一种液压制动机构在双摆头中的应用

　　双摆头旋转轴的夹紧机构主要有两个作用: 一是当突然切断电源或因故障电网突然停电时，电机的转矩近似为零，若负载转动惯量很大，则电机容易失控造成事故，这时需要制动保证其安全; 另一作用是旋转轴任意角度夹紧固定来满足在指定角度平面强力铣削或定向结构的要求 ( 车削或镗孔)[1]。夹紧装置有气动抱闸、三齿盘 ( 俗称鼠牙盘) 、液压抱闸等机构。在双摆头机构中，由于结构尺寸受限，要达到大的锁紧力矩比较困难。文中采用的是夹紧套制动机构，接触面积大，依靠夹紧套的弹性变形抱紧转子，定心精度高，安全可靠。

　　1 液压夹紧套工作原理

　　液压夹紧套制动机构主要由夹紧套和密封圈组成，其基本工作原理是: 夹紧套外壁上凹槽与固定件形成环形封闭油腔，充有液压油。当施压时，夹紧套薄壁部分受压变形，均匀地抱紧被夹紧件，消除了配合间隙，产生摩擦扭矩完成旋转轴的锁紧制动; 松开时，只需减压使夹紧套薄壁回复到原始尺寸，使配合间隙出现。由于完全消除了配合间隙，且夹紧运动完全轴对称，因此液压夹紧套具有很高的夹紧力和夹紧刚度，从而提高加工精度、改善加工表面质量。结构简图如图1 所示。

　　2 夹紧套锁紧力矩

　　液压夹紧套为薄壁筒状结构，如图2 所示，其外壁上设有凹槽，在夹紧套的两端设有密封圈防止泄漏，夹紧套两端设有法兰盘便于其安装固定。夹紧套材料采用铍青铜CuBe2 或者复杂耐磨铜合金CuSn7Zn4Pb7-C，具与特殊钢相当的强度极限、弹性极限、屈服极限和疲劳极限，同时又具有较高的导热率、高硬度、耐磨性等优点[2]。夹紧套与被夹紧件公差配合一般选用H7/g6 间隙配合，保证其可靠有效且加工经济性好。

　　液压夹紧套依靠高压油使其薄壁结构变形与被夹紧件贴合产生摩擦扭矩实现制动，其锁紧扭矩计算公式如下[3]:

式中Md为锁紧扭矩;

　　d 为夹紧套直径;

　　L 为夹紧套工作长度;

　　p 为液压油压力;

　　μ 为摩擦因数。

　　从公式中可以看出: 锁紧扭矩Md主要取决于夹紧套的直径d、液压油压力p、夹紧套工作长度L 以及摩擦因数μ，增大夹紧套的直径、工作长度及液压油压力可增大锁紧力矩。

　　3 应用案例

　　某厂设计的一款双摆头，其 A/C 旋转轴制动均采用液压夹紧套机构，图 1 中液压夹紧套与 C 轴外套固定在一起，力矩电机的转子与旋转心轴通过过渡件固定在一起。当进油管路有压力油时，夹紧套弹性变形将力矩电机的转子抱死，实现 C 轴夹紧制动; 当进油管路液压油泄压时，夹紧套恢复到原来的尺寸，出现配合间隙，C 轴被释放。C 轴外套上设有放气管路，便于调试时排出油腔内空气。C 轴采用串联的两个力矩电机，均为德国INA 公司的RE11 - -3P-360 × 125 型号，最大输出扭矩2 120 ×2 N·m[4]。抱闸提供的8 812 N·m 扭矩，根据锁紧力矩计算公式如下:Md= d·L·π·p·μ·d /2 = 390 × 123 × 3. 14 ×30 ÷ 10 × 0. 1 × 390 ÷ 2 ÷ 1 000 = 8 812 N·m设计抱闸的扭矩为力矩电机最大扭矩的2 倍，结构紧凑，应用中调节、装配方便，为该厂带来了很高的经济效益。