5.2　螺旋夹紧机构
螺旋夹紧机构螺钉、螺母、螺栓或螺杆等带有螺旋的结构件与垫圈、压板或压块等组成。他不仅结构简单、制造方便，而且由于缠绕在螺钉面上的螺旋线很长，升角小。所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是目前应用较多的一种夹紧机构。
1．作用原理
螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆面积柱体上，因此，其作用原理与斜楔是一样的。只不过是这时通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化而产生夹紧力来夹紧工件。
2．结构特点

 

图6-40  典型螺旋压板机构

 

螺旋夹紧机构的结构形式很多，但从夹紧方式来分，可分为单个螺栓夹紧机构和螺旋村板夹紧机构两种。图6-40（a）为压板夹紧形式，图6-40（b）为螺栓直接夹紧形式，在夹紧机构中，螺旋压板的使用是很普遍的。
图6-41为最简单的单个螺栓夹紧机构。图6-41（a）为直接用螺钉压在工件表面，易损伤工件表面；图6-41（b）为典型的螺栓夹紧机构，在螺栓头部装有摆动压块，可以防止螺钉转动损伤工件表面或带动工件旋转。典型压块
的如图6-42所示。图6-42（a）为光面压块，用于用于压紧已加工过的表面；图6-42（b）为槽面压块，用于未加工过的毛坯表面；图6-42（c）为球面压块可自动调心。压紧螺钉及压块已标准化可查阅相关手册。

 

（a）                                 （b）
图6-41 单个螺旋夹紧机构

   图6-42 摆动压块

 

螺旋夹紧机构中，螺旋升角α≤4°，因此自锁性能好，能耐振动。由于螺旋相当于长斜楔绕在圆柱体上，所以夹紧行程不受限制，可以任意加大，不会使机构增大。
设计螺旋夹紧机构时应根据所需的夹紧力的大小选择合适的螺纹直径。
3．适用范围
由于螺旋夹紧机构结构简单、制造方便，增力比大，夹紧行程不受限制，所以在手动夹紧机构中应用广泛。但其夹紧动作慢、辅助时间长，效率低。
为了克服螺旋夹动作紧慢，效率缺点，出现了各种快速夹紧机构。如图6-43所示。输入法6-43（a）中，在螺母一方的增加开口垫圈，螺母的外径小于工件内孔直径，只要稍微放松螺母，即可抽出垫圈，工件便可螺母取出。图6-43（b）为快卸螺母，螺母孔内钻有光孔，其孔径略大于螺纹的外径，螺母斜向沿光孔套入螺杆，然后将螺母摆正，使螺母的螺纹与螺杆啮合，再拧动螺母，便可夹紧工件。但螺母的螺纹部分被切去一部分因此啮合部分减小夹紧力不能太大。

 

图 5-43  快速螺旋夹紧机构

 

  3　偏心夹紧机构　
用偏心元件直接夹紧或与其它元件组合而实现对工件的夹紧机构称为偏心夹紧机构，它是利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴等为夹紧元件。图 5-40所示为常见的各种偏心夹紧机构，其中图 5-40（a）是偏心轮和螺栓压板的组合夹紧机构；图 5-40（b)是利用偏心轴夹紧工件的。

 

图 5-44　偏心夹紧机构实例

 

1．偏心夹紧的工作特性

 

图 5-45  圆偏心特性及工作段

 

如图 5-45（a）所示的圆偏心轮其直径为 D偏心距为 e由于其几何中心 C 和回转中心 O 不重合，当顺时针方向转动手柄时，就相当于一个弧形楔卡紧在转轴和工件受压表面之间而产生夹紧作用。将弧形楔展开，则得如图 5-45（b)所示的曲线斜楔，曲线上任意一点的切线和水平线的夹角即为该点的升角。设αx 为任意夹紧点 x 处的升角其值可由 ΔOxC中求得：

式中转角

 的变化范围为 00≤

≤1800由上式可知当

＝00时m 点的升角最小

＝00随着转角

的增大升角

也增大当

＝900时（即 T 点）升角

为最大值此时：

因

很小故取

max≈2e/D。
当

继续增大时

将随着

的增大而减小

＝1800即 n 点处此处的

。
偏心轮的这一特性很重要因为它与工作段的选择自锁性能夹紧力的计算以及主要结构尺寸的确定关系极大。
2．偏心轮工作段的选择
从理论上讲，偏心轮下半部整个轮廓曲线上的任何一点都可以用来做夹紧点，相当于偏心轮转过1800，夹紧的总行程为 2e，但实际上为防止松夹和咬死，常取 P 点左右圆周上的1/6～1/4 圆弧，即相当于偏心轮转角为 600～900的范围所对应的圆弧为工作段。如图 5-45 （c）所示的 AB 弧段。由图  5-45（c）可知，该段近似为直线，工作段上任意点的升角变化不大，几乎近于常数，可以获得比较稳定的自锁性能。因而，在实际工作中，多按这种情况来设计偏心轮。
3．偏心轮夹紧的自锁条件
使用偏心夹紧时，必须保证自锁，否则将不能使用。要保证偏心轮夹紧时的自锁性能和前述斜楔夹紧机构相同应满足下列条件

≤

式中　

——偏心轮工作段的最大升角；

——偏心轮与工件之间的摩擦角；

——偏心
轮转角处的摩擦角。
因为

tan

≤ tan(

+

)已知 tan

＝ 2e/D。为可靠起见不考虑转轴处的摩擦又 tanφ1＝

故得偏心轮夹紧点自锁时的外径 D 和偏心量 e 的关系:
2e/D≤

当

＝ 0.10 时
D/e ≥ 20；

＝ 0.15 时D/e ≥ 14
称 D/e 之值为偏心率或偏心特性。按上述关系设计偏心轮时，应按已知的摩擦系数和需要的工作行程定出偏心量 e 及偏心轮的直径 D。一般摩擦系数取较小的值，以使偏心轮的自锁更可靠。
4．适用范围
偏心夹紧机构的特点是结构简单、动作迅速，但它的夹紧行程受偏心距 e 的限制，夹紧力较小，故一般用于工件被夹压表面的尺寸变化较小和切削过程中振动不大的场合，多用于小型工件的夹具中。对于受压面的表面质量有一定的要求，受压面的位置新变化也要较小。