轴向快速锁紧装置教学文稿

轴向快速锁紧装置

专业班级机设03班第五组

设计方案报告

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页

第页编号：

产品名称

光轴快速

锁紧装置

生产纲

领

件/年

学生姓名魏文才程亚茹丁莉莉赵梦坡

张扬扬邢亚南王新伟零件名称生产批

量

件/月

1、设计概述

轴向锁紧装置在光、电缆生产设备及其他多种行业的生产设备中广泛应用。

传统的轴向锁紧装置以螺母锁紧装置、紧定螺钉套锁紧装置和销套锁紧装置最为常见：

螺母锁紧装置：轴端螺纹往往设计得比较长，而螺距又比较小，已造成装拆效率低或造成裸露过

长而强度不高的细螺纹的局部损伤。

。紧定螺钉套锁紧装置：为了确保锁紧的可靠性，只有增加螺钉的旋紧力，这样，既增

加了拆卸难度，又增加了轴面损伤、螺钉及套螺孔螺纹损坏的可能。

销套锁紧装置：靠套内弹性定位锁销入轴上锁孔而定位的轴向锁紧装置；特点是可靠性高，但轴向

调整连续性差。

综上所述，传统的轴向锁紧装置不太适于频繁拆装或轴向调整，且有的锁紧可靠性不高。

为此我们要探究制造一种适于频繁拆装或轴向调整，且锁紧可靠性颇高的轴向锁紧装置，更好地服务应用于各行各业中的生产设备。

2、设计思路和方案

力学中有一类现象称为“自锁现象”，当自锁条件满足时，外力越大，物体保持静止的能力越强．人们利用自锁现象的力学原理开发出了各种各样的机械工具，这些工具广泛应用于工农业生产中；在日常生活中利用这一原理的现象也随处可见。

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依此现象我们设计了一种光杆轴向快速锁紧装置，它的核心部件是内锥形套，其内锥面斜度角的合理选择是该装置可靠性(即反向自锁性)的首要保障，下图为内锥形套结构图。

当轴向外力作用在该装置外套及内锥形套外端面时，内锥形套通过锥面与淬火钢珠

接触点作用的法向力使钢珠产生沿轴滚动及滑动的趋势。为了实现该装置的反向自

锁，内锥形套锥面斜度角必须满足以下两个条件： (1)淬火钢珠相对轴滚动自锁； (2)淬火钢珠相对轴滑动自锁。 下面以淬火钢珠为研究对象，分别就这两方面进行受力分析。 右图淬火钢珠的临界自锁状态受力图。

图中： N ——轴对淬火钢珠的法向反作用力；

P ——外力导致内锥形套通过B 点作用于淬火钢珠的法向力；

TA ——轴面作用于淬火钢珠的最大静摩擦力； TB ——内锥形套作用于淬火钢珠的最大静摩擦力。

f1—— 轴面与淬火钢珠间的静摩擦系数；f2—— 内锥形套锥面与淬火钢珠问的静摩擦系数； R —— 淬火钢珠的半径。

淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时，必有： 淬火钢珠相对轴临界滑动自锁状态时，必有：

0=∑A

M 0=∑x F

()''cos 1sin φφ+••-••=∑R T R P M

B

A A

B x T T P F -•-•=∑''cos sin φφ 故：0)cos 1(sin ''=+••-••φφR T R P B 故：()10cos sin ''---=-•-•A B T T P φφ

将P f T B •=2代入上式，整理得： 因为：()

()()

4sin cos 32''21---•+•=-----------•=-----------•=φφB B A T P N P f T N f T

2'

2

f t

g =⎪⎭

⎫

⎝⎛φ 将式(2)、(3)，(4)代人式(1)，整理可得：

整理上式，可得滚动自锁角为： ()()0cos sin 1'21'21=•+-••-φφf f f f 2'2arctgf =φ 整理上式，即得：()()[]2121'1/f f f f arctg •-+=φ 可知，淬火钢珠相对轴滚动自锁条件为： 'φφ≤ 即 22arctgf ≤φ

则由前两图可知，淬火钢珠相对轴滑动自锁条件为：'φφ≤ 即()()[]2121'1/f f f f arctg •-+≤φ

综合上述受力分析的结果，可得反向自锁式轴向锁紧装置实现反向自锁的条件为： {()()[]}()51/,2m in 21212----•-+≤f f f f arctg arctgf φ 材料45# 查得：15.015.021=---=f f 得ο06.17≤φ故ο15=φ

（实际应中，为保证装置反向自锁的可靠性及结构的紧凑性，φ值的选择应比式(5)所求得的值小2～3°为宜。） 有一点需说明，上述受力分析过程中，不需要考虑弹簧反力对钢珠的作用，其值亦与自锁角大小无关。

3、设计结果 光 轴 快 速 锁 紧 装 置 三 维 剖 分 图 1）外套与内锥形套间，内套与拉帽间均为过盈配合、压力装配；

2）外套与内锥形套端面比内套端面略微突出；

3）内套孔径D2比锁紧轴直径略大，均布钢珠（3—4颗)的最小公共内切圆直径D1 比锁紧轴直径略小；

4）4）内锥形套圆柱面内孔直径比均布钢珠的最小公共外切圆直径略小，并与其内套配合面呈间隙配合；

5）圆柱螺旋压缩弹簧保证淬火钢珠与内锥形套内锥面有效接触，且操作灵活。

1-外套；2-内锥形套；3-淬火钢珠；4-内套；5-弹簧；6-拉帽 另外，内锥形套是光轴快速锁紧装置的主要承力件，具有较高的表面硬度。

两个关键点的简要说明：

(1)淬火钢珠的数量 随轴向力的增大，钢珠的数目宜适当增加。其目的是对于表面硬度相对较低的轴而言，不至于因承力过

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