机械增力丝杠增力机构的有限元仿真

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机械增力丝杠增力机构的有限元仿真
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机械制造与自动化

作者简介: 刘世德 ( 1954
 ) ， 男， 江苏无锡人， 教授级高级工程师， 硕士研究生导师， 研究方向为先进制造技术和新产品研发。
机械增力丝杠增力机构的有限元仿真
刘世德，王玉正，韩新强
(江苏无锡建华机床附件集团有限公司，江苏 无锡 214044)
摘
要: 对机械增力丝杠增力机构的增力原理进行了分析， 对通过有限元仿真给出楔形块是增
力机构中最为薄弱的环节。
关键词:机械增力丝杠; 有限元仿真;机构分析
中图分类号: TH 132 ; TB115

文献标志码: B

文章编号: 1671
5276( 2010) 02
0108
02
Finite E lement Si mulation on Force Amplif icationMechanis m
ofMechanical Power Clamping Screws
LI U Shi
de ， WANG Yu
zheng ， HAN X i n
q i ang
(Wuxi Jianhua Machi ne Accessories ( Group) Ltd . ， Wuxi 214044 ， C hina)
Abstrac t : I n t he paper ， power
enhanced t heory on f orce amplifica ti on mechanis m of mechan i cal pow er c l amping screws is ana

lyzed . Then ， it is proved by f i nit e e l ement sm i u l at i on thatw edge block is t he w eak li nk in t he force amplificat i on mechanism.
K ey words : mechanical pow er c lamp ing screw s ; f i n i t e e l ement sm i ul at i on ; mechanism ana l ys is
0
引言
机械增力丝杠是-种高强度和高可靠性的夹具，只需
要简单的手工操作和小的操作力矩就能实现大的夹紧力，
用于各种重型车床、 镗床、 磨床花盘卡爪及特殊机械的增
力夹持。
普通丝杠的卡爪装夹工件时劳动强度大，很难满足重
型机床的夹紧要求;液压增力卡爪也存在工作介质易渗漏
及挥发造成环境污染、 夹紧力保持性差的缺陷; 气动夹具
的传动介质是清洁的压缩空气， 虽然不会污染环境， 但也
存在压缩空气泄漏的问题。机械增力丝杠与上面几种结
构相比起动力矩小，操作步骤简单， 大大提高了装夹工件
的效率， 是重型机床尤其是各类数控重型机床理想的夹紧
机构。并且对于双向增力的机械增力丝杠，力的放大机构
中的夹紧方向会随着加载方向的改变而自动进行相应改
变， 不需要人为的调整夹紧方向。
1
机械增力丝杠增力机构的增力分析
机械增力丝杠的核心部分就是它的增力机构，因此有
必要对其如何实现增力进行详细说明。图 1是机械增力
丝杠的增力机构放大示意图。
由图 ( 1)可得，在不计摩擦的情况下，
F2
F
co t

式中:



楔形块楔角的-半。
F3 F2
co t

式中:



斜块两对应平面的夹角。
由此可得增力比为:
图 1
机械增力丝杠的增力机构放大示意图
F 3 /F co t

cot

同理， 在考虑摩擦的情况下， 可得增力比为:
F3 /F co t(

)
cot(

)
式中:



摩擦角。
2
机械增力丝杠增力机构的有限元
仿真
机械增力丝杠的增力理论计算比较复杂，因此采用有
限元分析的方法来简化这-过程。而 ABAQUS是功能强
大的工程模拟有限元软件，其解决问题的范围从相对简单
的线性分析到许多复杂的非线性问题。 ABAQUS 包括
ABAQUS /Standard 和 ABAQUS /Expli c it两 个分 析模 块。
ABAQUS /Standard是-个通用分析拈， 它能求解的领域
很广泛， 包括静力、 动力、 热、 电磁、 声，以及复杂的非线性、
物理场偶合分析等， 能满足机械增力丝杠的增力机构分析
的要求， 因此采用此分析拈。

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