔表面接觸并施加作用力F。該作用力F由以下兩部分組成：(1)輸出重塊自身產(chǎn)生的離心力與彈簧作用力Fs的合力；(2)增力重塊產(chǎn)生的離心力Fc1經(jīng)正交增力機(jī)構(gòu)增力后，作用于輸出重塊運(yùn)動方向即Fc2上的分力。此時工件與夾具體一起同方向同步旋轉(zhuǎn)。在切削過程開始后，兩個等值、反向、大小為F的力所產(chǎn)生的沈陽機(jī)床配件摩擦轉(zhuǎn)矩，抵抗由切削力所產(chǎn)生的切削力矩。
3 力學(xué)計算
輸出力的計算
驅(qū)動轉(zhuǎn)矩
當(dāng)夾具體以角速度w旋轉(zhuǎn)時，每個增力重塊產(chǎn)生的離心力為Fc1=m1r1w2，每個輸出重塊產(chǎn)生的離心力為Fc2=m2r2w2 。每個輸出重塊對工件內(nèi)壁的作用沈陽機(jī)床配件力即輸出力F的計算公式為 F=m2r2w2-Fs+m1r1w2
tan(a+fe)
(1)
式中：m1、m2——增力重塊、輸出重塊的質(zhì)量
r1、r2——增力重塊、輸出重塊的質(zhì)心至夾具體回轉(zhuǎn)中心的距離
a——理論壓力角
fe——當(dāng)量摩擦角
Fs——彈簧產(chǎn)生的拉力
w——旋轉(zhuǎn)角速度
對鉸桿式增力機(jī)構(gòu)，a是二鉸支中心的連線與輸沈陽機(jī)床配件出重塊運(yùn)動方向之間所夾的銳角；對斜楔式增力機(jī)構(gòu)，a是增力重塊上斜面的法面與輸出重塊運(yùn)動方向之間所夾的銳角。對于鉸桿式增力機(jī)構(gòu)，fe=arcsin (?1d/l) (?1為鉸桿的二鉸支處的摩擦系數(shù)，d為鉸鏈孔或軸的直徑，l為鉸桿長度)；對于斜楔式增力機(jī)構(gòu)，fe=arctg(?2d1/d2) (?2為滾輪與轉(zhuǎn)軸間的摩擦系數(shù)，d1為滾輪內(nèi)孔直徑，d2為滾輪外徑)。
當(dāng)夾具體以角速度田旋轉(zhuǎn)時，正交增沈陽機(jī)床配件力離心式內(nèi)孔夾具上的輸出重塊產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩T為 T=?DF(2)
式中：?——輸出重塊外圓弧面與工件內(nèi)壁表面之間的摩擦系數(shù)
D——工件內(nèi)孔直徑
式(1)中的m1r1w2/tan(a+fe)項(xiàng)，就是增力重塊產(chǎn)生的離心力Fc1經(jīng)正交增力機(jī)構(gòu)增力后，作用在輸出重塊運(yùn)動方向上的分力；而1/tan(a+fe)就是鉸桿式增力機(jī)構(gòu)或斜楔沈陽機(jī)床配件式增力機(jī)構(gòu)的增力系數(shù)。由于理論壓力角a取值較小，且根據(jù)當(dāng)量摩擦角fe的計算公式，fe的值也較小，所以，增力系數(shù)就較大。因此，正交增力離心式內(nèi)孔夾具相對于同樣結(jié)構(gòu)重量但沒有增力機(jī)構(gòu)的離心式內(nèi)孔夾具，實(shí)際輸出力要大得多，因此，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩也要大得多。
4 工作角速度和工作轉(zhuǎn)矩
為安全起見，建議驅(qū)動轉(zhuǎn)矩取切削力沈陽機(jī)床配件矩計算值的兩倍。因此，工作角速度w和工作轉(zhuǎn)速n的計算公式為 w=(Fs+2Tr
?D
)?
m2r2+m1r1
tan(a+fe)
(3)
n=30w
p
(4)
式中：Tr——切削力矩的計算值
5 結(jié)論
綜合正交增力離心式內(nèi)孔夾具的工作沈陽機(jī)床配件原理與力學(xué)計算公式，可以看出：
正交增力離心式內(nèi)孔夾具的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩顯著高于同樣結(jié)構(gòu)重量但沒有增力機(jī)構(gòu)的離心式內(nèi)孔夾具。
正交增力機(jī)構(gòu)的增力系數(shù)取決于理論壓力角a和當(dāng)量摩擦角fe。
正交沈陽機(jī)床配件增力離心式內(nèi)孔夾具的制造成本僅略高于普通離心式內(nèi)孔夾具，但其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)遠(yuǎn)高于普通離心式內(nèi)孔夾具。 | 
