對(duì)手柄螺旋夾緊器可調(diào)角便利性的改造與創(chuàng)新

付豪，楊洋，王琦，雷鴻謙

對(duì)手柄螺旋夾緊器可調(diào)角便利性的改造與創(chuàng)新

付豪，楊洋，王琦，雷鴻謙

（武漢理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，湖北 武漢 430000）

針對(duì)原有手柄螺旋夾緊器在細(xì)小空間裝夾工況下容易產(chǎn)生干涉，導(dǎo)致工件夾緊效果不好、工件焊接時(shí)變形大的問題，結(jié)合現(xiàn)有的夾緊器特點(diǎn)，對(duì)夾緊器在可調(diào)角方面做了改造與創(chuàng)新。達(dá)到了夾緊器在裝夾時(shí)可調(diào)角的效果，有效減小了干涉，設(shè)計(jì)在滿足實(shí)用性的同時(shí)也滿足了經(jīng)濟(jì)性。

手柄螺旋夾緊器；夾緊效果；可調(diào)角；改造創(chuàng)新

本文涉及的是針對(duì)原有的手柄螺旋夾緊器的創(chuàng)新改造設(shè)計(jì)。手柄螺旋夾緊器是三維焊接平臺(tái)上常使用的夾緊器之一，如圖1所示，其具有剛度強(qiáng)、使用操作簡單方便的優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是在使用時(shí)裝夾角度不易改變，在某些特殊的夾緊工況下容易產(chǎn)生干涉，導(dǎo)致工件夾緊效果不好，工件焊接時(shí)變形大的后果。該夾緊器在使用時(shí)只能垂直夾緊，當(dāng)兩個(gè)被夾工件在垂直方向上距離比較小時(shí)，夾緊器的手柄處容易與工件之間產(chǎn)生干涉，導(dǎo)致另外一個(gè)工件夾持不了。另外，在其他空間比較小的夾持工況下也容易出現(xiàn)此問題。為此，需要一種新型夾緊器來克服原有的夾緊器的缺點(diǎn)。

圖1 現(xiàn)有普通手柄螺旋夾緊器

1 項(xiàng)目背景及研究意義

在車架的設(shè)計(jì)和焊接的過程中，首先要解決的就是焊接鋼管的夾持和固定問題。因?yàn)樵诤附拥倪^程中，鋼管的連接需先沿兩根或多根鋼管的相貫線去打磨坡口，使得焊接的兩根或多根鋼管在焊接時(shí)保證焊接度，保證焊縫的融合。為保證鋼管在焊接時(shí)定位的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，需要對(duì)焊接的鋼管進(jìn)行夾持和有效的固定。目前在車隊(duì)中，使用的是購買的三維柔性焊接平臺(tái)及其配套的夾具。

在實(shí)際操作中存在以下幾個(gè)問題：①對(duì)鋼管夾持的操作中，使用現(xiàn)有的夾具固定空間連接的兩根或多根鋼管，需要使用多個(gè)手柄螺旋夾緊器和不同種類的定位角尺。過多的夾具和角尺的使用不僅無法快速有效地固定鋼管，而且也會(huì)占

用較大的空間，不利于焊接的操作和后續(xù)其他鋼管的固定，影響焊接的質(zhì)量和焊縫的美觀，尤其會(huì)對(duì)后續(xù)鋼管的夾持產(chǎn)生干涉，需要等先前完成焊接的鋼管應(yīng)力散去后才可以進(jìn)行下一根鋼管的固定及焊接，延長了加工時(shí)間。②在固定較高的鋼管時(shí)，夾具容易受重力和外界震動(dòng)的影響，沿定位角尺的滑槽產(chǎn)生偏移。由于平臺(tái)和夾具的限制，對(duì)于位置特殊、操作空間有限的鋼管無法直接固定，產(chǎn)生了焊接精度和強(qiáng)度較低、操作風(fēng)險(xiǎn)較大的影響。③手柄螺旋夾緊器及平尺角尺制造工藝復(fù)雜，購買和加工的成本過高。因此，基于當(dāng)前使用的焊接平臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)焊接的夾具，特別是對(duì)空間中夾具的結(jié)構(gòu)和使用方法進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)研究。使新的夾具可滿足在焊接車架時(shí)對(duì)鋼管的固定和夾持的要求，便于后續(xù)焊接工作的進(jìn)行，提高焊接的精度和效率。

角鐵的種類雖然不多，但通過不同的組合搭建方式，就如同積木一般會(huì)得到許多種樣式，從而能夠滿足各種情況下的使用需求。與之相對(duì)的就是夾緊器，在所使用的一套組合夾具中僅僅只有一種而不能滿足各種情況下的使用。而目前市面上的夾緊器按照夾緊方向分為平面、垂直、45°壓緊器。按照操作方式的不同可分為螺栓夾緊、快速夾緊、手柄螺旋夾緊，還有手工、氣動(dòng)或液壓。

夾緊器的工作方式雖多有不同，但總會(huì)有三個(gè)角度的限定，在某些環(huán)境下就難以使用了，因此對(duì)夾緊器在可調(diào)節(jié)和靈活性方面的改造也是有必要的，同時(shí)這也將避免重復(fù)購買，這對(duì)于改善焊接生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本也是具有重要意義的。

2 新型夾緊器設(shè)計(jì)

為解決多種夾緊工況下的干涉問題，在原來手柄螺旋夾緊器兩根夾角為90°桿之間設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是增加了手柄螺旋夾緊器夾持工件時(shí)的夾緊角度調(diào)節(jié)范圍，減少了多種夾緊工況下的干涉情況；但其缺點(diǎn)是剛度相比之前有所減小。

2.1 工作原理

如圖2所示為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的分解圖，齒槽片鏈接在螺桿一端，限位片和關(guān)節(jié)筒則鏈接在另一桿上；組合后限位片的下表面與齒槽片的上表面接觸，齒槽片的下表面與關(guān)節(jié)筒的上表面接觸，齒總成的上段穿過限位片、齒槽片與齒蓋相鏈接。

圖2 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)分解圖

在未對(duì)機(jī)構(gòu)施加力時(shí)，齒總成中的齒與齒槽片中的齒槽相嚙合，同時(shí)彈簧的彈力使齒總成不下落，限位片中孔洞的直徑與齒總成的上段圓柱相同，即使齒不會(huì)脫出，限位片和彈簧共同限制了齒總成中齒的位置，使齒槽片和齒總成中的齒始終保持嚙合，同時(shí)齒總成的下端中心開方孔與關(guān)節(jié)筒中方柱配合保證齒總成不可旋轉(zhuǎn)，此時(shí)機(jī)構(gòu)不可轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)通過齒蓋對(duì)機(jī)構(gòu)施加壓力時(shí)，齒總成的齒從齒槽片中脫出，此時(shí)齒槽片可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)螺桿調(diào)整到所需角度后停止施力，彈簧回彈的彈力使齒總成恢復(fù)原位，齒槽片和齒總成的齒再次相互嚙合，機(jī)構(gòu)被固定，因此達(dá)到了調(diào)整夾緊器夾緊角度的作用。

以上為機(jī)構(gòu)的工作原理，夾緊器便通過以上的過程實(shí)現(xiàn)角度的變化，從而實(shí)現(xiàn)在多種角度下工作。

2.2 受力分析

在CATIA建模完成后利用ANSYS進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)實(shí)際夾緊工況下的壓力，對(duì)手柄加了1 000 N的力偶，加緊頭加了一個(gè)豎直向上的2 000 N的力，然后把兩根桿和加緊頭的底面固定約束，最終分析得出來的夾緊器總變形結(jié)果如圖3所示。

圖3 ANSYS受力形變分析

根據(jù)ANSYS分析結(jié)果可得出，夾緊器受力后應(yīng)力分布比較均勻、應(yīng)變較小、強(qiáng)度滿足要求，因此該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)滿足使用條件。

3 應(yīng)用實(shí)例

將加工出來的產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用于三維焊接平臺(tái)上裝夾工件如圖4所示，與普通手柄螺旋夾緊器使用方式相同，將夾緊器下端的桿插到三維焊接平臺(tái)的孔里，利用擋圈固定位置不讓它往下掉，然后通過順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手柄利用梯形螺桿上的螺紋作用將工件夾緊，可達(dá)到預(yù)期的夾緊效果。

圖4 夾緊器應(yīng)用實(shí)例圖

4 應(yīng)用效果

普通手柄螺旋夾緊器的使用工況，可以明顯看出其只能在垂直方向夾緊，當(dāng)被夾工件夾持空間較小時(shí)，夾緊器容易與被夾工件干涉。對(duì)比改造前后，新設(shè)計(jì)出的夾緊器可調(diào)角的裝夾特點(diǎn)，可以避開垂直方向上的干涉物，減少了干涉，增強(qiáng)了裝夾效果。

5 總結(jié)

文中所述的夾緊器不僅能夠達(dá)到原有夾緊器的夾緊效果，另外在轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的作用下還能實(shí)現(xiàn)可調(diào)角的裝夾，極大減少了細(xì)小空間下裝夾的干涉情況。同時(shí)該設(shè)計(jì)是在原有的手柄螺旋夾緊器的基礎(chǔ)上改裝的，設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了將原有的夾緊器部件能拆下來的部件盡可能用于該改裝的夾緊器，所以也降低了制作成本，使設(shè)計(jì)在滿足實(shí)用性的同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)性。

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2095－6835（2020）10－0137－02

U 270.6+4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.061

〔編輯：王霞〕