摘要：介绍了铰杆离心式和斜楔离心式正交增力机构的内孔夹具，简要介绍了其结构和工作原理，给出了输出力、输出转矩、工作角速度和工作转速的计算公式，并对两种内孔夹具进行了技术性能分析和对比。

1 前言

随着车床主轴转速的提高，离心式夹具得到更加广泛的应用：由于传统的离心式内孔夹具的离心力直接作用于工件的内孔表面，没有任何力放大，使得其应用仅仅局限于工件内孔尺寸大和主轴转速高的场合，极大地制约了离心式内孔夹具的应用。铰杆和斜楔增力离心机构的研究取得了突破性进展，为离心力放大提供了理论依据，为离心式内孔夹具研究与创新提供了技术支持。

正交增力机构是指输人力与输出力方向相垂直，通过改变压力角或升角来得到不同的增力系数的增力机构。常见的正交增力机构主要有铰杆式增力机构和斜楔式增力机构；本文着重探讨铰杆式和斜楔式正交增力机构的离心式内孔夹具的工作原理和力学计算。

2 工作原理

两种离心式内孔夹具均具有功能不同的两类离心重块― 输出重块和增力重块，两者之间通过正交增力机构进行力的传递。

夹具体与车床主轴相联接，以工件精加工或半精加工后的内孔作为夹紧定位面，工件内孔与输出重块之间存在静态间隙，由于该间隙较小且稳定在一定范围内，所以，输出重块和增力重块的位移均较小，其位置稳定在一定范围内，铰杆增力机构的增力系数的变化也较小。当车床主轴以角速度w旋转时，输出重块与增力重块产生离心力F_c1、F_c2，在离心力的作用下，增力重块和输出重块沿各自离心方向向外运动。当车床主轴的角速度较低时，拉力弹簧因受力产生的变形还未达到一定值，输出重块的外圆弧面与工件的内孔是不接触的，当车床主轴转速达到临界值时，输出重块的外圆弧面与工件的内孔接触，此时拉力弹簧的变形量达到最大值，弹簧所受的拉力即为最大工作载荷，记为F_s。输出重块的外圆弧面与工件的内孔表面接触并施加作用力F。该作用力F由以下两部分组成：(1)输出重块自身产生的离心力与弹簧作用力F_s的合力；(2)增力重块产生的离心力F_c1经正交增力机构增力后，作用于输出重块运动方向即F_c2上的分力。此时工件与夹具体一起同方向同步旋转。在切削过程开始后，两个等值、反向、大小为F的力所产生的摩擦转矩，抵抗由切削力所产生的切削力矩。

3 力学计算

输出力的计算
当夹具体以角速度w旋转时，每个增力重块产生的离心力为F_c1=m₁r₁w²，每个输出重块产生的离心力为F_c2=m₂r₂w² 。每个输出重块对工件内壁的作用力即输出力F的计算公式为 F=m₂r₂w²-F_s+m₁r₁w²tan(a+f_e)(1)式中：m₁、m₂——增力重块、输出重块的质量
r₁、r₂——增力重块、输出重块的质心至夹具体回转中心的距离
a——理论压力角
f_e——当量摩擦角
F_s——弹簧产生的拉力
w——旋转角速度
对铰杆式增力机构，a是二铰支中心的连线与输出重块运动方向之间所夹的锐角；对斜楔式增力机构，a是增力重块上斜面的法面与输出重块运动方向之间所夹的锐角。对于铰杆式增力机构，f_e=arcsin (µ₁d/l) (µ₁为铰杆的二铰支处的摩擦系数，d为铰链孔或轴的直径，l为铰杆长度)；对于斜楔式增力机构，f_e=arctg(µ₂d₁/d₂) (µ₂为滚轮与转轴间的摩擦系数，d₁为滚轮内孔直径，d₂为滚轮外径)。
驱动转矩
当夹具体以角速度田旋转时，正交增力离心式内孔夹具上的输出重块产生驱动转矩T为T=µDF(2)式中：µ——输出重块外圆弧面与工件内壁表面之间的摩擦系数
D——工件内孔直径
式(1)中的m₁r₁w²/tan(a+f_e)项，就是增力重块产生的离心力F_c1经正交增力机构增力后，作用在输出重块运动方向上的分力；而1/tan(a+f_e)就是铰杆式增力机构或斜楔式增力机构的增力系数。由于理论压力角a取值较小，且根据当量摩擦角f_e的计算公式，f_e的值也较小，所以，增力系数就较大。因此，正交增力离心式内孔夹具相对于同样结构重量但没有增力机构的离心式内孔夹具，实际输出力要大得多，因此，驱动转矩也要大得多。