CN106567874A - 一种用于随机位置锁紧的锁紧装置及其最小受力确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于随机位置锁紧的锁紧装置及其最小受力确定方法，属于锁紧装置技术领域，提供了一种结构简单，设计合理，利用偏心轮驱动弹性片实现在任意位置进行锁紧,并及时解锁，可实现循环工作，锁紧可靠的锁紧机构及其最小受力确定方法，所采用的技术方案为包括固定的中空锁体及滑动设置在中空锁体内的活塞以及套装在活塞杆上的运动体，所述活塞的上设置有弹性片及用于驱动弹性片的偏心轮，所述弹性片上设置有楔紧块，所述楔紧块设置在弹性片与中空锁体内壁之间，所述偏心轮转动，顶起弹性片卡在楔紧块上；本发明广泛用于复杂运动下的锁紧机构。

Description

一种用于随机位置锁紧的锁紧装置及其最小受力确定方法

技术领域

本发明涉及一种用于随机位置锁紧的锁紧装置及其最小受力确定方法，属于锁紧装置技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，各个领域也不断地进行着创新发展，追求高效、快速、简捷、环保的发展理念。创新发展是无处不在的，如机械结构中的锁紧装置就是个很好的例子。锁紧装置在各类机械结构中应用较多，如航天航空、矿山机械、建筑机械、车辆工程等领域。但目前多数锁紧装置仅能在固定位置单一运动方式下进行锁紧，例如，套筒式锁紧、卡环式锁紧、内涨式锁紧、锥面-碟簧式锁紧等机构。虽然在任意位置锁紧装置已有初步成果，但其缺点也显而易见，不能满足具有复杂相对运动情况下运动物体的锁紧要求。

目前，常见的可以在任意位置实现自锁紧的装置中，现有的成熟技术以电磁锁紧和液压锁紧两类为主流。电磁锁紧利用电磁原理设计，尽管其节能环保，安装简单，使用便捷，但其产生磁力的时间响应控制达不到毫秒级的要求；液压锁紧虽可实现在短时间内锁紧并解锁，但液压油容易被污染物灰尘侵入，可靠性不能保证，液压油由于温度变化亦会影响其精度，各种油路的布置使得其要比纯机械式锁紧机构的结构要复杂的多，而且成本很高。

发明内容

为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种结构简单，设计合理，利用偏心轮驱动弹性片实现在任意位置进行锁紧,并及时解锁，可实现循环工作，锁紧可靠的锁紧机构。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种用于随机位置锁紧的锁紧装置,包括固定的中空锁体及滑动设置在中空锁体内的活塞以及套装在活塞杆上的运动体，所述活塞的上设置有弹性片及用于驱动弹性片的偏心轮，所述弹性片上设置有楔紧块，所述楔紧块设置在弹性片与中空锁体内壁之间，所述偏心轮转动，顶起弹性片卡在楔紧块上。

优选的，所述活塞内安装有偏心轮，弹性片设置在活塞的外壁上，且偏心轮与弹性片相接触，所述偏心轮上设置有拉杆，所述拉杆一端铰接在偏心轮上，另一端铰接在运动体上，所述活塞和运动体之间固定有复位弹簧。

一种用于随机位置锁紧的最小受力确定方法，按照以下步骤进行，

在锁紧过程中，运动体的速度为v_B，活塞运动的速度为ν_A,运动体向右运动带动拉杆顺时针转动，活塞向左运动，同时凸轮做逆时针转动；假设拉杆的角速度为ω₀,凸轮的角速度为ω，凸轮推程运动角为Φ，行程为h：即：从动件弹性片的运动方程，

其中s为从动件弹性片的行程；ν为弹性片的速度；a为弹性片的加速度；

由锁紧装置的运动结构分析可知，凸轮的行程等于从动件弹性片的升程，即h＝s；

凸轮逆时针转动，顶起弹性片到最高点，活塞向右运动直到被卡紧；

楔块的受力分析如下：

f＞F_合2

F_N＝F_合1

F_合1＝(G+F′)cos6°

F_合2＝(G+F′)sin6° (7)

设从动件弹性片的加速度为a,则F′＝ma；

其中，f为楔块受到的摩擦力；F_合2为弹性片和活塞施加给楔块向前的合力；F_合1为楔块重力和反作用力的合力；F_N为弹性片施加的压力；G为楔块的重力；

根据动力学分析，设计要求在机构锁紧以及解锁时拉杆所受的拉力最小，这样可以减小运动体对其他装置的影响，由上式可以确定满足锁紧要求的最小力。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明结构简单，制造方便，结构简单制造方便，成本大大降低，大大提高了，能够实现在四种相对运动的复杂情况下，识别其中一种运动并对其锁紧实现锁紧功能，相比现有的摩擦式锁紧机构，可以满足复杂运动物体间的锁紧要求，不仅仅局限于单一运动或者两种相对运动，同时也满足在随机位置上实现自锁及其解锁的快速性和准确性。并且还可以在设定范围内及时解锁，实现锁紧、解锁的循环动作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中锁紧楔块的受力分析情况示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种用于随机位置锁紧的锁紧装置及其最小受力确定方法,包括固定的中空锁体1及滑动设置在中空锁体内的活塞2以及套装在活塞杆9上的运动体3，活塞2的上设置有弹性片5及用于驱动弹性片的偏心轮6，弹性片5上设置有楔紧块4，楔紧块4设置在弹性片5与中空锁体1内壁之间，偏心轮6转动，顶起弹性片5卡在楔紧块4上。活塞2内安装有偏心轮6，弹性片5设置在活塞2的外壁上，且偏心轮6与弹性片5相接触，偏心轮6上设置有拉杆7，拉杆7一端铰接在偏心轮6上，另一端铰接在运动体3上，活塞2和运动体3之间固定有复位弹簧8。

本发明中运动部件，锁紧体：锁紧活塞，与锁紧装置放置体固定；楔块：与锁紧体表面、弹性片表面接触，靠斜面及摩擦锁紧；弹性片：活塞上表面带有凹开槽的矩形片，锁紧时为斜面与楔块接触，松开时是楔块的水平滑道；活塞：与活塞杆一起组成整体，相当于运动体；偏心轮：顶起弹性片成为斜面，保证支撑锁紧力，相同升程的弧度用来保证冲量作用脉宽；拉杆：驱动偏心轮转动；活塞复位弹簧：解锁后使活塞复位；活塞杆：与活塞组成整体，相当于运动体。具体的运动规律大致可分为四个阶段，详述如下：

(1)活塞与运动体做相反方向运动——初始运动阶段；即活塞和运动体在外力作用下，促使活塞克服活塞复位弹簧的弹力，做相反方向运动。

(2)活塞与运动体做相同方向的向右运动——活塞复位阶段。活塞速度大于运动体速度；即活塞在复位阶段，由于活塞复位弹簧的拉力作用下，活塞复位的初始速度大于运动体的速度。

(3)活塞与运动体做相同方向的向右运动——活塞与运动体向右运动阶段；即活塞复位结束，活塞与运动体为一体。

(4)活塞与运动体做相同方向向左运动——复进阶段。活塞与运动体做复进运动。

其中活塞与运动体做相反方向运动是判断运动开始的依据，也是该机构的主要设计思路。该锁紧装置的工作循环包括六个阶段：

第0阶段：原始状态，各部件无运动。

第I阶段：初始运动阶段

(1)活塞运动：向左运动；(2)运动体运动：向右运动；(3)偏心轮运动：逆时针转动；在外力作用下活塞和运动体做相反方向运动，活塞与运动体之间的距离越来越大，拉杆拉动偏心轮逆时针转动，依靠升程在一端顶起弹性片，使弹性片成一定角度约6°；(4)楔块运动：楔块随弹性片运动，逐步卡住活塞。相同升程的偏心轮，保证顶起弹性片角度不变，并保持一定时间；活塞与运动体之间的距离越来越大，直至活塞解锁返回。

第II阶段：锁紧阶段

(1)活塞运动：静止；(2)运动体运动：继续向右运动；(3)偏心轮运动：继续逆时针转动，但升程相同，保持弹性片位置不变；(4)楔块运动：静止，卡住活塞。

第III阶段：活塞复位、运动体继续向右运动阶段

(1)活塞运动：在活塞复位弹簧作用下向右运动(速度大于运动体运动速度)；(2)运动体运动：继续向右运动；(3)偏心轮运动：开始做顺时针转动，直到偏心轮升程结束，回到初始位置，同时弹性片逐步恢复到水平位置；4)楔块运动：随弹性片向下转动，逐步解锁；活塞与运动体之间的距离越来越小，直至活塞返回到相对身管的初始位置。

第IV阶段：活塞、运动体共同向右运动阶段

(1)活塞运动：向右运动；(2)运动体运动：继续向右运动(与活塞一起)；(3)偏心轮运动：静止；(4)楔块运动：随活塞一起运动。

第V阶段：活塞、身管共同向左运动阶段

(1)活塞运动：向左运动；(2)身管运动：向左运动(与活塞一起)；(3)偏心轮运动：静止；(4)楔块运动：随活塞一起运动。

第VI阶段：初始运动阶段，返回到第I阶段。

可以减小运动体对其他装置的影响，需要当运动体受力最小，并且还要能够实现快速锁紧，则需要按照以下步骤进行确定，

在锁紧过程中，运动体的速度为v_B，活塞运动的速度为v_A,运动体向右运动带动拉杆顺时针转动，活塞向左运动，同时凸轮做逆时针转动；假设拉杆的角速度为ω₀,凸轮的角速度为ω，凸轮推程运动角为Φ，行程为h：即：从动件弹性片的运动方程，

其中s为从动件弹性片的行程；ν为弹性片的速度；a为弹性片的加速度；

由锁紧装置的运动结构分析可知，凸轮的行程等于从动件弹性片的升程，即h＝s；

凸轮逆时针转动，顶起弹性片到最高点，活塞向右运动直到被卡紧；

楔块的受力分析如图2所示：

f＞F_合2

F_N＝F_合1

F_合1＝(G+F′)cos6°

F_合2＝(G+F′)sin6° (7)

设从动件弹性片的加速度为a,则F′＝ma；

其中，f为楔块受到的摩擦力；F_合2为弹性片和活塞施加给楔块向前的合力；F_合1为楔块重力和反作用力的合力；F_N为弹性片施加的压力；G为楔块的重力；

根据动力学分析，设计要求在机构锁紧以及解锁时拉杆所受的拉力最小，这样可以减小运动体对其他装置的影响，由上式可以确定满足锁紧要求的最小力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。

Claims (3)

1.一种用于随机位置锁紧的锁紧装置,其特征在于：包括固定的中空锁体及滑动设置在中空锁体内的活塞以及套装在活塞杆上的运动体，所述活塞的上设置有弹性片及用于驱动弹性片的偏心轮，所述弹性片上设置有楔紧块，所述楔紧块设置在弹性片与中空锁体内壁之间，所述偏心轮转动，顶起弹性片卡在楔紧块上。

2.根据权利要求1所述的一种用于随机位置锁紧的锁紧装置,其特征在于：所述活塞内安装有偏心轮，弹性片设置在活塞的外壁上，且偏心轮与弹性片相接触，所述偏心轮上设置有拉杆，所述拉杆一端铰接在偏心轮上，另一端铰接在运动体上，所述活塞和运动体之间固定有复位弹簧。

3.一种用于随机位置锁紧的最小受力确定方法，其特征在于：按照以下步骤进行，

在锁紧过程中，运动体的速度为v_B，活塞运动的速度为v_A,运动体向右运动带动拉杆顺时针转动，活塞向左运动，同时凸轮做逆时针转动；假设拉杆的角速度为ω₀,凸轮的角速度为ω，凸轮推程运动角为Φ，行程为h：即：从动件弹性片的运动方程，

其中s为从动件弹性片的行程；v为弹性片的速度；a为弹性片的加速度；

由锁紧装置的运动结构分析可知，凸轮的行程等于从动件弹性片的升程，即h＝s；

凸轮逆时针转动，顶起弹性片到最高点，活塞向右运动直到被卡紧；

楔块的受力分析如下：

f＞F_合2

F_N＝F_合1

F_合1＝(G+F′)cos6°

F_合2＝(G+F′)sin6° (7)

设从动件弹性片的加速度为a,则F′＝ma；

其中，f为楔块受到的摩擦力；F_合2为弹性片和活塞施加给楔块向前的合力；F_合1为楔块重力和反作用力的合力；F_N为弹性片施加的压力；G为楔块的重力；

根据动力学分析，设计要求在机构锁紧以及解锁时拉杆所受的拉力最小，这样可以减小运动体对其他装置的影响，由上式可以确定满足锁紧要求的最小力。