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1、(10)申请公布号 CN 103894949 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103894949 A (21)申请号 201210582783.X (22)申请日 2012.12.28 B25B 11/00(2006.01) (71)申请人 大连瓦特重机床有限公司 地址 116200 辽宁省大连市普湾新区石河街 道石河村 (72)发明人 高永明 (54) 发明名称 一种基于偏心凸轮与钢球 - 双锥面增力机构 的手动夹具 (57) 摘要 一种基于偏心凸轮与钢球 - 双锥面增力机构 的手动夹具， 其特征在于， 固定套筒套入圆锥体， 钢球分布在圆锥体椎端部， 夹在固定套筒与力输 。
2、出件， 力输出件和导向板通过复位弹簧衔接， 偏心 轮在圆椎体圆柱部分底端。 其优点为与气动式、 液 动式夹具相比， 节约能源、 避免了环境污染问题， 达到了提供了更大， 更稳定的夹紧力。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103894949 A CN 103894949 A 1/1 页 2 1. 一种基于偏心凸轮与钢球 - 双锥面增力机构的手动夹具， 其特征在于， 主要包括， 偏 心轮 （1） 、 圆锥体 （2） 、 固定套筒 （3。
3、） 、 钢球 （4） 、 力输出件 （5） 、 导向板 （6） 复位弹簧 （7） ， 其特 征在于， 固定套筒 （3） 套入圆锥体 （2） ， 钢球 （4） 分布在圆锥体椎 （2） 端部， 夹在固定套筒 （3） 与力输出件 （5） ， 力输出件 （5） 和导向板 （6） 通过复位弹簧 （7） 衔接， 偏心轮 （1） 在圆椎体圆 柱部分底端 （2） 。 2. 根据权利要求 1 所述的基于偏心凸轮与钢球 - 双锥面增力机构的手动夹具， 其特征 在于， 所述的钢球 （4） 数量为三个呈 120角度均匀的分布在圆锥体椎 （2） 端部。 3. 根据权利要求 1 所述的基于偏心凸轮与钢球 - 双锥面增力机。
4、构的手动夹具， 其特征 在于， 所述的偏心轮 （1） 是带手柄的偏心凸轮。 权 利 要 求 书 CN 103894949 A 2 1/3 页 3 一种基于偏心凸轮与钢球 - 双锥面增力机构的手动夹具 技术领域 0001 本发明属于机械领域， 尤其涉及一种基于偏心凸轮与钢球 - 双锥面增力机构的手 动夹具。 技术背景 0002 长期以来手动夹具设计创新一直踏步不前， 究其原因主要在于， 目前工程设计人 员盲目追求自动化， 认为手动是落后的标志， 因而不假思索的选择了液动或气动方式 ； 认为 手动提供的夹紧力有限， 无法满足较大夹紧力的要求。在不加大操作工人劳动强度的前提 下， 通过采用多级串联增。
5、力机构将人手作用力进行放大， 或采用手动冲击方式获得较大的 初始作用力， 能使手动夹具输出力显著提高， 从而可部分取代耗能高且容易产生污染的机 动夹具是机械工程发展的一种趋势。 发明内容 0003 针对上述问题， 本发明提供了一种基于偏心凸轮与钢球 - 双锥面增力机构的手动 夹具， 通过采用多级串联增力机构， 将手动作用力进行放大以达到工作要求。 0004 为实现以上目的， 采用以下技术方案 ： 一种基于偏心凸轮与钢球 - 双锥面增力机构的手动夹具， 其特征在于， 固定套筒套入 圆锥体， 钢球分布在圆锥体椎端部， 夹在固定套筒与力输出件， 力输出件和导向板通过复位 弹簧衔接， 偏心轮在圆椎体圆。
6、柱部分底端。 0005 所述的钢球数量为三个呈 120角度均匀的分布在圆锥体椎端部。 0006 所述的偏心轮是带手柄的偏心凸轮。 0007 工作原理 ： 人手作用于手柄球头上的力 FH， 经过手柄杠杆机构的一次增力 ( 长度 效应 ) 和偏心凸轮的二次增力 ( 角度效应 )， 以及外锥面与钢球之间、 钢球与内锥面之间的 三次和四次增力(均为角度效应)， 通过力的输出件作用于工件之上实现夹紧。 其中圆锥体 所受的来自于三个钢球的径向力， 是一个合力为零的平衡力。 0008 本发明优点 ： 与气动式、 液动式夹具相比， 节约能源、 避免了环境污染问题， 达到了 提供了更大， 更稳定的夹紧力。 附图。
7、说明 0009 图 1 为基于偏心凸轮与钢球 - 双锥面增力机构的手动夹具工作原理图 如图所示 1- 偏心轮 2- 圆锥体 3- 固定套筒 4- 钢球 5- 力输出件 6- 导向板 7- 复 位弹簧 8- 工件。 具体实施方式 0010 实施例 1 固定套筒 （3） 套入圆锥体 （2） ， 钢球 （4） 分布在圆锥体椎 （2） 端部， 夹在固定套筒 （3） 与 说 明 书 CN 103894949 A 3 2/3 页 4 力输出件 （5） ， 力输出件 （5） 和导向板 （6） 通过复位弹簧 （7） 衔接， 偏心轮 （1） 在圆椎体圆柱 部分底端 （2） 。人手作用于手柄球头上的力 FH， 经。
8、过手柄杠杆机构的一次增力 ( 长度效应 ) 和偏心凸轮的二次增力 ( 角度效应 )， 以及外锥面与钢球 （4） 之间、 钢球 （4） 与内锥面之间 的三次和四次增力 ( 均为角度效应 )， 由导向板 （6） 控制运动方向， 通过力的输出件 （5） 作 用于工件 （8） 之上实现夹紧。其中圆锥体 （3） 所受的来自于三个钢球的径向力， 是一个合力 为零的平衡力。 0011 增力比计算 ： 常见的用手柄驱动的偏心凸轮机构， 实质上是一个由杠杆与凸轮复 合的串联式二次增力机构。该机构的理论增力系数 iil的计算公式为 （公式一） 式中 ： - 力输出点处偏心凸轮的升角，（ 为偏心距， R 为偏心轮的。
9、半 径 );- 偏心轮转动中心与其力输出点间的距离，。 0012 该机构的实际增力系数 ip1 的计算公式为 （公式二） 式中 :1- 偏心轮在力输出点处与圆锥体上平面之间的摩擦角 ;2- 转轴处 （O2） 的 摩擦角。 0013 根据正交增力机构的定义， 可以认为从圆锥体到力输出件之间的钢球 - 双锥面增 力机构， 是一个二次正交增力机构。钢球 - 双锥面增力机构的理论增力系数 ir2 与实际增 力系数 ip2 的计算公式为 : （公式三） （公式四） 式中 :f- 外锥面与钢球、 钢球与内锥面、 钢球与力输出件之间摩擦因数， 为简化计算起 见， 认为三者是相等的 ;、 - 压力角， 如图 。
10、1 所示。手动夹具的扩力部分是偏心凸轮机构 与钢球 - 双锥面机构的串联组合， 显然， 其实际增力系数 ip 从数值上应为 ip1 与 ip2 的乘 积， 即 （公式五） 力传递效率计算 : 机构的力传递效率 从数值上应为实际增力系数 ip， 与理论增力系数 i 之比 值。显然， 偏心凸轮机构的力传递效率 1 为 : （公式六） 钢球 - 双锥面增力机构的力传递效率为 : 说 明 书 CN 103894949 A 4 3/3 页 5 （公式七） 图 1 所示手动夹具的总的力传递效率=， 即 （公式八） 取f=0.10， 则又须大于12。 为保证输出位移不至于太小及钢球不自锁， 选取=8， =15， 根据公式八， 可计算得该手动夹具的力传递效率系数 20%。尽管这一效率值 凭直观感觉相对较低， 但由于该压紧装置的理论增力系数很大， 故其实际增力系数的值仍 然相对较大。 假定上述参数不变， 并取L=200mm， 根据公式五， 可计算得该手动夹具的实际增 力系数 ip 328. 在如此小的空间结构内达到如此大的力放大效果， 这是一般增力机构极 难做到的。 说 明 书 CN 103894949 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103894949 A 6 。