一種多功能可拆配式平動(dòng)夾鉗的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 暉，張濤川

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 河 源 517000）

平常實(shí)施數(shù)控機(jī)床維修過程中，由于數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜性，在對零件的拆卸、裝配、維修及調(diào)試過程中，需攜帶大量的手持夾鉗、扳手、起子等工具，經(jīng)常因工具不齊備或使用不方便，造成工作效率低下。

在工作中最經(jīng)常使用的為手用普通夾鉗（如圖1），該夾鉗由于在夾持物體的時(shí)候，鉗口呈V字形張開。對其實(shí)施受力分析（如圖2），在夾持的過程中，存在一個(gè)向鉗口外的分力，使得鉗口對物體的夾持力隨著鉗口形狀的變化而不斷變化。若夾持的物體越大，鉗口張開就越大，用于夾持物體的分力（即夾持力）也越小，因而越不穩(wěn)固，更不適用于夾持較大的物體。

圖1 手用普通夾鉗

圖2 鉗口夾持受力分析

基于五金工具種類和花樣繁多，且常用工具夾持力的不穩(wěn)定性考慮，具有多功能的，便于使用和操作的五金工具，成為很多技術(shù)人員的需求。本文所闡述的多功能可拆配式平動(dòng)夾鉗的設(shè)計(jì)，便是圍繞上述問題而進(jìn)行的。

1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定

1.1 需實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)目的

我們所研究的多功能可拆配式平動(dòng)夾鉗，其需實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的：

（1）要解決鉗口張開后，張得越大，其夾持力越小的問題。這就需要在原來的結(jié)構(gòu)上使得鉗口的開合實(shí)現(xiàn)平行開合，以保證在鉗口開合過程中，其夾持的力始終與鉗口保持垂直，能夠保持不變（如圖3）。

圖3 鉗口形式的更改

確定結(jié)構(gòu)方案為：平動(dòng)夾鉗機(jī)構(gòu)由一對齒條鉗口、扇形齒鉗柄及夾板組成（如圖4）。當(dāng)人手作用于鉗把時(shí)，鉗把的轉(zhuǎn)動(dòng)以主軸為支點(diǎn)，并通過杠桿原理帶動(dòng)扇形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，扇形齒輪帶動(dòng)直齒條運(yùn)動(dòng)，因鉗口固定于直齒條上面的，從而實(shí)現(xiàn)鉗口的平行開合。

圖4 平口夾鉗機(jī)構(gòu)簡圖

（2）作為多功能可拆卸式手用夾鉗，根據(jù)手用夾鉗的共同特點(diǎn)，不同之處在于鉗口的不同，若能實(shí)施鉗口的快速更換，便可實(shí)現(xiàn)一把鉗子的多種功能。

1.2 確定結(jié)構(gòu)方案

（1）為實(shí)現(xiàn)該平動(dòng)夾鉗的多功能性，同時(shí)保證拆配的鉗口在工作的時(shí)候，能夠穩(wěn)固不脫落，將平動(dòng)夾鉗的卡槽，做成容易固定的燕尾槽結(jié)構(gòu)，加以配合以不同功能的工作塊，這樣就使其具有了多功能性。

（2）應(yīng)在直齒條上設(shè)計(jì)彈簧鎖緊機(jī)構(gòu)。配合多種工作塊，保證其工作塊在裝上去后，不會輕易地從燕尾槽中滑落出來，從而確保夾鉗的正常工作。

2 各部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 平行開合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）為保證直齒條與扇形齒輪的相互傳動(dòng)，以及在使用時(shí)候的左右兩個(gè)鉗柄不會發(fā)生活動(dòng)干涉。以日常使用手持夾鉗向內(nèi)握緊鉗柄用力咬緊，向外打開鉗柄松開零件的習(xí)慣，我們采取齒輪嚙合的方式如圖5所示，平行開合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配如圖6所示。

圖5 平行開合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖6 平行開合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖

此時(shí)，當(dāng)右扇形齒輪鉗柄向右張開的時(shí)候，其扇形齒輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)左直齒條向左方向移動(dòng)；同理，與其對稱的左扇形齒輪鉗柄向左張開，造成右直齒條向右運(yùn)動(dòng)，就實(shí)現(xiàn)了平動(dòng)夾鉗的張開；與之相反，就實(shí)現(xiàn)了平動(dòng)夾鉗的咬緊。整個(gè)過程，與普通手用夾鉗完全一致，符合技術(shù)人員的工作習(xí)慣。

（2）普通夾鉗鉗口張角過小，最大開口為16 mm，最大張角為23°，造成使用范圍限制。因此，該夾鉗的直齒條設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)，配備多種長度的齒條，就可以通過初始嚙合位置的不同，在夾板允許的范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)鉗口夾持大小。其可使得開口達(dá)到32 mm以上。

相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)如下：

分度圓直徑：50 mm；

嚙合角：20°；

鉗柄齒數(shù)：10；

直齒條最大運(yùn)動(dòng)距離：單邊32 mm；

嚙合齒輪厚度：根據(jù)普通手持工具受力情況，取其厚度為5 mm。

2.2 鉗口卡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）選擇燕尾槽結(jié)構(gòu)（如圖7）。

圖7 燕尾槽與鉗口模塊

主要設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)及尺寸說明如下：

燕尾槽具有尺寸緊湊、調(diào)整間隙方便和夾緊可靠的特點(diǎn)，可限制5個(gè)自由度，能夠承擔(dān)顛覆力矩。滿足鉗口裝夾要求鉗口裝上去以后，能夠保證鉗口不松動(dòng)，不移動(dòng)的要求。

其卡槽大小，為了方便不同鉗口的裝夾，設(shè)計(jì)傾斜角20°，小端大小為4 mm，，深3 mm，其長度與直齒條夾持部分高度相同。

為保證鉗口工作時(shí)候卡槽有足夠受力硬度，選用鋼制材料，后續(xù)工藝實(shí)施高頻淬火。

（2）采用彈簧定位的結(jié)構(gòu)來限制鉗口滑脫。其由鋼珠柱塞、彈簧、柱塞螺帽、拉環(huán)組成，其彈簧定位機(jī)構(gòu)如圖8所示。

圖8 彈簧定位機(jī)構(gòu)

2.3 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改良

（1）根據(jù)杠桿增長可省力原理，在平口鉗的手柄底端開設(shè)M8螺釘孔，孔深12 mm，該孔可以與任何M8可卸手柄一起使用，增加主動(dòng)力臂，達(dá)到省力的作用（如圖9）。

（2）在手柄與扇形齒輪鉗柄的連接上，采用卡位及雙銷釘連接方式，手柄上開設(shè)卡槽，將扇形齒輪鉗柄卡在其內(nèi)，利用手柄自身材料剛性，保證使用過程中施加的握緊力（如圖9）。

圖9 夾鉗手柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改良

（3）實(shí)行可拆配式鉗口的模塊化結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)多功能，按照其特點(diǎn)，配置普通夾鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、壓線鉗、卡簧鉗、絞桿扳手、套筒扳手、剪刀等不同鉗口，可實(shí)現(xiàn)不同功能的轉(zhuǎn)化。

3 整體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

多功能可拆配式平動(dòng)夾鉗其整體結(jié)構(gòu)如圖10。

圖10 多功能可拆配式平動(dòng)夾鉗整體結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)如下：

（1）所做彈簧定位機(jī)構(gòu)中，鋼珠柱塞的長度應(yīng)略大于彈簧孔+頂壁的厚度，以保證在彈力的作用下，有足夠的位移頂住鉗口，如圖11中A圖；

（2）所做直齒條應(yīng)注意兩者之間的配合，做臺階面將直齒條支撐在夾板頂上，同時(shí)使兩直齒條緊密貼合，防止晃動(dòng)，如圖11中B圖；

（3）做扇形齒輪鉗柄，其結(jié)構(gòu)為上小下大，上面小，可與另一個(gè)扇形齒輪鉗柄進(jìn)行緊密貼合，實(shí)現(xiàn)張合動(dòng)作；下面大，可填滿兩夾板之間的空隙，使用機(jī)構(gòu)更加緊湊，防止晃動(dòng)。同時(shí)，應(yīng)將旋轉(zhuǎn)銷釘孔開在厚板處，提高機(jī)構(gòu)的耐用度，如圖11中C圖；

（4）壓板與扇形齒輪鉗柄之間，應(yīng)注意當(dāng)扇形齒輪鉗柄進(jìn)行開合的時(shí)候，是否相互干涉，其兩者之間的間隙應(yīng)大于扇形齒輪鉗柄在最大張開在夾板內(nèi)所移動(dòng)的距離，如圖11中D圖。

圖11 多功能可拆配式平動(dòng)夾鉗細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

4 結(jié)束語

多功能可拆配式平動(dòng)夾鉗，采用齒輪齒條傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，實(shí)現(xiàn)了鉗口的平行鉗合，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了夾持力方向、大小的穩(wěn)定。同時(shí)由于實(shí)行了快速可拆配鉗口的模塊化結(jié)構(gòu)，能很好很方便地進(jìn)行鉗口的迅速更換，因此按照其特點(diǎn)，配置普通夾鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、壓線鉗、卡簧鉗、絞桿扳手、套筒扳手、剪刀等不同鉗口，其能夠?qū)崿F(xiàn)非常多的功能。通過對該夾鉗的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可以用較小的空間和較低的成本，實(shí)現(xiàn)了一整套工具箱的功能，在實(shí)際工作過程中，起到了較好的作用，提高了工作效率。

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