1 引言

    夾緊機構又稱夾緊裝置，是機械設計中常用的工具，其作用是使定位好的工件在整個加工過程中可靠地固定在定位元件上，在夾緊工件時不允許破壞工件的定位，并應有足夠的剛性，保證必要的夾緊力，但不應損傷工件已加工表面或使工件產(chǎn)生變形。計算夾緊機構所能產(chǎn)生的夾緊力需要進行復雜的力學計算，包括方程的求解等。另外，如果夾緊機構設計的不合理，還會產(chǎn)生構件之間的干涉、夾緊力過大或過小不符合要求等問題。利用NX軟件的建模功能構建夾緊機構的三維模型，并進行運動仿真分析，可以判斷夾緊機構的尺寸設計是否合理，并能計算夾緊機構產(chǎn)生的夾緊力。

2 工作原理

    如圖1所示夾緊機構主要由手柄、支桿、摳板、鉤頭和機架組成。拉簧的彈力用來模擬夾緊機構的夾持力。工作時，在手柄上施加向下的作用力，當作用力足夠大時，將能夠克服彈簧的拉力從而將手柄壓下來，此時的彈簧力即為夾緊機構能夠產(chǎn)生的夾緊力。

圖1 夾緊機構工作原理圖

3 在NX環(huán)境下零件的建模和裝配

    在NX軟件的建模環(huán)境下，利用“草圖”、“拉伸”等命令，建立各零件的三維模型，然后在裝配環(huán)境下將各零件裝配成圖2所示的夾緊機構。

圖2 夾緊機構的裝配圖

    其中，摳板零件的初始尺寸如圖3所示。

圖3 摳板零件圖

4 在NX Motion環(huán)境下的運動仿真分析

    進入NX的運動仿真模塊，依次設置機架、活動連桿，設置旋轉副等運動副，添加彈簧和阻尼等，完成運動仿真的初步設置。然后在機架與鉤頭之間添加碰撞，保證運動過程中兩者始終接觸。給手柄添加一個方向朝下的矢量力，初定力的大小為80N。

    在NX Motion環(huán)境下，新建2結算方案，設置時將為1s，步數(shù)為200步，對上述仿真設置進行求解計算，用Excel電子表格顯示結果曲線，如圖4.1所示，其中橫坐標表示步數(shù)，縱坐標表示彈簧的反作用力。同時生成的Excel數(shù)據(jù)表格如表1所示。從曲線圖和數(shù)據(jù)表都可以讀出彈簧力的大小為960N。

圖4 彈簧的彈力曲線

表1 彈簧力數(shù)據(jù)表

    將彈簧的剛度由110N/mm改變?yōu)?60N/mm，并重新仿真求解，輸出的彈簧力曲線如圖5所示，最大彈簧力為1400N，穩(wěn)定值為600N。從圖中可以看出此時80N的力不能將手柄壓下。

圖5 彈簧的彈力曲線

    修改摳板的尺寸如圖6所示，再次模擬，輸出的結果曲線如圖7所示。此時彈簧的剛度為160N/mm，80N的力能夠將手柄壓下，彈簧力為2800N。

圖6 修改后的摳板零件圖

圖7 彈簧力曲線

5 結束語

    在NX建模環(huán)境中建立夾緊機構的三維模型，然后進行運動仿真分析，可以從輸出的結果分析機構的設計是否合理，并根據(jù)結果修改零件的尺寸或系統(tǒng)參數(shù)，直至設計出符合要求的機構。這種機構設計方法形象而直觀，結果的輸出也方便快捷，將此種方法應用于類似的機構設計，可以省去繁復的計算過程，省時省力，對于機構設計具有重要而現(xiàn)實的意義。

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本文標題：基于NX的夾緊機構設計與仿真分析

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