轴向快速锁紧机构设计

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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
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:
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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。
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轴向快速锁紧装置设计
李章东
河南理工大学 机械与动力工程学院
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。
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1.1 螺母锁紧
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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。
(1)淬火钢珠相对轴滚动自锁; (2)淬火锕珠相对轴滑动自锁。
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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。
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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。 另设:
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;
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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。
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两个关键点的简要说明:wenku.baidu.com
即:
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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:
故有:
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因为:
将式(2)、(3),(4)代人式(1),整理可得:
整理上式,即得:
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则由前两图可知,淬火钢珠相对轴滑动自锁条件为:
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1.3 销套锁紧
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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。
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2. 光轴快速锁紧装置
1—驱动轴; 2—盘具; 3—锁紧套;*1—光轴
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光轴快速锁紧装置三维图
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移动。
光轴快速锁紧装置操作简单,便捷。
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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。
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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:
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。
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(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。
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。
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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:
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代入上式,整理得:
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:
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1-外套;2-内锥形套;3-淬火钢珠;4-内套;5-弹簧;6-拉帽
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光轴快速锁紧装置三维剖分图
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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
(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
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1.2 紧定螺钉套锁紧
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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。
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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
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