CN1104999C

CN1104999C - 夹紧装置

Info

Publication number: CN1104999C
Application number: CN00108134A
Authority: CN
Inventors: 高桥一義
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: CN1271640A

Abstract

本发明涉及一种夹紧装置，包括：一用于在一架体(12)的轴向移动设置在架体(12)中的一杆件(32)的缸体单元(14)，以及一用于与杆件(32)相连的连板(72)，夹紧装置还包括一将杆件(32)的直线运动转变为转动的肘接连接机构(64)，一根据缸体单元(14)的驱动作用转动一预定角度的臂杆(20)，以及一由架体(12)支撑的导向辊子(79)，导向辊子(79)可以转动同时与连板(72)的一弧形面(81)接触。

Description

夹紧装置

技术领域

本发明涉及一种夹紧装置，此装置能通过使用一响应于一驱动机构的驱动作而能转动一预定角度的臂杆而夹紧一工件。

背景技术

目前应用的夹紧缸例如是为了当要焊接汽车的一构件时夹紧此构件。这样一种夹紧缸例如在美国专利No.4,458,889中公开。

在美国专利No.4,458,889中公开的夹紧缸在图22和23中示出。一活塞杆2设置成可在一对可分开的架体1a、1b之间来回移动。一联结件3连在活塞杆2的一端上。一对连杆5a、5b和一对辊子6a、6b借助于一第一轴4分别可转动地连在联结件3的两侧上。可转动一预定角度的一臂8由一第二轴7连在此对连杆5a、5b之间。

在此设置中，此对辊子6a、6b设置成借助于多个安装在一孔中的针9a可转动。活塞杆2设置成根据沿分别形成在架体1a、1b上的轨道槽9b滑动的辊子6a、6b的导向作用与辊子6a、6b整体移动。

但是，在美国专利No.4,458,889中公开的夹紧缸涉及常规技术，它具有以下缺点。即当一未示出的工件由臂8夹紧时，夹紧力由于臂杆8转角的改变而减小。

在上述夹紧缸的情况下，由工件被臂杆8夹紧时产生的反作用力施加到第一轴4上。因此，必须在设计第一轴4的直径时考虑例如表面压力和强度。结果，会产生第一轴4的直径增大的缺点。

此外，在设计辊子6a、6b的壁厚和直径时必须沿轨道槽9b滑动的此对辊子6a、6b的表面压力和强度。结果，会产生以下缺点。即此对辊子6a、6b的形状变大，因而架体1a、1b的尺寸也增大。

发明内容

本发明一个总的目的是提供一种夹紧装置，它可以在当工件夹紧时甚至臂杆的转角变化时也能保持基本恒定的夹紧力。

本发明的一个主要目的是提供一种夹紧装置，它可以通过使用一导向辊子吸收夹紧时产生的反作用力来减小一钩销的直径。

本发明另一个目的是提供一种可以实现较小尺寸的架体的夹紧装置。

一种夹紧装置，包括：

一架体；

一用于在所述架体的轴向移动设置在所述架体内的一杆件的驱动机构；

一包括与所述杆件相连的一连接件，用于将所述杆件的直线运动转变为转动的肘接连接机构；

一与所述肘接连接机构相连、根据所述驱动机构的一驱动作用转动一预定角的臂杆；

一个在一个位置上由所述架体支撑的转动件，使得当所述连接件受到所述杆件的作用而运动时，所述连接件被促使与所述转动件接触，在与所述连接件接触时所述转动件可以转动。

附图说明

通过结合附图从以下的说明中可以更清楚地理解本发明的以上和其他的目的、特征和优点，在附图中以示例性方式示出本发明的一个优选实施例。

图1是示出本发明一实施例的夹紧装置的立体图；

图2是示出一盖件从夹紧装置的一架体上分离的一状态的立体图；

图3是沿图1中III-III线的一纵向剖视图；

图4是沿图3中IV-IV线的一横剖图；

图5是示出构造夹紧装置的架体的一分解立体图；

图6是示出一导向辊子变化例如一局部横剖图；

图7是沿图6中VII-VII线的一横剖图；

图8是当一臂杆处于一初始位置上的工作状态；

图9示出了一工作状态，其中一杆件从初始位置向上移动，而一连板的一弧面与导向辊子接触。

图10示出当工件被夹紧的工作状态；

图11示出一局部放大图，其中示出在传统技术的夹紧缸中传递反作用力的一路线；

图12示出一局部放大图，其中示出本发明实施例的夹紧缸中反作用力传递的一路线；

图13示出传统技术的夹紧缸中作用力点上形成的一角度；

图14示出一状态，其中臂杆从图13所示的状态移动一θ角；

图15示出本发明夹紧装置中的作用力点上形成的一角度；

图16示出一状态，其中臂杆从图15所示的状态中移动一θ角；

图17示出臂杆的转角θ和夹紧力之间的关系；

图18示出在臂杆相对于水平轴线转动一θ₃角的状态中连板弧面和导向辊子之间的接触点；

图19示出在臂杆相对于水平轴线转动一θ₄角的状态中连板弧面和导向辊子之间的接触点；

图20示出在臂杆基本处于水平位置中的状态中连板弧面和导向辊子之间的接触点；

图21示出本发明另一个实施例的一夹紧装置的一局部纵向剖视图；

图22是示出常规技术的夹紧缸的主要部件的一分解立体图；

图23示出图22中所示的夹紧缸的局部剖视侧视图。

具体实施方式

参见图1，附图标记10表示本发明一实施例的夹紧装置。夹紧装置10包括一具有一扁平结构的架体12，一以密闭方式连在架体12下端的缸体单元(驱动机构)14，以及一连在一矩形轴承部18上的臂杆20，其中轴承部通过一对穿过架体12形成的基本为圆形的开口16a、16b(见图5)伸出外面。

缸体单元14包括一具有形成在其上表面上的未示出的椭圆凹槽的底座24，以及一由具有椭圆横截面的缸体形成的缸体管26，其中缸体的第一端以密闭方式连在底座24的凹槽中，而其第二端以密闭方式连在架体12的底面上。

如图3所示，缸体单元14还包括一装在缸体管26中并沿一缸体腔28往复运动的活塞30，一连在活塞30中部并可与活塞整体一同移动的杆件32，以及一设在活塞30和杆件32之间的连接部上并由一孔装在杆件32外面的环形挡圈33。挡圈33由金属材料如铝制成。挡圈33紧靠在一凸块50的壁面上，在活塞30位移的终端位置形成缸体腔28的上部，并从而起调节活塞30的位移量的一止挡件的作用。或者，活塞30和挡圈33整体形成为一个单元。

如图3所示，一耐磨环34和一活塞密封件36分别装在活塞30的外周面上。未示出的连接孔通过底座24的四个角部。底座24和缸体管26以密闭方式借助于穿过连接孔的四个轴40装在架体12中(见图1和图2)。成对的压力流体入口/出口42a、42b、44a、44b用来分别相对于缸体腔28导入和排出压力流体(例如压缩空气)，这些压力流体入口/出口互相相对地分别形成在架体12和底座24中。

当夹紧装置10实际使用时，未示出的法兰盖拧入任何一对压力流体入口/出口42a、44a(42b，44b)中。这样，夹紧装置10在一对压力流体入口/出口42a，44a(42b，44b)之一关闭的一状态中使用。

如图5所示，架体12包括一第一盖板46和一第二盖板48，它们不对称并以集成的方式组装。一凸块50在基本水平方向中伸出一预定长度并起一杆盖的作用，凸块50以集成方式形成在第一盖板46的下端上。第二盖板48同第一盖板46相比在纵向具有缩短了一个凸块50的厚度的尺寸，如图5所示，在此设置中，架体12可以通过从第一盖板46取下第二盖板48而方便地拆开，而无需拆开缸体单元14。

如图5所示，一腔室54由分别为第一盖板46和第二盖板48形成的凹槽52a、52b形成在架体12中(在图中略去凹槽52b，因为它具有与凹槽52a相同的结构)。杆件32的自由端设置成面对腔室54。在此设置中，杆件32借助于导向槽58被直线往复导向。导向槽58分别形成在第一盖板46和第二盖板48的各自的内壁面上，并且一肘接块56可在导向槽58上滑动，这在下面描述。一杆密封件60(见图3)围绕杆件32的外周面，杆密封件60设在形成于凸块50中的一通孔中。

如图5所示，一借助于肘接62用于将杆件32的直线运动转变为臂杆20的转动的肘接连杆机构64设置在杆件32的第一端上。肘接62包括一肘接块56和一肘接销70，肘接块具有一带有分支的叉形部，分支分开一预定的间隔距离并彼此基本平行分开，肘接销70可转动地连接在形成在叉形部中的一孔中。

如图5所示，一具有T形横截面的槽68形成在肘接块56的一底面部上基本在水平方向延伸，杆件32的一盘形凸台66与槽68配合。在此设置中，在槽68和与杆件32一体形成的凸台66之间以及在肘接块56和导向槽58之间形成预定的间隙。肘接块56设置成可以沿槽68基本水平移动。这样，可以防止杆件32在横向传递任何载荷。换句话说，例如当工件被夹紧时，通过对肘接块56提供自由度，则例如没有横向载荷施加到杆件32和杆密封件60上，而且杆件32的冲程可以被有效地传递给肘接连杆机构64。

如图5所示，肘接连杆机构64包括一借助于肘接销70连在肘接62的叉形部上的连板(连杆件)72，以及一由分别穿过第一盖板46和第二盖板48形成的成对的基本为圆形的开口16a、16b可转动支撑的支撑杆74。

连板72可以插在肘接62和支撑杆74之间，并且可以连接肘接62和支撑杆74。具体地，连板72设有一对彼此分开预定间隔距离的孔76a、76b。连板72由肘接62连在杆件32的自由端上，而肘接销70可转动地连在第一孔76a上。连板72由可转动地连在第二孔76b上的一连接销78连在支撑杆74的叉形部上。如下所述的与一导向辊子(转动装置)79接触一弧形面81形成在设在第一孔76a附近的连板72的一第一端上。

如图5所示，支撑杆74包括一设有可转动地连接连接销78的孔的叉形部，在基本垂直于杆件32轴线的方向中伸出并具有通过开口16b从架体12外面可看见的一矩形横截面的轴承部18，一对分别设在夹在其间的叉形部附近并分别装在架体12的基本为圆形的开口16a、16b上的圆周部80a、80b，以及一对分别在横向从圆周部80a、80b略微伸出并通过开口16a/16b露出架体12的圆弧形突台82a、82b。用于夹紧未示出的工件的臂杆20可拆卸地装在轴承部18上。

支撑杆74设置成可以与臂杆20一起整体转动。形成在支撑杆74上的圆弧形突台82a、82b紧靠在固定在架体12上的板84a、84b上。因此，圆弧形突台82a、82b起阻止臂杆20转动的阻挡件的作用。

杆件32的直线运动由肘接62和连板72传递到支撑杆74上。支撑杆74设置成可以绕由通过架体12形成的此对开口16a、16b支撑的圆周部80a、80b的转动中心转动一预定的角度。

如图5所示，椭圆槽86分别形成在构成架体12的第一盖板46和第二盖板48的侧面上。槽86由一对盖件88a、88b关闭。盖件88a、88b借助于螺栓件89可拆卸地安装。在此设置中，支撑板74的轴承部18设置成通过一形成在盖件88b的基本中心部的基本为圆形的开口90露在外面。

可以紧靠支撑杆74的圆弧形突台82a、82b以阻止臂杆20转动的板84a、84b借助于螺栓件92可拆卸地固定在槽86的臂面上。

如图5所示，板84b(84a)具有一可以紧靠圆弧形突台82b(82a)的一第一端面94的第一紧靠面96，以及一可以紧靠圆弧形突台82b(82a)的一第二端面98的第二紧靠面100。围绕支撑杆74的一弧形面102形成在第一紧靠面96和第二紧靠面100之间。支撑杆74的第一端面94和第二端面98形成为可以彼此隔开一约90°的角。当然第一端面94和第二端面98的分隔角不限于90°的角。

在此设置中，此对板84a、84b可以通过分别从架体12上拆下此对盖件88a、88b并松开螺栓件92而方便地与其他板互换(如下所述)。当分别从架体12拆卸此对盖件88a、88b时，形成在支撑杆74上的圆弧形突台82b(82a)的第一端面94和第二端面98如图2所示露在外面(但未示出第一端面94)。

如图5所示，具有一圆弧形横截面的槽106分别形成在构成架体12的第一盖板46和第二盖板48的内壁面的上侧部上。通过与连板72的弧形面81接触而转动一预定角的导向辊子79设在槽106中。可转动地支撑导向辊子79的销轴件110安装在第一盖板46和第二盖板48上的孔108上。多个滚针轴承112在圆周方向中安装在导向辊子79的一通孔中。导向辊子79设置成可以根据滚针轴承112的滚动作用进行平滑的转动。

或者，如图6或7所示可以提供另一种设置。即一销轴件114可以设置成与连板72的弧形面81进行直接接触。销轴件114的两端都分别可转动地由多个安装在盖件116a、116b上的长度较短的滚针轴承118支撑。

如图5所示，由矩形槽组成并在竖直方向中延伸的此对导向槽58在第一盖板46和第二盖板48的内壁面上相对装置。肘接块56夹在此对导向槽58之间。肘接块56设置成根据导向槽58的导向作用可以在竖直方向滑动。

本发明此实施例的夹紧装置10基本如上所述构成。下面介绍其工作方式和功能。

首先，夹紧装置10由一未示出的固定装置固定在一预定位置。连管如未示出的管件的第一端分别连在所述一对压力流体入口/出口42a、44a(42b，44b)上。连管的第二端连在一未示出的压力流体供应源上。图8示出处于未夹紧状态的夹紧装置10，而图10示出处于夹紧状态的夹紧装置10，在以下的描述中认为图8中未夹紧的状态代表初始位置。

在进行完以上准备工作后，未示出的压力供给源在如图8所示的初始位置中供能，以将压力流体(例如压缩空气)从第一压力流体入口/出口44a导入设置在活塞30下侧的缸体腔28中。活塞30根据被导入缸体腔28中的压缩流体受到压缩。活塞30沿缸体腔28向上移动。

活塞30的直线运动由杆件32和肘接62被传递到肘接连杆机构64，并根据构成肘接连杆机构64的支撑杆74的转动作用被转变为臂杆20的转动。

也就是说，活塞30的直线运动(向上的运动)使得力可以作用成连板72和与活塞杆32的自由端配合的肘接62在向上的方向中受压缩。由于施加在连板72上的压缩力，连板72绕肘接销70的支撑点转动一预定角度，而且支撑杆74根据连板72的连接作用在箭头A方向中转动。

因此，臂杆20绕支撑杆74的轴承部18的支撑点在箭头B方向中转动一预定角。相应地，圆弧形突台82b(82a)与支撑杆74一起整体转动此预定角。

在臂杆20如上所述在箭头B方向中转动时，如图9所示连板72的弧形面81与导向辊子79接触。导向辊子79绕销轴件110的中心转动，同时保持与弧形面81接触的状态。

臂杆20进一步转动，而圆弧形突台82b(82a)的第一端面94紧靠固定在架体12上的板84b(84a)的第一紧靠面96上，如图10所示。相应的，臂杆阻止转动作用。结果，确定了夹紧状态，其中工件由臂杆20夹紧。

在臂杆20阻止转动作用而确定夹紧状态后，活塞30和杆件32进一步略向上移动。挡圈33紧靠凸块50的壁面。相应地，活塞30和杆件32停止而给定移动的终端位置(见图3)。

另一方面，当压力流体在图3所示的状态中根据一未示出的转换阀的转向作用供给压力流体入口/出口42a时，活塞30向下移动。此外，支撑杆74借助于连板72根据杆件32的向下运动作用在与上述方向相反的方向中转动。相应地，臂杆20在一方向中转动与工件分开。

在臂杆20在此方向中转动以与工件分开的过程中，圆弧形突台82b(82a)的第二端面紧靠固定在架体12上的板84b(84a)的第二紧靠面100。相应地，臂杆20阻止转动作用。结果，夹紧装置10恢复到如图8所示的初始位置。

接下来，针对其中当工件夹紧时相应于夹紧力产生的反作用力与要与其平衡的力平衡的情况进行描述。

在涉及常规技术的夹紧缸的情况下，如图11所示，当工件夹紧时，在与夹紧力相反的方向中产生反作用力。反作用力由臂杆8传递给第二轴7，并进一步由连杆5a、5b传递给可转动地由第一轴4支撑的成对的辊子6a、6b，以与要与反作用力平衡的力平衡。因此，在常规技术的夹紧缸的情况下，相应于反作用力的力施加到可转动地支撑此对辊子6a、6b的第一轴4上。为此，必须将第一轴设计成具有较大直径。

相反，在本发明的实施例情况下，如图12所示，反作用力由臂杆20传递给连接销轴78，并进一步传递给与连板72的弧形面81接触的导向辊子79。在此设置中，导向辊子79由安装在第一盖板46和第二盖板48的孔108中的销轴件110可转动地支撑。传递给导向辊子79的反作用力施加到它装在第一和第二盖板46、48上的销轴件110上。

因此，本发明的实施例设计成相应于反作用力的力根本不会施加到肘接销70上。相应地，可以减小肘接销70的直径。此外，可以改进肘接块56和连板72之间连接部的承受能力。

在常规技术中，必须考虑到在轨道槽96上滑动的此对辊子6a、6b的表面压力和强度来设计辊子6a、6b的宽度和直径。相反，在本发明的实施例中，不需要进行这种设计，因此可以实现较小尺寸的架体12。

接下来，介绍当工件夹紧时形成在作用力点上的角度。

在常规技术的夹紧缸中，θ₁表示在工件基本在水平状态下由臂杆8夹紧的状态中在作用力点上形成的角度(见图13)，而θ₂表示在夹紧过程中当臂杆8的角度顺时针方向改变一θ角时作用力点上形成的角度(见图14)。通过在图13和14之间比较清楚可见，在常规技术情况下，当在工件夹紧过程中臂杆8的转角改变时，形成在作用力点上的角度(θ₁，θ₂)大大改变。

相反，在本发明的实施例中，甚至当在工件夹紧时臂杆20的转角从在工件由臂杆20基本在水平状态下夹紧的状态中(见图15)的作用力点上形成的θ₁角改变为θ₂角(见图16)时仍基本恒定。

由此，从图17也可以清楚理解，甚至在当臂杆20的转角增大时本发明实施例的夹紧力仍基本恒定(实线)。相反，常规技术(虚线)的缺点在于在当臂杆8的转角增大时夹紧力很快减小。

因此，本发明的实施例具有以下效果。即甚至当此装置设置成工件由臂杆20在取决于例如使用者的使用工况的一所需的转角下夹紧时，仍可以得到一基本恒定的夹紧力。

此外，在本发明的实施例中，调节活塞30位移的终端位置的挡圈33在缸体单元14的内侧设置在杆件32和活塞30之间的连接部上。相应地，可以通过简单的结构可靠地避免侵入顶部死中心点(死点)。

接下来，参照图18至20介绍其中连板72的弧形面81和导向辊子79之间的接触部保持在一与臂杆20的转角无关的一基本恒定的位置下的设置。

图18示出一个其中臂杆20从未夹紧的初始位置转动以在相对于水平轴线的一θ₃角夹紧工件的状态。图19示出一个其中臂杆20从图18所示的状态进一步转动以在相对于水平轴线的一θ₄角夹紧工件的状态。图20示出一个其中臂杆20在基本为水平状态中夹紧工件的状态。

在图18至20所示的设置中，起一接触位置保持机构作用的一长孔119形成在连板72中，这样肘接销70与长孔119配合。长孔119形成在板72中可以放松肘接销70。相应地，形成在连板72上的导向辊子79和弧形面81之间的接触部保持在一基本恒定的位置中，而不论臂杆20的角度如何。

肘接销70的自由度得到保证，而且肘接销70的中心点可以设在杆件32的轴线T的延长线上。结果，可以有效保持杆件32的线性精确度，而且可以改进缸体单元14的耐用度。

弧形面81和导向辊子79之间的接触部实际取决于线-线接触。但在圆18至20中，为表达方便起见，接触部用接触点P表示。接触点P的位置由X坐标和Y坐标(X，Y)表示，其中假设臂杆20的转动中心为原点O。

从图18至20中可以清楚地理解，甚至当臂杆20的转角改变时，导向辊子和连板72的弧形面81之间的接触点P也总是相同的，而且总是处于恒定位置(X，Y)。因此，可以获得进一步的线性夹紧特性，这样通过保持在恒定的位置—导向辊子79和连板72的弧形面81之间的接触点P处，夹紧力基本恒定而与臂杆20的转角变化无关，以避免在连杆72和导向辊子79之间的接触部上产生任何磨损。

在图18至20中，直角坐标系的原点O设在臂杆20的转动中心上。但是，当然也可以用导向辊子79的转动中心做为原点O。

下面，在图21中示出本发明另一实施例的一夹紧装置120。与图3中所示的夹紧装置10的相同的构件用相同的附图标记表示，在此就不详述。

夹紧装置120具有以下特征。即，一突台126在与设有一杆件122的一活塞124相对一侧同轴连在活塞24上。一锁紧机构132设置成通过使用与突台126的一环形槽128配合的一对球130a、130b而锁住活塞124。

锁紧机构132具有一对根据弹簧件134a、134b的弹性力向环形槽128挤压球130a、130b的挤压件136a、136b，并且它起将臂杆20保持在初始位置的作用。设置锁紧机构132具有以下优点。即，甚至当通过从缸体腔28中排出压力流体使活塞124可以处于一自由状态时，活塞124都处于锁紧状态，而且可以防止其移动。因此，臂杆20的转动可以被避免，而且臂杆20可以被锁在初始位置。

在本发明的实施例中，缸体被用做驱动机构。但并不限于此。而且最好通过使用例如一未示出的线性致动件或一电机而使杆件32移动。

Claims

1.一种夹紧装置，包括：

一架体(12)；

一用于在所述架体(12)的轴向移动设置在所述架体(12)内的一杆件(32)的驱动机构(14)；

一包括与所述杆件(32)相连的一连接件(72)，用于将所述杆件(32)的直线运动转变为转动的肘接连接机构(64)；

一与所述肘接连接机构(64)相连、根据所述驱动机构(14)的一驱动作用转动一预定角的臂杆(20)；

一个在一个位置上由所述架体(12)支撑的转动件(79，114)，使得当所述连接件(72)受到所述杆件(32)的作用而运动时，所述连接件(72)被促使与所述转动件(79、114)接触，在与所述连接件(72)接触时所述转动件(79，114)可以转动。

2.如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，所述转动件包括一由一安装在所述架体(12)上的销轴件(110)可转动地支撑的导向辊子(79)。

3.如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，所述转动件包括借助于一轴承件(116a，116b，118)可转动地设置的销轴件(114)。

4.如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，所述驱动机构包括至少一个缸体。

5.如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，在所述连接件(72)的一端形成一个具有有着预定曲率半径的一圆弧形横截面用于与所述转动件(79，114)接触的弧形面(81)。

6.如权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，还包括一个接触位置保持机构，该机构用于将所述连接件(72)和所述转动件(79，114)之间的一接触部保持在一基本恒定位置上，而与所述臂杆(20)的转角无关。

7.如权利要求6所述的夹紧装置，其特征在于，所述接触位置保持机构包括一形成在所述连接件(72)中用于与设置在所述杆件(32)一端侧上的一肘接销(70)配合的长孔(119)。