液压扳手设计思路剖析(2)
Ｒ———力矩半径,ｍ
Ｚ———棘轮齿数
Ｓ1———圆整值,通常取Ｓ1=1～2ｍｍ
对液压推力缸的复位设计,分两种情况考虑:一种是对电动液压源,由于有连续的压力和流量输出,可通过控制二位四通电磁换向阀的换向来实现推力缸活塞杆的伸缩,实现对棘轮的控制;另一种情况是针对手摇泵系统,液压推力缸每进行一个工作行程后,活塞杆必须由伸出状态恢复到收回状态,而手摇泵流量较小且输出流量不连贯,要通过液压换向流量损失严重,造成使用不便,可通过在推力缸内部设计一种弹簧复位结构,这样,在活塞杆收回时,手动卸压,通过弹簧力使活塞杆自动复位,从而完成一个工作循环。
3 驱动机构液压扳手的驱动机构由液压推力缸,棘轮机构和机械连接机构所构成,驱动机构设计的合理与否,直接关系到液压扳手的性能、外形大小及成本,必须认真对待。驱动机构的作用主要是把液压推力缸的直线运动变成棘轮机构的旋转运动,对这种运动转换方式,工程中常用的方法有蜗轮蜗杆机构、曲轴连杆机构、杠杆机构等。对蜗轮蜗杆运动转换方式来说。其转换精度高,工作可靠,技术成熟,动作平稳,适合大扭矩传动,但成本偏高,不适于民用大面积推广。对杠杆机构来说,结构简单,易于实现,但工作节点多,构造外形偏大,不便于携带。曲轴连杆机构适于多杆驱动的连续旋转运动,但机构庞大,单杆驱动时易出现工作死点。作者在进行该驱动机构设计时,对几种驱动方式经过认真分析,反复排查,综合各方式的优点,采用偏心轮的工作方式,经过巧妙的机械设计,使其很容易实现了这一功能转换。其结构原理如图2所示。
与活塞杆平行方向的棘轮外圈安装槽底边为ＡＢ,液压推力缸在液压力作用下,活塞杆外伸,驱动棘轮外圈旋转,使其受力点Ｐ作以外圆圆周做导轨,以棘轮中心Ｏ点为圆心,ＯＰ为半径的圆周运动,推力缸两边均采用铰链连接方式,当Ｐ点旋转某一角度α后,ＡＢ转到图中的ＣＤ位置,但因为活塞杆是直线运动,当Ｐ点做圆周运动时,活塞杆与ＡＢ边发生运动干涉,这样,驱动转换机构设计的重点就变成防干涉设计,对这种设计,可采用的设计方案有几种,一种是把活塞杆前端加工成非直线形的,当ＡＢ转到ＣＤ后,活塞杆头部的非直线部分能避开ＤＢ曲面,但这使活塞杆头部的加工成本加大,且使用易出问题。另一种方案是不把活塞杆头部直接与Ｐ点相连,而是通过连杆机构把二者相连,当棘轮外圈转动与活塞杆发生运动干涉时,连杆机构通过铰链自动转向,避免了干涉的发生,但多一个连杆就会使成本加大,外形变大,工作节点增多,故障率提高。再有一种方案就是设计安装槽底边线时,不要按ＡＢ线设计,而是按ＥＦ线设计,其设计夹角β应满足下式:
β = α+α′=360°/ｎＺ+α′ (3)
在公式(3)中,ｎ、Ｚ的意义同公式(2),α′为设计裕度系数,通常取α′=1°～2°主要是为了消除因加工误差和安装误差过大而有可能发生的运动干涉,给予一定的裕度设计。通过这样的设计,既巧妙地避免了干涉,又节省了加工成本,便于大面积推广使用。
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