機床鋼制拉罩的同步鉸鏈及導向銅條的設計

高志棠 李 航

（沈陽機床集團成套設備有限責任公司，遼寧 沈陽 110142）

機床導軌的傳統防護拉罩運動時經常脫節，給機床的可靠性帶來不便。為解決存在的問題，給鋼制拉罩增設導向銅條和同步鉸鏈結構，從而保證了數控機床移動部件的正常高速運行。

1 結構分析與參數命名及說明

1.1 結構分析

根據e≠f（e ＜f 或e ＞f）得出拉罩相應層板寬aN存在等差關系，而且各相應動層板的相對行程SN+1也存在等差關系［1］。因而，在考慮設計同步鉸鏈時，也要對應按等差節距鉸鏈匹配。等差節距鉸鏈的結構如圖1 和圖2 所示。其組成是由鉸鏈臂、動支點、固定支點、鉸鏈銷軸、墊圈、鎖緊螺母等構成。

1.2 參數定義

1.2.1 結構參數

f1，f2，f3……fn-1為對應于拉罩動層板的同步鉸鏈壓縮節距（mm）：按式（5）或（6）得出；

fmin為壓縮節距中的最小壓縮節距，當e ＜f 時，fn-1=fmin；e ＞f 時，f1=fmin，fmin由設計者按式（2）給出；

P1，P2，P3，…，Pn-1為對應于拉罩動層板的同步鉸鏈展開節距（mm）：按式（7）和（8）得出；

α 為鉸鏈桿半張角（°）：一般α=20°～45°。經試驗：α≤15°時，發生自鎖；

θ 為鉸鏈桿半收縮角（°）：一般3.5°≤θ≤6.5°，也可適當放寬。它用來限制鉸鏈桿壓縮后的傾斜程度；

W 為鉸鏈桿寬度（mm）：一般W=20，25，30，35，40 mm。

ξ1，ξ2，ξ3，…，ξn-1為對應于拉罩動層板的同步鉸鏈間隙（mm）：計算中僅確定出ξmin即可。

ξmin為同步鉸鏈桿間隙中最小的間隙：在e ＜f 時，ξmin=ξn-1；在e ＞f 時，ξmin=ξ1，ξmin=1.5，2，2.5 mm。由設計者給出。

j0，j1，j2，…，jn-1為對應于拉罩層板的鉸鏈桿端孔距（mm），亦稱理論桿長，其中j0和jn-1為半桿長：由式（11）算出。

J0，J1，J2，…，Jn-1為對應于拉罩動層板的鉸鏈半桿長（mm）：j0=J0，j1=J0+J1，j2=J1+J2，…，jn-1=Jn-1；

△為壓縮節距差（mm）：因壓縮節距存在等差關系，故有壓縮節距差；

△p 為展開節距差（mm）：因展開節距存在等差關系，故有展開節距差；

△J 為鉸鏈桿半桿差（mm）：因鉸鏈桿半桿長也存在等差關系，故有鉸鏈桿半桿差。

其余參數定義見文獻［1］。

2 參數計算

已知：基本參數W，ξmin，b，e，f，α，θ；間接參數S2，S3，…，Sn-1，Sn-2，a1，n，N.

注意：e ＜f 時，fmin在末節；e ＞f 時，fmin在首節。此式由式（2）而來。

當θ 很小時（圖3），cosθ≈1，且取ξmin=ξ′min。

說明：

（1）在式（3）和（4）中，拉罩層板的行程差參與了計算，從而為拉罩與同步鉸鏈實現匹配形成了內在的聯系。

（2）當e ＜f 時，Sn＜Sn-1，相應拉罩動向層板的相對行程存在等差關系，并隨層序數的增大而減小。

（3）當e ＞f，時，S3＞S2，相應拉罩動向層板的相對行程存在等差關系，并隨層序數的增大而增大。

（4）從式（9）可以看出，當e=f 時，對應于拉罩動層板的鉸鏈半桿長成為定長。相應拉罩動向層板寬度及相對行程分別存在相等關系，這種情況下稱為等寬拉罩，相應的可以配置等節距鉸鏈。

3 同步鉸鏈的安裝及布局形式

3.1 同步鉸鏈的支點安裝

同步鉸鏈桿長計算出來以后，即參數W，f1，f2，f3，…，fn-1，j0，j1，j2，…，jn-1全部確定后，最后還要確定鉸鏈孔的大小，決定所選取的鉸鏈軸大小，一般鉸鏈軸的直徑從小到大取6，8，10，12 mm 等幾種規格。最后將組裝好的鉸鏈安裝到對應的鋼制拉罩板的筋板上，連接結構見圖3。連接到拉罩筋板上的支點是同步鉸鏈的中線支點，如圖中的A1、A2、A3、……An等。拉罩筋板上有對應的安裝孔，安裝時采用防松螺母。同步鉸鏈的支點與對應拉罩筋板支點的形式見圖4。

3.2 同步鉸鏈的幾種布局形式

由于拉罩的運動速度、拉罩尺度、行程、層數和安裝空間條件等因素，因而需要不同布局的鉸鏈形式。一般低速運動的小尺寸拉罩要求較低，匹配單排鉸鏈即可。對于大尺度的鉸鏈就需要配備雙排或三排同步鉸鏈。有時受層數和安裝空間限制，需要安排雙節距同步鉸鏈（見圖5）。各種不同的鉸鏈布局形式見圖6所示。

4 導向銅條的結構

導向銅條是防止拉罩運行過程中脫節的一種結構，分單向限制和雙向限制兩種，銅條材料為H62。設計時要留好間隙，基本結構見圖7。

5 設計時應注意的問題

如果有時要采用雙節距鉸鏈，首先按單節距鉸鏈計算，然后再按桿長系數1/2 換算成雙節距鉸鏈（圖6），但壓縮節距增加了一倍，為了滿足行程，適當加長換算后的桿長，并將固定支點位置按新的壓縮節距設置。

6 結語

等差節距鉸鏈能最大限度地利用每層拉罩板的行程，而等差拉罩也可以配置等節距鉸鏈，但行程有所損失。

［1］高志棠，李航.數控機床鋼制拉罩的精確設計［J］.制造技術與機床，2010（8）.