斜楔机构的受力分析和设计

冲模斜楔机构的角度优化[摘要]介绍了冲模常斜楔机构的主要类型．并通过斜楔机构的运动、受力和传动效率的分析对斜及滑块的角度进行优化。

关健词冲模结构斜楔机构优化l 斜楔机构的组成斜楔机构是通过斜楔和滑块的配合使用，变垂直运动为水平运动或倾斜运动的机械机构。

斜楔也称主动斛楔，工作中起施力体作用；滑块——工作斜楔，受力体；附属装置——反侧块、压板，导板(导轨)、防磨板、弹簧、螺钉等，起斜模附着、导向及力平衡作用的装置。

2 斜楔机构的类按滑块的附着方式．常用斜楔机构可分为3种类型：①滑块附着于下模，称为普通斜楔机构，如图1所示；②滑块附着于上模，模具工作完后随上模上行，称为吊楔机构，如图2所示；⑧双动斜楔机构，即是图1中的斜楔(件2)制成以面为斜面，反侧块(件1)也做成滑块，当斜楔运动时可带动飘滑块，能实现一次完成板料负角弯曲。

普通斜楔机构，滑块一般附着于下模(见图1)，使设计和运动相对比较简单，但有些情况，滑块附着于下模时，制件的送入和取出不方便，或影响模具其它功能的实现，此时应考虑吊楔机构。

按滑块的运动方式，斜楔机构又分为平斜楔机构和倾斜式斜楔机构(模具本体与滑块接触而为斜面)。

3 斜楔机构的运动和受力分板3.1 斜楔机构运动分析在图3中，θ为斜楔角，β为滑块工作角度；α为斜楔与滑块夹角。

随着斜楔向下运动，斜楔上一点A动动到C（AC=L为斜楔行程或压机行程）；对于滑块，则斜楔上一点A随滑块滑动移到B（S为滑块行程或工作行程）。

如图△ABC中：∠ABC=θ；∠ABC=α根据正弦定律得：S/sinθ=L/sinaα∵θ-β=90·-α；θ<=90·故β<α;则：S/L=sinθ/sinaα=cos(α-β)/sinα当β=0时，为平动式斜楔机构（图1）；则：S/L=ctgα当α角增大，S为定值，则L增大当β不等于0时，α角增大，S与L和斜楔机构运动关系如图3c所示。

3.2 斜楔机构的受力分析如图3b所示，由力矢图可得出：Q=F/sinα;Q=P/sinθP=Fcos(α-β)/sinα;V=F/tanα当β角和冲裁力F为定值时，α角增大，Q减小、P减小、V减小，可见α角增大斜楔机构可更省力，斜楔和滑块上所受的摩擦力也减小，从而使斜楔及滑块磨损减小，但由于α角增大，S／L减小，则当滑块工作行程S为一定时，斜楔行程L则增大，存在角度最大化问题。

在夹具的各种夹紧机构中，以斜楔、螺旋、偏心、铰链机构以及由它们组合而成的夹紧装置应用最为普遍。

一、斜楔夹紧机构1．夹紧力计算图3-10夹紧受力图由上面受力图可知，斜楔静力平衡条件为：F1＋FRX ＝FQ其中：F1＝FW tanφ1 ； FRX＝FW tan(α＋φ2)代入上式计算得：式中：FW 斜楔对工件夹紧力α 斜楔升角FQ 原始作用力φ1 斜楔与工件之间的摩擦角φ2 斜楔与夹具体之间的摩擦角2．增力比计算增力比iF＝夹紧力／原始作用力如果不考虑摩擦影响理想增力比（即忽略摩擦角）：3．夹紧行程比计算图3-11 夹紧受力工件所要求的夹紧行程h与斜楔相应移动的距离s之比成为行程比iS。

由上图可知：夹紧行程＝工件被夹紧行程h/斜楔移动距离S4．自锁条件图3-12自锁受力上图为原始作用力FQ停止作用后斜楔的受力情况。

斜楔楔入后，原始力去除，斜楔体自锁条件为F1>FRXFW tanφ1> FW tan(α-φ2)φ1> α-φ2或α〈φ1 ＋φ2因此自锁条件是斜楔升角小于斜楔与工件、与夹具体之间的摩擦角之和，钢件：f＝0.1～0.15摩擦角φ＝5°43′～8°30′，故α<10°～17°5．升角α的选择手动夹紧α＝6°～8°，机动夹紧α≤12°，不需要自锁α＝15°～30°6．结构设计包括：手动夹紧机构、气动或液压夹紧、斜楔与压板与螺旋等组合结构。

斜楔夹紧机构的计算见下表二、螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。

螺旋夹紧机构结构简单、夹紧行程大，特别是它具有增力大、自锁性能好两大特点，其许多元件都已标准化，很适用于手动夹紧。

它主要有两种典型的结构形式。

1.单个螺旋夹紧机构下图a所示为GB/T2161-91六角头压紧螺钉，它是螺钉头部直接压紧工件的一种结构。

下图b所示在螺钉头部装上摆动压块，可防止螺钉转动时损伤工件表面或带动工件转动。

双斜楔结构锁绳器各楔块角度及摩擦系数分析双楔复式机构已广泛应用于单纯锁绳的卡绳器和首绳调换装置中，其自动化程度高的优势普遍被市场所采纳。

以往的设计均参照《》进行，未曾精确计算，且在实际使用中也出现过不少问题。

本文以两斜楔之间滚动体（圆柱滚子）为受力分析的着力点，尝试为此种结构提供科学、可靠的理论依据，为广大同行带来便利，为多绳摩擦系统首绳的维护和更换工作的安全高效提供必要的技术支持。

1、由卡绳自锁条件计算卡楔角度α的取值范围以内卡楔为对象，对其进行受力分析，其受力如图1所示。

图1 内卡楔受力分析图本图中1f ——钢丝绳对卡楔的摩擦力，其由钢丝绳对卡楔的正压力产生，111f N μ=，10.2μ=； 1N ——钢丝绳对卡楔的正压力；2f ——滚动体对卡楔的摩擦力，其方向暂不确定，理论上由滚动体对卡楔的正压力产生， 222f N μ=，20.020.04μ=（钢对钢滚动摩擦时的系数，最终取值取决于计算结果）； 2N ——滚动体与卡楔的正压力；α——内卡楔两受力面之间的夹角。

其可靠锁住钢丝绳的条件是，111f N μ≤（即卡楔对钢丝绳的摩擦力大于等于钢丝绳的终端载荷） 考虑到2f 方向的不确定性，其受力分析可有两种情况1）2f 方向与图中一致，则122122cos sin sin cos N N f f N f αααα=-=+，亦即121tan 1tan μαμμα-≤+…………………………（公式1） 2）2f 方向与图中方向相反，则 122122cos sin sin cos N N f f N f αααα=+=-，亦即121tan 1tan αμμμα-≥+…………………………（公式2） 欲使上列两式有合理的解，其必须满足条件1tan 0μα-≥，亦即1arctan 11.31αμ≤=︒。

2、根据自锁条件计算滚动体与卡楔和楔背之间的摩擦系数2μ的取值以滚动体（圆柱滚子）为对象，对其进行受力分析，其受力如图2所示。

斜楔的自锁条件
斜楔的自锁条件一般来说有以下两个主要条件：
摩擦角条件：斜楔的自锁要求摩擦角大于楔角。

摩擦角是指斜楔和其接触面之间的摩擦角度，楔角是指斜楔的夹角。

当斜楔受到外力作用时，摩擦力会增大，只有摩擦力大于或等于斜楔受到的外力分量的正弦分力时，斜楔才能自锁住。

垂直力条件：斜楔的自锁还要求斜楔所受的垂直力大于或等于斜楔受到的外力分量的余弦分力。

这是因为垂直力能够产生法向分力，使斜楔更牢固地嵌入或压紧被锁定的物体中，增加摩擦力，提高自锁性能。

通过满足以上两个自锁条件，斜楔能够在受力的情况下自动锁紧并保持稳定。

这使得斜楔在各种工程和机械装置中得以广泛应用，例如用于固定和支撑构件、提供阻力或防止松动等。

请注意，具体的应用和自锁条件可能因斜楔的设计和使用环境而有所不同，因此在具体情况下需要进行详细的工程分析和计算。