1 引言

    夾緊機(jī)構(gòu)又稱夾緊裝置，是機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的工具，其作用是使定位好的工件在整個(gè)加工過(guò)程中可靠地固定在定位元件上，在夾緊工件時(shí)不允許破壞工件的定位，并應(yīng)有足夠的剛性，保證必要的夾緊力，但不應(yīng)損傷工件已加工表面或使工件產(chǎn)生變形。計(jì)算夾緊機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的夾緊力需要進(jìn)行復(fù)雜的力學(xué)計(jì)算，包括方程的求解等。另外，如果夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，還會(huì)產(chǎn)生構(gòu)件之間的干涉、夾緊力過(guò)大或過(guò)小不符合要求等問(wèn)題。利用NX軟件的建模功能構(gòu)建夾緊機(jī)構(gòu)的三維模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，可以判斷夾緊機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)是否合理，并能計(jì)算夾緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的夾緊力。

2 工作原理

    如圖1所示夾緊機(jī)構(gòu)主要由手柄、支桿、摳板、鉤頭和機(jī)架組成。拉簧的彈力用來(lái)模擬夾緊機(jī)構(gòu)的夾持力。工作時(shí)，在手柄上施加向下的作用力，當(dāng)作用力足夠大時(shí)，將能夠克服彈簧的拉力從而將手柄壓下來(lái)，此時(shí)的彈簧力即為夾緊機(jī)構(gòu)能夠產(chǎn)生的夾緊力。

圖1 夾緊機(jī)構(gòu)工作原理圖

3 在NX環(huán)境下零件的建模和裝配

    在NX軟件的建模環(huán)境下，利用“草圖”、“拉伸”等命令，建立各零件的三維模型，然后在裝配環(huán)境下將各零件裝配成圖2所示的夾緊機(jī)構(gòu)。

圖2 夾緊機(jī)構(gòu)的裝配圖

    其中，摳板零件的初始尺寸如圖3所示。

圖3 摳板零件圖

4 在NX Motion環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)仿真分析

    進(jìn)入NX的運(yùn)動(dòng)仿真模塊，依次設(shè)置機(jī)架、活動(dòng)連桿，設(shè)置旋轉(zhuǎn)副等運(yùn)動(dòng)副，添加彈簧和阻尼等，完成運(yùn)動(dòng)仿真的初步設(shè)置。然后在機(jī)架與鉤頭之間添加碰撞，保證運(yùn)動(dòng)過(guò)程中兩者始終接觸。給手柄添加一個(gè)方向朝下的矢量力，初定力的大小為80N。

    在NX Motion環(huán)境下，新建2結(jié)算方案，設(shè)置時(shí)將為1s，步數(shù)為200步，對(duì)上述仿真設(shè)置進(jìn)行求解計(jì)算，用Excel電子表格顯示結(jié)果曲線，如圖4.1所示，其中橫坐標(biāo)表示步數(shù)，縱坐標(biāo)表示彈簧的反作用力。同時(shí)生成的Excel數(shù)據(jù)表格如表1所示。從曲線圖和數(shù)據(jù)表都可以讀出彈簧力的大小為960N。

圖4 彈簧的彈力曲線

表1 彈簧力數(shù)據(jù)表

    將彈簧的剛度由110N/mm改變?yōu)?60N/mm，并重新仿真求解，輸出的彈簧力曲線如圖5所示，最大彈簧力為1400N，穩(wěn)定值為600N。從圖中可以看出此時(shí)80N的力不能將手柄壓下。

圖5 彈簧的彈力曲線

    修改摳板的尺寸如圖6所示，再次模擬，輸出的結(jié)果曲線如圖7所示。此時(shí)彈簧的剛度為160N/mm，80N的力能夠?qū)⑹直鷫合�，彈簧力�?800N。

圖6 修改后的摳板零件圖

圖7 彈簧力曲線

5 結(jié)束語(yǔ)

    在NX建模環(huán)境中建立夾緊機(jī)構(gòu)的三維模型，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，可以從輸出的結(jié)果分析機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理，并根據(jù)結(jié)果修改零件的尺寸或系統(tǒng)參數(shù)，直至設(shè)計(jì)出符合要求的機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法形象而直觀，結(jié)果的輸出也方便快捷，將此種方法應(yīng)用于類似的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以省去繁復(fù)的計(jì)算過(guò)程，省時(shí)省力，對(duì)于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要而現(xiàn)實(shí)的意義。

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