节点球夹紧装置夹爪的优化设计(1)

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节点球夹紧装置夹爪的优化设计(1)节点球夹紧装置夹爪的优化设计
王 嵘1
蔡善乐1
尹 阔2
（ 兰州理工大学 数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，兰州 730050）
（ 中水四局，泰州 266071）
WANG Rong1
， CAI Shan-le1
， YIN Kuo2
（1
Key Laboratory of Digital Manufacturing Technology and Application， the Ministry of Education， Lanzhou
University of Technology， Lanzhou 730050， China）
（2
Sinohydro Engineering Bureau 4 Co.， Ltd， Taizhou 266071， China）
文章编号： -3997 （ 11） 10-0047-02
摘 要 螺栓节点球是球节点网架的最关键件部件，其质量好坏直接影响到网架的质量和安全
由某大学承接国家计委重点科技攻关项目 空间过球心任意分布轴线螺纹孔及端面数控加工设备研制
而研发的-种新型的节点球自动分度夹紧装置，可实现节点球自动化加工，大大地提高了生产效率
该装置通过使用，其工作性能有待进-步提高 对节点球夹紧装置进行受力分析，根据受力分析，找出
浮动夹爪的接触角度和加工力及加工力矩的关系 以在约束条件下的承受外载大小为目标函数用
MATLAB进行优化设计，得出较为合理的接触角
关键词：节点球；夹紧装置；优化设计
Bolted joint is the most key part of grid components， which quality affects directly the qual
ity and safety of grid.The key research project， named arbitrary distribution center of screw hole on the
sphere CNC machining equipment development ， issued by the state planning commission is undertaken by
an university of technology， based on which a new type of automatic indexing of nodes ball clamping device is
developed， which can machine joint node automatically and production efficiency is improved greatly.Howev
er， there are some defects found in daily usage， which performance has to be further improved.Based on the
analysis of the force applied on the ball joint， we can find out the relationship between contact angle and
working force， torque.Under the condition of constrain， the load， it can endure， is taken as an object function
to optimize the design using MATLAB thus a proper angle of contact is obtained.
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中图分类号： TH16 文献标识码： A
来稿日期： 2010-12-14
1引言
节点球是大型网架结构中的重要部件之-，由于其形状原
因，对其的夹紧存在-定的困难，现有的方法是在节点球上先生产
-个螺栓孔，后在此孔中装入螺栓以便以后的进-步加工 而现在
节点球的加工工艺相对比较落后 以-种先进的节点球加工装夹
装置为研究对象，对其进行分析以便为以后的改进提供理论依据
通过对浮动夹爪受力分析，得到其受力与夹爪末端的环形接触面
的接触起始角 1，接触终止角 2 之间的关系（起始角 终止角如图
2中 的变化范围） 因为夹爪的夹紧力越大，夹紧就相对越可靠，
而夹紧力又主要受接触面积的影响 为了使夹爪在-定的条件下
达到最优的夹紧状态，扔触角 1 和 2 为设计变量，以其承受尽
可能大的载荷为目标进行优化设计得出合理可行的接触角
2 节点球夹紧装置简介
节点球夹紧装置是-种先进的节点球自动化分度夹紧装
置，它的夹紧主要是以四个水平方向的水平夹爪和-个竖向的支
持夹爪来构成 水平夹爪主要是保持节点球在水平方向上的夹紧
稳定，也是平衡加工扭矩的主要组成部分，由于水平夹爪存在浮
动特性，故在竖直方向存在很大的夹紧不稳定，因此在竖向布置
-支撑爪来平衡竖向载荷，以使工件保持竖直的夹紧可靠 其示
意图，如图1所示 节点球
4个
水平
夹爪
支撑
爪
图1 节点球紧装置示意图
3 支撑爪受力分析 为了使夹爪在钻孔 攻丝等过程中能不发生震颤，应使夹爪
与节点球的摩擦力对转动中心的距与外扭矩相等 据静摩擦的计
算公式f Pfix
，式中： Pfix
夹爪对节点球的夹紧力 铣削和钻孔过