在夹具设计中，采用适当的机械增力机构与液压传动技术相结合，可以有效地降低液压系统的工作压力，延长其使用寿命。但是，将常见的杠杆增力机构、铰杆增力机构和斜楔增力机构用于液压夹具时，往往造成夹具结构不紧凑，或摩擦损失较大。我们研究的钢球增力式液压夹具，则基本克服了上述缺点。
1 双钢球增力机构与无杆液压缸
1) 工作原理
图1所示为双钢球增力机构与无杆液压缸组成的液压夹具，其工作原理是：当换向阀在图示位置，压力油通往液压缸左腔，活塞向右运动，置于活塞中部孔中的钢球推动在其右上方的钢球向上运动；其右上方的钢球以输出力F推动夹具上的夹紧元件来对工件进行夹紧。当换向阀切换至右位工作时，活塞向左运动，使工件松开。
1.钢球 2.液压缸体 3.力作用线 4.活塞
图1
2) 力学计算
经建立力学模型并进行分析后可知，如果忽略力传递过程中的摩擦损失，图1所示系统的理论输出力Ft(单位N)、理论增力系数it的计算公式为
Ft=(pd2p/4)/tanat (1)
it=Ft/(pd2p/4)=1/tanat (2)
式中 d——活塞直径，m
p——液压缸左腔压力，Pa
αt——理论压力角，rad或(°)
图1所示系统的实际输出力Fp(单位N)及实际增力系数ip，可由下面的近似计算公式求得。
Fp≈pd2p/4tanat+tanj(3)ip≈
Fp=1(pd2p/4)tanat+tanj(4)
式中φ为活塞与液压缸内壁之间的摩擦角，单位为rad或(°)，即φ=arctanµ(µ为活塞与液压缸内壁之间的摩擦系数)。
需要注意的是，式(3)、(4)是在忽略钢球之间、钢球与其约束孔之间的摩擦损失的条件下得到的。此外，在进行夹具结构设计时还要注意，应对活塞设置周向定位装置。
2 三钢球增力机构与无杆液压缸
图2所示为三钢球增力机构与无杆液压缸组成的液压夹具，其工作原理是：活塞中部铣扁，并加工有一个通孔，孔内置有一个钢球。当换向阀在图示位置时，压力油通往液压缸左腔，活塞向右运动，置于活塞中部孔中的钢球，在其右下方钢球的作用下，便在孔中向上运动，并推动其右上方的钢球向上运动；其右上方的钢球以输出力F推动夹具上的夹紧元件来对工件进行夹紧。
1、5.钢球 2.液压缸体 3.力作用线 4.活塞
图2
图2所示系统中，若右上方和右下方的两个钢球的中心位于同一条垂直线上，则其理论输出力Ft、理论增力系数it的计算公式为
Ft=(pd2p/4)/2tanat (5)
it=Ft/(pd2p/4)=1/2tanat (6)
对于图2所示系统，由于力在传递过程中的摩擦损失较小，故其实际输出力Fp和实际增力系数ip，可以用理论公式来代替，进行近似计算。
3 技术性能比较
图1和图2所示两种系统的技术性能比较如下：
1) 在结构紧凑性和结构刚性上，图1系统优于图2系统。
2) 活塞的有效位移相同时，图2系统中右上角钢球的输出位移，是图1系统的2倍。
3) 在活塞受力条件上，图2系统优于图1系统。不难看出，图1系统中的活塞要承受很大的径向力，而图2系统中的活塞所受的径向力极小，可以忽略不计。
4) 由活塞受力条件所决定，图1所示系统的摩擦损失要显著大于图2所示系统。尽管从计算公式(2)、(6)对比来看，图1所示系统的理论增力系数it的值，是图2所示系统的2倍。但由于图1所示系统的摩擦损失较大，所以当理论压力角较小时，这两种系统的实际增力系数ip的值，差距并不显著。例如，设αt=8°，φ=6°，图1及图2所示系统的实际增力系数由式(4)及式(6)得ip1≈4.01，ip2≈3.56，图1所示系统的实际增力系数仅是图2所示系统的1.13倍。
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