轴向快速锁紧机构设计概诉

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)淬火锕珠相对轴滑动自锁。
2018/12/5
21
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。下图淬火钢珠的临界自锁状态受力图。
2018/12/5
22
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； 另设：
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。
1. 传统的轴向锁紧装置
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。
3
1.1 螺母锁紧
4
螺母锁紧装置多用于悬臂轴。为了适用于不同轴
向厚度的材料及增强锁紧的可靠性，轴端螺纹往往设
计的比较长，而螺距又比较小。这样，在夹持轴向厚
考虑弹簧反力对钢珠的作用，其值亦与自锁角大小
无关。
2018/12/5
29
3.3 结 论
(1) 反向自锁式轴向锁紧装置操作简单、便捷，可明 显降低操作强度，提高工作效率； (2) 反向自锁式轴向锁紧装置轴向调整连续性好； (3) 反向自锁式轴向锁紧装置的反向自锁特性大大提高 了锁紧的可靠性； (4) 反向自锁式轴向锁紧装置筒化了锁紧轴的加工过程， 降低了加工成本； (5) 反向自锁式轴向锁紧装置结构紧凑，具有免维修 的特性 。 总之 反向自锁式轴向锁紧装置是适于频繁拆装 或轴向调整，且锁紧可靠性颇高的轴向锁紧装置。 2018/12/5 30
2018/12/5 13
1-外套；2-内锥形套；3-淬火钢珠；4-内套；5-弹簧；6-拉帽
2018/12/5
光轴快速锁紧装置三维剖分图
14
2.1
结构特点
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
2018/12/5 18
2.2
使用方法
轴向锁紧物件时，将该装置内锥形套端套在轴
上，直接向内推动外套，即可使整个装置沿轴移动，
直至压紧物件为止。整个移动过程中，在轴上任一
位置反向拉外套，都不能使该装置产生反向移动。
拆卸时，食指、拇指握住外套，中指向外勾出环形
拉帽，即可解除反向自锁，轻松地使整个装置反向
度比较小的材料时，就会造成装拆效率的降低；而操
作中稍有疏忽，更会造成裸露过长而强度不高的细螺
纹的局部损伤。
2018/12/5
5
1.2 紧定螺钉套锁紧
2018/12/5
6
2018/12/5
7
紧定螺钉套锁紧装置的应用比较广泛，其轴向锁 紧的可靠程度取决于紧定螺钉的旋紧程度。为了确保 锁紧的可靠性，只有增加螺钉的旋紧力，这样，既增 加了拆装难度，又增加了轴面损伤、螺钉及套螺孔螺 纹损坏的可能。
移动。
光轴快速锁紧装置操作简单，便捷。
2018/12/5 19
3.光轴快速锁紧装置反向自锁条件受力分析
光轴快速锁紧装置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。
2018/12/5
20
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
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。
2018/12/5 23
3.1
淬火钢珠相对轴滚动自锁
淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时，必有：
又知：
故有：
2018/12/5
24
将
代入上式，整理得：
2018/12/5
27
则由前两图可知，淬火钢珠相对轴滑动自锁条件为：
即：
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：
2018/12/5
28
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
小；
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；
2018/12/5 15
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。
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。
2018/12/5
16
两个关键点的简要说明： (1)淬火钢珠的数量 淬火钢珠是该装置实现锁紧功能的最终执行者， 钢珠的数目与装置的锁紧可靠性密切相关。从装置所 承受的轴向力方面考虑，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，不至于因承力过于集中而造成表面划伤，从而 导致锁紧失效。但就线缆行业盘具装卡而言，绝太多 数情况下．轴向力均为较小的附属力，不需要过分考 虑，钢珠取3～4颗即可。至于，用于具有较大轴向力 的装卡时，钢珠数目应适当增加，并需适当提高锁紧 轴的表面硬度。
2018/12/5
8
1.3 销套锁紧
2018/12/5
9
销套锁紧装置是靠套内弹性定位锁销入轴上 锁孔(槽)而定位的轴向锁紧装置。其特点是可靠 性高，但轴向调整连续性差。
2018/12/5
10
2. 光轴快速锁紧装置
1—驱动轴； 2—盘具； 3—锁紧套；*1—光轴
2018/12/5
12
光 轴 快 速 锁 紧 装 置 三 维 图
2018/12/5 17
(2)圆柱螺旋压缩弹簧的作用
弹簧在该装置中起着不可忽视的作用，它使钢珠
与内锥面保持接触，并在二者之问产生适当的预压力。
这避免了装置使用中，因钢珠与内锥面间存在间隙，
而不能及位锁紧的可能；同时，也避免了轴向力不稳
定时，钢珠与内锥面间歇接触，从而导致钢珠逐步后
退，使锁紧失效的可能。而弹簧的可压缩性又为便捷 地解除自锁，简化操作提供了条件。
整理上式，可得滚动自锁角为：
可知，淬火钢珠相对轴滚动自锁条件为：
即：
2018/12/5 25
3.2 淬火钢珠相对轴滑动自锁
如钢珠的临界自锁状态受力图所示，淬火钢 珠相对轴临界滑动自锁状态时，必有：
可知：wenku.baidu.com
故有：
2018/12/5 26
因为：
将式(2)、(3)，(4)代人式(1)，整理可得：
整理上式，即得：