在夾具設計中，採用適當的機械增力機構與液壓傳動技術相結合，可以有效地降低液壓系統的工作壓力，延長其使用壽命。但是，將常見的槓桿增力機構、鉸杆增力機構和斜楔增力機構用於液壓夾具時，往往造成夾具結構不緊湊，或摩擦損失較大。我們研究的鋼球增力式液壓夾具，則基本克服了上述缺點。
1 雙鋼球增力機構與無杆液壓缸
1) 工作原理
圖1所示為雙鋼球增力機構與無杆液壓缸組成的液壓夾具，其工作原理是：當換向閥在圖示位置，壓力油通往液壓缸左腔，活塞向右運動，置於活塞中部孔中的鋼球推動在其右上方的鋼球向上運動；其右上方的鋼球以輸出力F推動夾具上的夾緊元件來對工件進行夾緊。當換向閥切換至右位工作時，活塞向左運動，使工件鬆開。
1.鋼球 2.液壓缸體 3.力作用線 4.活塞
圖1
2) 力學計算
經建立力學模型並進行分析後可知，如果忽略力傳遞過程中的摩擦損失，圖1所示系統的理論輸出力Ft(單位N)、理論增力系數it的計算公式為
Ft=(pd2p/4)/tanat (1)
it=Ft/(pd2p/4)=1/tanat (2)
式中 d——活塞直徑，m
p——液壓缸左腔壓力，Pa
αt——理論壓力角，rad或(°)
圖1所示系統的實際輸出力Fp(單位N)及實際增力系數ip，可由下面的近似計算公式求得。
Fp≈pd2p/4tanat+tanj(3)ip≈
Fp=1(pd2p/4)tanat+tanj(4)
式中φ為活塞與液壓缸內壁之間的摩擦角，單位為rad或(°)，即φ=arctanµ(µ為活塞與液壓缸內壁之間的摩擦係數)。
需要注意的是，式(3)、(4)是在忽略鋼球之間、鋼球與其約束孔之間的摩擦損失的條件下得到的。此外，在進行夾具結構設計時還要注意，應對活塞設置周向定位裝置。
2 三鋼球增力機構與無杆液壓缸
圖2所示為三鋼球增力機構與無杆液壓缸組成的液壓夾具，其工作原理是：活塞中部銑扁，並加工有一個通孔，孔內置有一個鋼球。當換向閥在圖示位置時，壓力油通往液壓缸左腔，活塞向右運動，置於活塞中部孔中的鋼球，在其右下方鋼球的作用下，便在孔中向上運動，並推動其右上方的鋼球向上運動；其右上方的鋼球以輸出力F推動夾具上的夾緊元件來對工件進行夾緊。
1、5.鋼球 2.液壓缸體 3.力作用線 4.活塞
圖2
圖2所示系統中，若右上方和右下方的兩個鋼球的中心位於同一條垂直線上，則其理論輸出力Ft、理論增力系數it的計算公式為
Ft=(pd2p/4)/2tanat (5)
it=Ft/(pd2p/4)=1/2tanat (6)
對於圖2所示系統，由於力在傳遞過程中的摩擦損失較小，故其實際輸出力Fp和實際增力系數ip，可以用理論公式來代替，進行近似計算。
3 技術性能比較
圖1和圖2所示兩種系統的技術性能比較如下：
1) 在結構緊湊性和結構剛性上，圖1系統優於圖2系統。
2) 活塞的有效位移相同時，圖2系統中右上角鋼球的輸出位移，是圖1系統的2倍。
3) 在活塞受力條件上，圖2系統優於圖1系統。不難看出，圖1系統中的活塞要承受很大的徑向力，而圖2系統中的活塞所受的徑向力極小，可以忽略不計。
4) 由活塞受力條件所決定，圖1所示系統的摩擦損失要顯著大於圖2所示系統。儘管從計算公式(2)、(6)對比來看，圖1所示系統的理論增力系數it的值，是圖2所示系統的2倍。但由於圖1所示系統的摩擦損失較大，所以當理論壓力角較小時，這兩種系統的實際增力系數ip的值，差距並不顯著。例如，設αt=8°，φ=6°，圖1及圖2所示系統的實際增力系數由式(4)及式(6)得ip1≈4.01，ip2≈3.56，圖1所示系統的實際增力系數僅是圖2所示系統的1.13倍。
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