冶金吊具参数化计算机辅助设计中摩擦式夹钳夹紧力的分析与计算

赵严亮

摘 要 本文通过由一种机械板坯夹钳入手，对其典型机构简图进行受力分析，建立夹紧力计算的数学公式，通过其公式化，确定其夹紧力与该机构各杆件所处位置（包括各杆杆长及杆于杆之间角度）、夹持物与夹钳钳口的摩擦系数之间的关系，并且使吊具参数化设计更直观、更简捷。总而言之，通过对典型机构的夹持力分析计算，使夹钳的设计计算、机构各位置运动轨迹、吊具参数化设计提供了重要理论依据，同时也对各种新型吊具设计有重要的理论指导意义。

关键词 冶金吊具 计算机辅助设计 夹紧力计算

冶金吊具是一种结构精巧、使用方便、节省人力和能源的取物装置，用于许多高温、高湿、和人员不易接近的场合，除某些由动力驱动外，许多冶金吊具是靠机构本身重量产生起重物所需夹紧力。在公司生产的吊具中，为数不少的是摩擦式机械夹钳，根据起重物的重量和大小及其他相关参数来确定夹钳机构的主要几何参数时，必须对机构进行夹紧力的计算和调整，由于用户对夹钳功能要求的多样性，随着吊起重物的增加，夹钳的自重和本身结构尺寸将越来越大，这在许多使用夹钳的场合无法容忍。因此，通过摩擦式夹钳夹持力的分析与计算，通过计算机辅助设计、计算，来优化设计夹钳的结构尺寸参数和运动受力参数，使用户达到最满意的效果。在我厂近年所开发吊具参数化计算机辅助设计系统中，对夹钳夹紧力计算均采用了公式计算，以下是该计算公式的推导：

进行判别，最后完成夹紧力的效核计算。如果效核通不过，则可分析（16）式，可知有两个方面加以改进：一是改变夹钳钳口的材料及形状即增大摩擦系数来增加夹持力，这一点在实际操作中条件是有限的。二是改变机构的几何尺寸。如果是通过第二方面来改变夹钳机构的几何尺寸来增加夹持力，可从（16）式分析得知：可改变的项有两项，（1）杆长比L2/L4，（2）角度α， （3） 对于杆长L1、L6，它受机构行程及整个结构的制约，在夹取物板坯尺寸参数确定下来以后，L6尺寸就基本确定下来，变化值已不大了，杆长L1基本上受杆长L2及角度α确定而确定 ，变化值也不大，角度α由于机构结构的制约，变化值范围值较小，所以调整量不大，所以可以改变项实际上只有L2/L4。因此，如夹紧力效核通不过，可以增加L2或减少L4，但值得注意的是增加L2会增加整个夹钳的高度方向，并且使起重机有效起升高度减少，同时也增加了夹钳的宽度，而减少了L4，则会减少夹钳的开口度，并且使夹持有效高度减少。并且单某一参数改变时，必需根据整个机构各杆间的相互制约关系进行调整，例如增加L2，则应同时按比例增加L1和适当调整角度，这样才能保正机构运动完整合理。

综上所述，夹钳夹紧力校核框图如2图所示。

在实际操作中运用此方法，可起到事半功倍的效果，例如2003年初我公司冷轧进两台21 T内外夹钳，除其他技术参数外，特别强调了夹钳的开口度和整个夹钳的宽度，而且工期紧，设计周期仅有7 d时间，运用已上公式法，通过计算机优化计算，确定各部杆件最佳位置，保证整个机构运转灵活，同步，并且不发生干涉，同时在保证足够夹持力的情况下满足用户提出的特别要求。设备制作好到现场使用后，深得用户满意和好评。

结论：（1）摩擦式夹钳夹紧力计算公式化不仅为夹钳设计提供了理论依据，而且使整个夹钳的运动轨迹更直观、明了，使吊具参数化设计更直观、更简捷。 （2）公式化用于夹钳设计中，对各种新型特殊功能吊具的设计可以提供有力的理论指导。

参考文献

[1] 胡守信.理论力学.高等教育出版社，1986.

[2]（苏）A.A.偌依松.取物装.上海科学技术文献出版社，1986.