軸向快速鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(測控)97-2003版

軸向快速鎖緊裝置設(shè)計

與制造

河南理工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院李章東

軸向鎖緊裝置在光、電纜生產(chǎn)設(shè)備及其他多種行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備中廣泛應(yīng)用。1.傳統(tǒng)的軸向鎖緊裝置2023/1/143

傳統(tǒng)的軸向鎖緊裝置以螺母鎖緊裝置、緊定螺釘套鎖緊裝置和銷套鎖緊裝置最為常見。

1.1螺母鎖緊2023/1/144螺母鎖緊裝置多用于懸臂軸。為了適用于不同軸向厚度的材料及增強(qiáng)鎖緊的可靠性，軸端螺紋往往設(shè)計的比較長，而螺距又比較小。這樣，在夾持軸向厚度比較小的材料時，就會造成裝拆效率的降低；而操作中稍有疏忽，更會造成裸露過長而強(qiáng)度不高的細(xì)螺紋的局部損傷。2023/1/1452023/1/1461.2緊定螺釘套鎖緊2023/1/147緊定螺釘套鎖緊裝置的應(yīng)用比較廣泛，其軸向鎖緊的可靠程度取決于緊定螺釘?shù)男o程度。為了確保鎖緊的可靠性，只有增加螺釘?shù)男o力，這樣，既增加了拆裝難度，又增加了軸面損傷、螺釘及套螺孔螺紋損壞的可能。2023/1/1482023/1/1491.3銷套鎖緊2023/1/1410銷套鎖緊裝置是靠套內(nèi)彈性定位鎖銷入軸上鎖孔(槽)而定位的軸向鎖緊裝置。其特點是可靠性高，但軸向調(diào)整連續(xù)性差。1—驅(qū)動軸；2—盤具；3—鎖緊套；*1—光軸2.光軸快速鎖緊裝置2023/1/14122023/1/1413光軸快速鎖緊裝置三維圖2023/1/1414

光軸快速鎖緊裝置三維剖分圖1-外套；2-內(nèi)錐形套；3-淬火鋼珠；4-內(nèi)套；5-彈簧；6-拉帽

1）外套與內(nèi)錐形套間，內(nèi)套與拉帽間均為過盈配合、壓力裝配；

2）外套與內(nèi)錐形套端面比內(nèi)套端面略微突出；

3）內(nèi)套孔徑D2比鎖緊軸直徑略大，均布鋼珠（3—4顆)的最小公共內(nèi)切圓直徑D1比鎖緊軸直徑略?。?/p>

4）內(nèi)錐形套圓柱面內(nèi)孔直徑比均布鋼珠的最小公共外切圓直徑略小，并與其內(nèi)套配合面呈間隙配合；2023/1/14152.1結(jié)構(gòu)特點

5）圓柱螺旋壓縮彈簧保證淬火鋼珠與內(nèi)錐形套內(nèi)錐面有效接觸，且操作靈活。

另外，內(nèi)錐形套是光軸快速鎖緊裝置的主要承力件，具有較高的表面硬度。2023/1/14162023/1/1417兩個關(guān)鍵點的簡要說明：(1)淬火鋼珠的數(shù)量

淬火鋼珠是該裝置實現(xiàn)鎖緊功能的最終執(zhí)行者，鋼珠的數(shù)目與裝置的鎖緊可靠性密切相關(guān)。從裝置所承受的軸向力方面考慮，隨軸向力的增大，鋼珠的數(shù)目宜適當(dāng)增加。其目的是對于表面硬度相對較低的軸而言，不至于因承力過于集中而造成表面劃傷，從而導(dǎo)致鎖緊失效。但就線纜行業(yè)盤具裝卡而言，絕太多數(shù)情況下．軸向力均為較小的附屬力，不需要過分考慮，鋼珠取3～4顆即可。至于，用于具有較大軸向力的裝卡時，鋼珠數(shù)目應(yīng)適當(dāng)增加，并需適當(dāng)提高鎖緊軸的表面硬度。2023/1/1418(2)圓柱螺旋壓縮彈簧的作用彈簧在該裝置中起著不可忽視的作用，它使鋼珠與內(nèi)錐面保持接觸，并在二者之問產(chǎn)生適當(dāng)?shù)念A(yù)壓力。這避免了裝置使用中，因鋼珠與內(nèi)錐面間存在間隙，而不能及位鎖緊的可能；同時，也避免了軸向力不穩(wěn)定時，鋼珠與內(nèi)錐面間歇接觸，從而導(dǎo)致鋼珠逐步后退，使鎖緊失效的可能。而彈簧的可壓縮性又為便捷地解除自鎖，簡化操作提供了條件。2023/1/1419軸向鎖緊物件時，將該裝置內(nèi)錐形套端套在軸上，直接向內(nèi)推動外套，即可使整個裝置沿軸移動，直至壓緊物件為止。整個移動過程中，在軸上任一位置反向拉外套，都不能使該裝置產(chǎn)生反向移動。拆卸時，食指、拇指握住外套，中指向外勾出環(huán)形拉帽，即可解除反向自鎖，輕松地使整個裝置反向移動。光軸快速鎖緊裝置操作簡單，便捷。2.2使用方法2023/1/14203.光軸快速鎖緊裝置反向自鎖條件受力分析光軸快速鎖緊裝置的核心部件是內(nèi)錐形套，其內(nèi)錐面斜度角的合理選擇是該裝置可靠性(即反向自鎖性)的首要保障，下圖為內(nèi)錐形套結(jié)構(gòu)圖。2023/1/1421

當(dāng)軸向外力作用在該裝置外套及內(nèi)錐形套外端面時，內(nèi)錐形套通過錐面與淬火鋼珠接觸點作用的法向力使鋼珠產(chǎn)生沿軸滾動及滑動的趨勢。為了實現(xiàn)該裝置的反向自鎖，內(nèi)錐形套錐面斜度角必須滿足以下兩個條件：(1)淬火鋼珠相對軸滾動自鎖；(2)淬火錒珠相對軸滑動自鎖。2023/1/1422

下面以淬火鋼珠為研究對象，分別就這兩方面進(jìn)行受力分析。下圖淬火鋼珠的臨界自鎖狀態(tài)受力圖。2023/1/1423圖中：

N——軸對淬火鋼珠的法向反作用力；

P——外力導(dǎo)致內(nèi)錐形套通過B點作用于淬火鋼珠的法向力；

TA——軸面作用于淬火鋼珠的最大靜摩擦力；

TB——內(nèi)錐形套作用于淬火鋼珠的最大靜摩擦力。另設(shè)：

f1——軸面與淬火鋼珠間的靜摩擦系數(shù)；f2——內(nèi)錐形套錐面與淬火鋼珠問的靜摩擦系數(shù)；R——淬火鋼珠的半徑。2023/1/14243.1淬火鋼珠相對軸滾動自鎖淬火鋼珠相對軸臨界滾動自鎖狀態(tài)時，必有：又知：故有：2023/1/1425將代入上式，整理得：整理上式，可得滾動自鎖角為：可知，淬火鋼珠相對軸滾動自鎖條件為：即：2023/1/14263.2淬火鋼珠相對軸滑動自鎖如鋼珠的臨界自鎖狀態(tài)受力圖所示，淬火鋼珠相對軸臨界滑動自鎖狀態(tài)時，必有：可知：故有：2023/1/1427因為：將式(2)、(3)，(4)代人式(1)，整理可得：整理上式，即得：2023/1/1428則由前兩圖可知，淬火鋼珠相對軸滑動自鎖條件為：綜合上述受力分析的結(jié)果，可得反向自鎖式軸向鎖緊裝置實現(xiàn)反向自鎖的條件為：即：2023/1/1429實際應(yīng)中，為保證裝置反向自鎖的可靠性及結(jié)構(gòu)的緊湊性，φ值的選擇應(yīng)比式(5)所求得的值小2～3°為宜。有一點需說明，上述受力分析過程中，不需要考慮彈簧反力對鋼珠的作用，其值亦與自鎖角大小無關(guān)。2023/1/14303.3結(jié)論

(1)反向自鎖式軸向鎖緊裝置操作簡單、便捷，可明顯降低操作強(qiáng)度，提高工作效率；(2)反向自鎖式軸向鎖緊裝置軸向調(diào)整連續(xù)性好；(3)反向自鎖式軸向鎖緊裝置的反向自鎖特性大大提高了鎖緊的可靠性；(4)反向自鎖式軸向鎖緊裝置筒化了鎖緊軸的加工過程，降低了加工成本；(5)反向自鎖式軸向鎖緊裝置結(jié)構(gòu)緊湊，具有免維修的特性?？傊聪蜃枣i式軸向鎖緊裝置是適于頻繁拆裝或軸向調(diào)整，且鎖緊可靠性頗高的軸向鎖緊裝置。2023/1/14314一種簡捷快速螺母鎖緊結(jié)構(gòu)

快速移動時的姿態(tài)2023/1/1432快速旋緊螺母是在正常螺母的基礎(chǔ)上，又加工了一個軸線與螺紋孔軸線相交成一定角度的孔，而該孔的直徑略大于鎖緊軸的直徑?？焖傩o螺母結(jié)構(gòu)特點：2023/1/1433快速移動時姿態(tài)三維剖分圖2023/1/1434快速旋緊螺母三維結(jié)構(gòu)圖2023/1/1435快速旋緊螺母鎖緊時的姿態(tài)2023/1/1436二、任務(wù)及要求1.作品設(shè)計并制作“快速螺桿、光杠（軸）鎖緊裝置”，被鎖軸三種尺寸：Φ20、Φ25、Φ30。2.分組每個團(tuán)隊按照4-6人進(jìn)行組隊，可以跨班組隊，但需要注明班級（不是同一班的），每隊設(shè)置一負(fù)責(zé)人，各班組隊名單由班長統(tǒng)一匯總上報工程訓(xùn)練中心（每個團(tuán)隊有負(fù)責(zé)人聯(lián)系電話，并注明負(fù)責(zé)人是誰，同時各班班長電話需要注明），第10周周四下午6:00前，紙質(zhì)檔交工程訓(xùn)練中心辦公室314，電子檔發(fā)52701443@（郵件注明班級）。3.要求每個團(tuán)隊完成作品“快速螺桿、光杠（軸）鎖緊裝置”的設(shè)計、制作，同時每個團(tuán)隊提交四大報告（設(shè)計方案、工藝方案、成本分析、工程管理）及上交作品，鎖緊機(jī)構(gòu)中的拉帽零件要求用快速成型制作。進(jìn)度安排2023/1/1437時間任務(wù)安排備注第9周任務(wù)安排、學(xué)生分組要求。分組表由班長統(tǒng)計、簽字后，紙質(zhì)檔交工程訓(xùn)練中心辦公室314，分組表電子檔發(fā)：52701443@（郵件注明班級，第10周周四下午6:00前發(fā)送）。第10周設(shè)計方案審核。方案交負(fù)責(zé)指導(dǎo)老師審核第11周設(shè)計圖紙審核及修改、確定加工材料和加工機(jī)床。1.圖紙交負(fù)責(zé)教師審核；2.材料以圓鋼為主，設(shè)計零件尺寸圓鋼直徑最大尺寸不得超過60mm；3.需要加工的地方進(jìn)行分組熟悉場地。4.到現(xiàn)場分組，所有組分成兩半，一半在數(shù)控車加工，一半在普通車加工。第12-15周到車削、數(shù)控等教學(xué)組進(jìn)行分組安排零件的車削、數(shù)控車削加工制作等。車削加工找車削組負(fù)責(zé)人閆金霞，數(shù)控車削安排找程會營，加工時服從指導(dǎo)老師安排。第16-17周零件鉆孔、彈簧參數(shù)上報等。1.鉗工加工找負(fù)責(zé)人李紅霞安排；2.彈簧參數(shù)在16周前，由各班上報，具體格式見附件。第17-18周快速成型加工、裝配、分組答辯。1.鉗工加工完畢的，到快速成型進(jìn)行加工，快速成型加工找負(fù)責(zé)人肖偉安排；2.答辯方式及地點另行通知；3.四大設(shè)計報告提交中心教務(wù)管理辦公室314。備注1.零件加工主要在實訓(xùn)中心完成，設(shè)計圖紙、設(shè)計方案經(jīng)指導(dǎo)老師審核后，方可進(jìn)行加工；鎖緊機(jī)構(gòu)中所用到的標(biāo)準(zhǔn)件彈簧，絲徑選用為Φ2，彈簧統(tǒng)一購買，每個彈簧需要確定彈簧中徑尺寸、有效圈數(shù)、自由長度（彈簧參數(shù)上報需要核算清楚，一旦上報出錯，由團(tuán)隊自己承擔(dān)責(zé)任，不再安排制作）。2.請各團(tuán)隊嚴(yán)格按照時間節(jié)點進(jìn)行加工，若在規(guī)定時段內(nèi)，不能提交作品的，成績不及格。3.中心可提供Φ20、Φ30、Φ40、Φ45、Φ50、Φ60的圓鋼。4.鎖緊用到的鋼珠，請到鉗工領(lǐng)取。成績考核2023/1/1438考核成績=作品（60%，其中拉帽零件需要快速成型制作，占作品成績的10%）+四大報告（30%）+答辯（10%）。六、其他事宜

1.制作產(chǎn)品需要的圓鋼材料必須在直徑Φ60以內(nèi)；

3.第10周周四上午，指導(dǎo)教師在機(jī)械樓407指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計、圖紙審核；

4.各班要抓緊時間設(shè)計和制作，必須在規(guī)定時間內(nèi)完成，四大報告不得抄襲，否則按0分處理；

5.有疑問可和工程訓(xùn)練中心聯(lián)系，電話：3986392，聯(lián)系人：鄧?yán)蠋煟恢笇?dǎo)教師：李章東，聯(lián)系電話

6.分組名單格式模板：

2023/1/1439分組負(fù)責(zé)人成員負(fù)責(zé)人電話第一組××××××

×××

×××

×××

×××(鍛壓2班)第二組×××…………第三組…第四組…第五組…鍛壓13-1班分組名單注：1.×××（鍛壓13-1班班長），電話：×××。專業(yè)班級零件名稱總頁第頁編號：產(chǎn)品名稱生產(chǎn)綱領(lǐng)