基于三維軟件的機用平口鉗虛擬建模

張建琴

（永定縣僑榮職業中專學校，福建龍巖364100）

0 引言

夾具是制造業工藝裝備的重要部分之一，是實現各種零件優質、高效、低耗切削加工而必備的硬件，在國內外正在逐漸形成一個依附于機床業或獨立的小行業［1］。夾具設計的好壞直接影響機加工零部件的精度，文中以平口鉗為設計對象，采用SolidWorks軟件，進行其各個組成零件的三維設計和虛擬裝配，提高了設計效率，為下一步零件加工精度的保證奠定基礎。

1 機用平口鉗的工作原理

平口鉗又稱臺虎鉗，是機械加工和鉗工裝配或維修所必備的輔助工具,同時也是用來夾持工件一種通用夾具具體結構如圖1所示。

鉗座6安裝在機床的工作臺上起機座作用，支承鉗口鐵4、活動鉗口1、螺桿8和方塊螺母7等零件［2］。當用扳手轉動螺桿8時，通過螺旋運動帶動方塊螺母7作左右移動，因為螺旋線有轉動和軸向移動兩種，而螺桿8的左邊用開口銷卡住，使得它只能在固定鉗座的兩圓柱孔中轉動，而不能沿軸向移動螺桿。方塊螺母7通過螺釘2、帶著活動鉗口1和鉗口板2作左右移動，起夾緊或松開工件的作用。

2 機用平口鉗的建模

SolidWorks建模基本思路是根據零件CAD數據，選擇適當基準面建立相應草圖，通過拉伸、旋轉、掃描、放樣等建立基體模型，運用各種切除、異型孔、倒圓和倒角等操作，建立各個零件三維圖。文中主要對平口鉗中形狀比較復雜的零件進行建模：鉗座、活動鉗口和螺桿。建立后的鉗座、活動鉗口和螺桿如圖2所示。

圖1 機用平口鉗

圖2 平口鉗主要零件

3 螺桿的強度計算確定

該平口鉗采用梯形螺紋傳動，螺桿和方塊螺母均采用45鋼，需要傳動100 kN的夾緊力，該鋼的許用切應力為185 MPa，強度極限為370 MPa。螺紋規格為 Tr18×4-7e，查梯形螺紋基本尺寸（GB5796-86），其小徑和中徑計算如表1。

表1 梯形螺紋參數計算mm

平口鉗在夾緊工作狀態下，螺桿螺紋牙受力是最大的部位，在根部發生剪切和擠壓破壞，如圖3所示，如果將一圈螺紋沿螺桿的螺紋大徑d展開，則可以看作寬度為πd的懸臂梁，假設螺桿每圈螺紋所承受的平均壓力為Q/z，z為嚙合圈數，并作用在以螺紋中徑d2為直徑的圓周上，則螺紋牙危險截面a-a的剪切強度條件為［3］

式中：b為螺紋牙根部的厚度，對于梯形螺紋，b=0.65P，P為螺紋螺距，mm；l為力臂，mm，l=（d-d2）/2；［τ］為螺桿材料許用切應力，MPa；［σ］為螺桿材料許用彎曲應力，MPa；因為方塊螺母繪圖長度選用30 mm，螺距P為4 mm，故

將該平口鉗設計參數 Q=100 kN，d=18，b=2.6，l=1，z=10，代入式（1）、式（2），得到：τ=Q/（πdbz）=100÷（3.14×18×2.6×10）≤［τ］=180 MPa，滿足剪切強度；σb=6Ql/（πdb2z）=6×100×1÷（3.14×18×2.62×10）≤［σ］=370MPa，滿足彎曲強度。

圖3 螺桿螺紋牙的受力

4 臺虎鉗裝配

采用自底向上的裝配方法，先創建一個個零件，然后選擇要進行裝配的零件幾何模型，設置零件加入到裝配中的相關信息，再通過面與面之間的配合、孔與孔之間中心對稱配合、孔與軸中心對稱配合等零件約束，完成裝配模型圖4。

圖4 臺虎鉗裝配

在裝配過程中若發現零件尺寸不匹配，有干涉現象的話，可以打開零件圖模式，通過修改相應尺寸，達到無干涉的配合效果。

5結語

文中采用三維軟件進行了平口鉗的零部件建模和裝配，及時發現零件設計中的問題。實踐證明，用SolidWorks軟件設計產品，可以使設計圖形直觀化，減少設計錯誤，在較短的時間內可開發出高質量的機械產品。

［1］ 湯先云.基于SolidWorks機用虎鉗的三維建模與運動仿真［J］.吉首大學學報：自然科學版，2009（5）：67-69.

［2］ 郭猛.立柱缸體的SolidWorks三維建模［J］.機械工程與自動化，2013（4）：182-183.

［3］ 成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2005：251.