1 引言
夹紧机构又称夹紧装置，是机械设计中常用的工具，其作用是使定位好的工件在整个加工过程中可靠地固定在定位元件上，在夹紧工件时不允许破坏工件的定位，并应有足够的刚性，保证必要的夹紧力，但不应损伤工件已加工表面或使工件产生变形。计算夹紧机构所能产生的夹紧力需要进行复杂的力学计算，包括方程的求解等。另外，如果夹紧机构设计的不合理，还会产生构件之间的干涉、夹紧力过大或过小不符合要求等问题。利用NX软件的建模功能构建夹紧机构的三维模型，并进行运动仿真分析，可以判断夹紧机构的尺寸设计是否合理，并能计算夹紧机构产生的夹紧力。
2 工作原理
如图1所示夹紧机构主要由手柄、支杆、抠板、钩头和机架组成。拉簧的弹力用来模拟夹紧机构的夹持力。工作时，在手柄上施加向下的作用力，当作用力足够大时，将能够克服弹簧的拉力从而将手柄压下来，此时的弹簧力即为夹紧机构能够产生的夹紧力。
图1 夹紧机构工作原理图
3 在NX环境下零件的建模和装配
在NX软件的建模环境下，利用“草图”、“拉伸”等命令，建立各零件的三维模型，然后在装配环境下将各零件装配成图2所示的夹紧机构。
图2 夹紧机构的装配图
其中，抠板零件的初始尺寸如图3所示。
图3 抠板零件图
4 在NX Motion环境下的运动仿真分析
进入NX的运动仿真模块，依次设置机架、活动连杆，设置旋转副等运动副，添加弹簧和阻尼等，完成运动仿真的初步设置。然后在机架与钩头之间添加碰撞，保证运动过程中两者始终接触。给手柄添加一个方向朝下的矢量力，初定力的大小为80N。
在NX Motion环境下，新建2结算方案，设置时将为1s，步数为200步，对上述仿真设置进行求解计算，用Excel电子表格显示结果曲线，如图4.1所示，其中横坐标表示步数，纵坐标表示弹簧的反作用力。同时生成的Excel数据表格如表1所示。从曲线图和数据表都可以读出弹簧力的大小为960N。
图4 弹簧的弹力曲线
表1 弹簧力数据表
将弹簧的刚度由110N/mm改变为160N/mm，并重新仿真求解，输出的弹簧力曲线如图5所示，最大弹簧力为1400N，稳定值为600N。从图中可以看出此时80N的力不能将手柄压下。
图5 弹簧的弹力曲线
修改抠板的尺寸如图6所示，再次模拟，输出的结果曲线如图7所示。此时弹簧的刚度为160N/mm，80N的力能够将手柄压下，弹簧力为2800N。
图6 修改后的抠板零件图
图7 弹簧力曲线
5 结束语
在NX建模环境中建立夹紧机构的三维模型，然后进行运动仿真分析，可以从输出的结果分析机构的设计是否合理，并根据结果修改零件的尺寸或系统参数，直至设计出符合要求的机构。这种机构设计方法形象而直观，结果的输出也方便快捷，将此种方法应用于类似的机构设计，可以省去繁复的计算过程，省时省力，对于机构设计具有重要而现实的意义。
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本文标题：基于NX的夹紧机构设计与仿真分析
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