陶國(guó)燦

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

隨著各行業(yè)的飛速發(fā)展，大型機(jī)電產(chǎn)品的使用量日益增多，且出于安全生產(chǎn)考慮，設(shè)備在運(yùn)動(dòng)間歇或停止后，均要求設(shè)備具備防松、鎖緊功能。目前，普遍采用的防松機(jī)構(gòu)主要有插銷直插式、卡合式、錐面螺紋壓緊式、滑塊式等，驅(qū)動(dòng)方式多采用液壓缸或伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。直接驅(qū)動(dòng)鎖緊和解鎖的機(jī)構(gòu)大多質(zhì)量較大，功率消耗較高，且難以實(shí)現(xiàn)快速、高同步性鎖緊。

文章設(shè)計(jì)一種適用于雙向同步鎖緊的插銷機(jī)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)雙向到位之后的快速硬同步鎖緊以及自適應(yīng)雙向異步解鎖[1]。

1 同步鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 同步鎖緊機(jī)構(gòu)整體布局

雙向同步鎖緊機(jī)構(gòu)采用一套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩組“彈簧+插銷”的方式，布局如圖1所示。

該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是電推桿或者油缸，也可以是配合絞線盤使用的旋轉(zhuǎn)電機(jī)等，此處以電推桿為例說(shuō)明。機(jī)構(gòu)主要包括支撐架、插銷、導(dǎo)輪、高強(qiáng)度鋼絲繩、電推桿、滑塊、導(dǎo)軌、導(dǎo)向套、限位套和彈簧等，組成如圖2所示。

支撐架可采用框架式開放結(jié)構(gòu)，方便安裝且易于防護(hù)，根據(jù)實(shí)際安裝需求，可做成整體式或分體式。導(dǎo)向套采用自潤(rùn)滑、低摩擦系數(shù)的材料，并于插銷之間設(shè)置導(dǎo)向槽和導(dǎo)向塊防止圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。電推桿和滑塊之間的分離力很小，可以采用卡箍固定，或采用過(guò)渡板安裝[2]。

1.2 鎖緊設(shè)計(jì)

同步鎖緊機(jī)構(gòu)在鎖緊動(dòng)作時(shí)，電推桿伸出，插銷在壓縮彈簧作用下向外伸出，插入兩側(cè)兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件上預(yù)留的銷孔，完成鎖緊，鎖緊狀態(tài)如圖3所示。

圖1 雙向同步鎖緊機(jī)構(gòu)布局

圖2 雙向同步鎖緊機(jī)構(gòu)組成

圖3 鎖緊狀態(tài)示意

根據(jù)壓縮彈簧的彈力計(jì)算公式如式（1），結(jié)合鎖緊行程，選擇合適的彈簧參數(shù)：

其中，k為彈簧系數(shù)（N/m m），G為剪切彈性模量（MPa），d為線徑（mm），n為有效圈數(shù)，D為中心直徑（mm）

忽略過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦力（插銷和導(dǎo)向套、插銷和限位套、高強(qiáng)度鋼絲繩和導(dǎo)輪、導(dǎo)軌和滑塊等），電推桿推出最大行程時(shí)，設(shè)定為左右壓縮彈簧初始位置，初始位置左右壓縮彈簧彈力相等。即：

假設(shè)電推桿收縮行程S后，左側(cè)插銷行程Δx，右側(cè)插銷行程Δy，則：

通過(guò)式（3）可以看出，若要兩邊插銷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)同步，則兩邊壓縮彈簧的彈簧系數(shù)應(yīng)保持一致。

1.3 解鎖設(shè)計(jì)

由于在鎖緊狀態(tài)時(shí)，兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體在負(fù)載作用下會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，兩邊受力環(huán)境會(huì)產(chǎn)生偏差，造成兩邊解鎖所需要的力不完全一樣，假設(shè)左側(cè)插銷受力f左＜右側(cè)插銷受力f右，則在解鎖的瞬間，存在以下狀況。

（1）電推桿收縮的拉力F推＞f左+f右。由于電推桿收縮的拉力較大，盡管左側(cè)插銷受力＜右側(cè)插銷受力，兩側(cè)插銷機(jī)構(gòu)依然可以同步解鎖。

（2）電推桿收縮的拉力F推≤f左+f右。電推桿收縮的拉力不足以支撐兩側(cè)同步解鎖，此時(shí)，右側(cè)插銷機(jī)構(gòu)可以看作是固定連接，電推桿收縮的拉力全部用于左側(cè)解鎖，即左側(cè)插銷的解鎖拉力為F推－f左。

當(dāng)左側(cè)插銷機(jī)構(gòu)解鎖后，電推桿帶動(dòng)左側(cè)插銷繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)左側(cè)插銷運(yùn)動(dòng)到死點(diǎn)位置（整個(gè)分析過(guò)程，假定壓縮彈簧的最大彈力不足以提供解鎖所需的拉力），左側(cè)插銷機(jī)構(gòu)可以看作固定連接，電推桿收縮的拉力全部用于右側(cè)解鎖。

由于實(shí)際工況中依然存在鎖緊狀態(tài)下，兩側(cè)插銷機(jī)構(gòu)受力基本一致的狀況，設(shè)計(jì)選用電推桿時(shí)，電推桿拉力大于兩側(cè)解鎖所需的理論拉力之和，且保留一定的安全余量[3-5]。

2 結(jié)語(yǔ)

大型機(jī)電產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)跨度大，到位之后鎖緊的同步性和解鎖的及時(shí)性都有較高的要求，在安全、可靠和相應(yīng)及時(shí)的同時(shí)，文章設(shè)計(jì)的雙向同步鎖緊插銷機(jī)構(gòu)拆裝快捷，可以根據(jù)實(shí)際使用要求進(jìn)行插銷和電推桿的和布局，空間利用率高。采用壓縮彈簧的彈力作為鎖緊的動(dòng)力源，在兩側(cè)受力不均的情況下，也可以高效地完成兩側(cè)插銷機(jī)構(gòu)的解鎖，系統(tǒng)工程樣機(jī)通過(guò)多次試驗(yàn)，系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。