分形虎钳：百年前的天才设计工具介绍

什么是分形虎钳

之前油管上关注了一个旧翻新的博主，技术一流，但处理的都是些平平无奇的小机械，直到上周他拿出一个100年前的工具-分形虎钳！一下子惊艳到了我，这个东西是美国的一个叫Mantle & Co的公司在1920左右生产的，之所以这么特别，是因为与普通虎钳相比，它具有非常巧妙的机械设计-分形结构，这种结构赋予了它高度的自适应性，分形虎钳可以卡住几乎任意形状的工件。

‍分形虎钳

看完是不是觉得很神奇呢？能设计出这玩意儿的人，绝对是个天才，没准还是个出色的数学家。

通过视频中翻新哥的拆卸，可以看清楚分形虎钳里面的结构形式，然后弄明白它的工作原理。

分形虎钳有两片活动钳口，通过丝杠控制开合，每一片钳口都分为4个层级，而每一个层级又都有相似的结构/功能：扇形（的一部分）/旋转，旋转是通过滑槽实现的，滑槽上有限位孔，以保证每个扇形可以在一定角度内来回转动，从而使得最后一个层级的触手能够适应工件的复杂外形。

分形虎钳_Steve Lindsay仿制

Abaqus分形虎钳模拟要点

知道了分形虎钳的工作原理，我们可以在Abaqus中对它建模，然后模拟它的自适应卡置动作。首先，画出四级扇形钳口的草图，再分别拉伸出4个30mm厚的扇形，最后阵列装配起来。

分形虎钳草图与装配

卡槽的转动效果通过Hinge单元连接器来模拟，转角限位则需要在连接器属性里设置stop参数，为了分析的稳定，也可以加入其它属性。

连接器的使用

局部坐标系下的转动

在卡钳动作的过程中，由于每个扇形都可以绕其局部坐标系旋转，所以，只要还有触手未完全接触到工件，总是会存在一个非零的力矩使它转动，直到完全接触！这个力学逻辑在分形虎钳的每一个层级都是成立的，而这正是它的设计巧妙之处！

速度矢量图

无论工件外形多么复杂，当所有触手和工件完全接触之后，压力会得到比较完整的分配，从而产生足够且均衡的摩擦力将工件固定起来，通过CPRESS可以看到这一点。

触手接触压力

分形虎钳

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