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1、平直大开口钳的设计说明书平直大开口钳设计者：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：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：平直大开口钳 平动引导机构 四杆 机构六杆机构1引言目前，市场上供应的工具钳品种繁多，如钢 丝钳，鲤鱼
2、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
3、式，各种综合要求 提出了很多的解决办法。Ifan 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皿 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
4、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，
5、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3.1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、,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
7、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 KG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。EE：e图1瓦特型机构3.2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
8、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勺工件时
9、，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 H2H1 及BH1，及BQ2，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 n1 / .图6平直大开口钳4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与市场上的同类产品相比，操作更方便，夹 紧更安全，可取代市场上的同类型产品。就以上 分析，本产品的市场前景广阔，经济效益可观。 有开发的可行性。参考文献1黄锡恺郑文纬主编机构原理人民教育岀版社19812 曹惟庆主编机构组成原理高等教育岀版社19833 沈世德 等编著实用机构学中国纺织岀版社1997
