一種多功能可拆配式平動夾鉗的機構設計與實現

王 暉，張濤川

（河源職業技術學院機電工程學院，廣東 河 源 517000）

平常實施數控機床維修過程中，由于數控機床的復雜性，在對零件的拆卸、裝配、維修及調試過程中，需攜帶大量的手持夾鉗、扳手、起子等工具，經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候，鉗口呈V字形張開。對其實施受力分析（如圖2），在夾持的過程中，存在一個向鉗口外的分力，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，成為很多技術人員的需求。本文所闡述的多功能可拆配式平動夾鉗的設計，便是圍繞上述問題而進行的。

1 總體結構方案的確定

1.1 需實現的兩個目的

我們所研究的多功能可拆配式平動夾鉗，其需實現兩個目的：

（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構上使得鉗口的開合實現平行開合，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

確定結構方案為：平動夾鉗機構由一對齒條鉗口、扇形齒鉗柄及夾板組成（如圖4）。當人手作用于鉗把時，鉗把的轉動以主軸為支點，并通過杠桿原理帶動扇形齒輪轉動，扇形齒輪帶動直齒條運動，因鉗口固定于直齒條上面的，從而實現鉗口的平行開合。

圖4 平口夾鉗機構簡圖

（2）作為多功能可拆卸式手用夾鉗，根據手用夾鉗的共同特點，不同之處在于鉗口的不同，若能實施鉗口的快速更換，便可實現一把鉗子的多種功能。

1.2 確定結構方案

（1）為實現該平動夾鉗的多功能性，同時保證拆配的鉗口在工作的時候，能夠穩固不脫落，將平動夾鉗的卡槽，做成容易固定的燕尾槽結構，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）應在直齒條上設計彈簧鎖緊機構。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 各部分機構設計與實現

2.1 平行開合傳動機構設計

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

圖5 平行開合傳動機構

圖6 平行開合傳動機構裝配圖

此時，當右扇形齒輪鉗柄向右張開的時候，其扇形齒輪逆時針方向轉動，帶動左直齒條向左方向移動；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動，就實現了平動夾鉗的張開；與之相反，就實現了平動夾鉗的咬緊。整個過程，與普通手用夾鉗完全一致，符合技術人員的工作習慣。

（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，該夾鉗的直齒條設計為可拆卸結構，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，調節鉗口夾持大小。其可使得開口達到32 mm以上。

相關尺寸數據設計如下：

分度圓直徑：50 mm；

嚙合角：20°；

鉗柄齒數：10；

直齒條最大運動距離：單邊32 mm；

嚙合齒輪厚度：根據普通手持工具受力情況，取其厚度為5 mm。

2.2 鉗口卡槽結構設計

（1）選擇燕尾槽結構（如圖7）。

圖7 燕尾槽與鉗口模塊

主要設計機構及尺寸說明如下：

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

其卡槽大小，為了方便不同鉗口的裝夾，設計傾斜角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。

為保證鉗口工作時候卡槽有足夠受力硬度，選用鋼制材料，后續工藝實施高頻淬火。

（2）采用彈簧定位的結構來限制鉗口滑脫。其由鋼珠柱塞、彈簧、柱塞螺帽、拉環組成，其彈簧定位機構如圖8所示。

圖8 彈簧定位機構

2.3 其他結構設計與改良

（1）根據杠桿增長可省力原理，在平口鉗的手柄底端開設M8螺釘孔，孔深12 mm，該孔可以與任何M8可卸手柄一起使用，增加主動力臂，達到省力的作用（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，手柄上開設卡槽，將扇形齒輪鉗柄卡在其內，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 夾鉗手柄的結構設計與改良

（3）實行可拆配式鉗口的模塊化結構，能夠實現多功能，按照其特點，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，可實現不同功能的轉化。

3 整體結構及設計細節

多功能可拆配式平動夾鉗其整體結構如圖10。

圖10 多功能可拆配式平動夾鉗整體結構

設計細節如下：

（1）所做彈簧定位機構中，鋼珠柱塞的長度應略大于彈簧孔+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，同時使兩直齒條緊密貼合，防止晃動，如圖11中B圖；

（3）做扇形齒輪鉗柄，其結構為上小下大，上面小，可與另一個扇形齒輪鉗柄進行緊密貼合，實現張合動作；下面大，可填滿兩夾板之間的空隙，使用機構更加緊湊，防止晃動。同時，應將旋轉銷釘孔開在厚板處，提高機構的耐用度，如圖11中C圖；

（4）壓板與扇形齒輪鉗柄之間，應注意當扇形齒輪鉗柄進行開合的時候，是否相互干涉，其兩者之間的間隙應大于扇形齒輪鉗柄在最大張開在夾板內所移動的距離，如圖11中D圖。

圖11 多功能可拆配式平動夾鉗細節設計

4 結束語

多功能可拆配式平動夾鉗，采用齒輪齒條傳動的結構設計原理，實現了鉗口的平行鉗合，其優點是實現了夾持力方向、大小的穩定。同時由于實行了快速可拆配鉗口的模塊化結構，能很好很方便地進行鉗口的迅速更換，因此按照其特點，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，其能夠實現非常多的功能。通過對該夾鉗的設計與實現，可以用較小的空間和較低的成本，實現了一整套工具箱的功能，在實際工作過程中，起到了較好的作用，提高了工作效率。

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