扩张器扩展臂的受力特性研究

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1、扩张器扩展臂的受力特性研究扩张器扩展臂的受力特性研究赵爱新法国博克专业消防装备有限公司北京市100000摘要：本文主要是针对救援工具市场上扩张器扩张臂的受力特性，进行从整体到零件的逐层分析.以三角函数/力平衡/力矩平衡等理论为基础，介绍了完整的扩张臂受力的分析思路。关键词：夹持点，四连杆机构，输出特性，CATIA有限元分析分类号：C35文献标识码：A序言扩张器在现代的交通事故救援，地震救援等救援活动中得到了广泛的应用.液压传动和机械传动原理的有利结合，使其具备体积小、能耗低、便携带、承载能力强等优点，从而使救援能力和效率大大加强.扩张臂作为扩张器的重要动作部件，其受力形式十分

2、复杂，其结构尺寸和材料决定了它的扩张能力.本文以国内某著名品牌的某型号的扩张器为例从整体结构出发向大家介绍扩张臂的受力情况.因为扩张和夹持为相反的动作，所以我们仅以扩张器的夹持动作作为重点。1、扩张臂的疑惑分析对扩张臂受力有影响的所有零件，以扩张臂为中心，可以得到如图1所示的扩张器的简化1--扩张器的简化很多人认为，既然研究的中心在扩展臂（先把扩张臂和扩张头看作整体），那么必然是以三力平衡（连杆通过销轴III作用在扩张臂上的力，联轴节通过销轴II作用在扩张臂上的力和被夹持物通过夹持点作用在扩张臂上的力）和三处力矩平衡（销轴III中心点，銷轴II中心点和夹持点处）为理论基础，而

3、切入点必然是活塞联轴节施加给扩张臂的力，因为活塞力是动力源.而此力的关键是力的方向（简单的三力平衡问题）.这里不再一一介绍此力方向的猜测，因为它根本就是没有规则的方向（有兴趣的朋友可以测试一下）。2、扩张臂受力的切入点因为扩张臂受力的特殊性，扩张臂的受力情况应当扩展到扩张头、弹性销、扩张臂、銷轴III、销轴II、连杆和活塞，这样就可以得到图2所示的整体受力从图中看出，通过水平受力平衡，很容易可以计算出销轴I施加在连杆上的作用力F销I，而其受力方向则转变为我们要确定的首要参数。3、四连杆结构仔细分析所有关节部位的动作特点，我们可以得到如3所示的四连杆结构图，3—四连杆结构即五边

4、形ABCDE，通过C点作垂直于AE的CF线，可以简化为四边形FCDE.图中，a为销轴I中心到水平轴的距离；b为销轴II中心到水平轴的距离；c为销轴III和II的装配中心距离；d为销轴I和III的装配中心距离；x为两销轴II中心连线到两销轴I中心连线的距离，也就是我们定义的行程.很显然，根据图2的整体受力分析，结合图3的四连杆结构图，可以得到式中，P为液压油的作用压强，s为活塞的作用面积4扩张臂（含扩张头）输出特性分析F销I力的大小和方向求出来以后，我们就可以对扩张臂进行受力分析了，如图4.其中，销轴II施加在扩张臂上的作用力F销II的方向和大小未知;F夹力方向已知，大小未知.

5、所以，只有求出了F夹力的大小，才能求得F销II力，利用F销I力和F夹力对销轴II中心的力矩平衡，是唯一的求解途径.但是，要想与四连杆机构结合起来，必须作如图5所以示的动作机构一体图，即将设计夹持过程中的固定位置（距离前端25毫米）简化为点G.通过点G作出F夹力的作用线，过销轴II中心C分别作和F夹作用线的垂线，得到hl和h2。由方程F夹吨2=F销I*hl，求得因为求得的F夹过于复杂，所以我们按表1--国内某著名品牌的某型号的”扩张器参数表”把已知参数带入表迖式，简化方程式得将上面的F夹和F扩力的表达式转换为EXCELL函数，并利用图表工具得到如图6所示的扩张器输出特性曲线。5

6、、F销II力的大小与方向根据图4一扩张臂受力分析图，设F销II力在X轴负向上的力为FX和在Y轴负向上的力为FY，将上面的表1中的参数代入F销II和a的表迖式，并将其转换为EXCELL函数，并利用图表工具得到图7所示的联轴节销轴力和a角度6、结论从整体结构出发，逐层剥茧式的方法清楚明了的说明了扩张臂的受力情况.使用此种理论和设计计算方法，可以最大限度地提高设计性能和结构的合理性，提高设计和改进产品性能的工作效率，并且对工具的使用有很强的指导意义。