ЛЕКЦИЯ 5. Зажимные устройства технологической оснастки

5.1. Рычажные механизмы

Рычаги прихватов для удобства установки заготовок выполняют передвижными и откидными. Детали прихватов, в основном, стандартизированы или нормализованы.

5.2. Клиновые механизмы

В качестве силовых механизмов станочных приспособлений применяются:

1) механизмы с односкосым клином без роликов и с роликами;

2) многоклиновые самоцентри­рующие механизмы.

Первые обычно используются в качестве усилителей пневмо- и гидроприводов, а вторые применяются в конструкциях патронов и оправок.

 Механизмы с односкосым клином

Из условия равновесия клина находим соотношение сил

Для идеального механизма   или

Рекомендуемые материалы

Для реального механизма

  Её горизонтальная составляющая 

Для механизма с трением на обеих поверхностях клина    или

Для механизма с трением только по наклонной плоскости клина (10)

Для клина с двумя роликами трение скольжения заменяется трением качения, и в формулу (10) вместо коэффициента трения скольжения (tgφ₁) и угла трения скольжения (φ) следует подставлять приведенные коэффициент трения качения (tgφ_1пр)  и угол трения качения (φ_пр), т. е. выраженные соответственно через коэффициент и угол трения скольжения. Формула (10) принимает вид:

Значения приведенных коэффициентов и углов трения качения найдем, рассматривая нижний ролик в равновесии.

Моменты приложенных к ролику сил трения F₁ и Т, взятые относительно центра ролика, равны, т. е.     так как     то      или        Для верхнего ролика

Приведенный угол трения

Для клина с роликом только на наклонной плоскости

Передаточное отношение  i_n перемещений и ход S_W

Условия и запас самоторможения клина без роликов определяются по формулам (4, 4а, 8, 8а). Клиновые механизмы с роликами обычно используются в качестве усилителей приводов и являются несамотормозящими. В таких механизмах обычно > 10°.

Условия самоторможения клина

В силовых механизмах клин может работать или с трением на двух поверхностях (наклонной поверхности и основании клина), или с трением только на наклонной поверхности. Последний случай обычно встречается в самоцентрирующих клиновых механизмах.

Схема сил, действующих на зажатый односкосый клин с трением на двух поверхностях. При любом угле скоса α зажатый клин стремится вытолкнуть сила обратного действия Р_од, представляющая собой горизонтальную составляющую нормальной реакции N; W - ее вертикальная составляющая. Силе Р_од противодействует сила трения F₁ на основании клина и горизонтальная составляющая F’ силы трения F на наклонной поверхности клина.

Условие равновесия клина   Из схемы сила трения

Ее горизонтальна я составляющая

Вертикальная составляющая силы трения F, равная Fsinα суммируется с вертикальной составляющей W нормальной силы N. Соответственно величина нормальной реакции на основании клина

а сила трения на основании клина

Для предельного случая перехода самотормозящего клина в несамотормозящий приобретает вид          

Подставив в эту формулу значения сил, получим

.

При малых углах α произведение близко к 0, а величина тангенсов углов близка к величине соответствующих углов в радианах. Тогда условие предельного равновесия клина выразится равенством

Полагая углы трения на обеих поверхностях клина одинаковыми, т. е. φ₁=φ , получим

α=2φ

Очевидно, что в заторможенном состоянии клин будет находиться, если угол его скоса α меньше 2φ.

Клин и сопряженные с ним детали обычно выполняются из стали, с шлифованными поверхностями. Для этих поверхностей, в зависимости от условий работы клина, принимают:   φ=5⁰43.  φ=8⁰30.

Для надежности заклинивания углы α при расчетах берут меньше предельных, исходя из потребного запаса самоторможения.

5.3. Эксцентриковые зажимы.

Эти зажимы являются быстродействующими, но развивают меньшую силу зажима, чем винтовые, имеют ограниченное линейное перемещение и не могут надежно работать при значительных колебаниях размеров между установочной и зажимаемой поверхностями обрабатываемых заготовок данной партии. В приспособлениях применяют круглые и криволинейные эксцентриковые зажимы. Круглый эксцентриковый зажим представляет собой диск или валик, поворачиваемый вокруг оси О, смещенной относительно геометрической оси эксцентрика на некоторую величину “е”, называемую эксцентриситетом. для надежного закрепления заготовок эксцентриковые зажимы должны быть самотормозящимися. Круглые эксцентрики изготовляют из стали 20Х, цементируют на глубину 0,8- 1,2 мм и затем закаливают до твердости НRС 55-60; некоторые виды круглых эксцентриков нормализованы. Известно, что условие самоторможения двух трущихся тел определяется: φ>α, где  φ- угол трения; α - угол подъема, под которым происходит трение. Следовательно, если угол подъема эксцентрика α  в определенном его положении не больше угла трения φ, то эксцентрик является самотормозящимся. Самотормозящиеся эксцентрики после зажима заготовки не изменяют своего положения. Самоторможение эксцентриковых зажимов обеспечивается при определенном отношении его наружного диаметра D к эксцентриситету “е”. для расчета основных размеров круглого эксцентрика необходимо иметь следующие данные: δ - допуск на размер обрабатываемой детали от ее установочной базы до места приложения силы зажима детали; α′ - угол поворота рукоятки эксцентрика от ее начального положения до момента зажима детали, град;  W - силу зажима заготовки, н.

Если нет ограничения для угла поворота эксцентрика, то его эксцентриситет:

где  S₁ - зазор для нормальной установки заготовки в приспособлении под эксцентрик,  S₂ - запас хода эксцентрика, предохраняющий его переход через мертвую точку (учитывает неточность изготовления и износ эксцентрика), мм; j - жесткость зажимного устройства приспособления, н/м  в среднем j = 118 МН/м.

Приняв  S₁= 0,2-0,4 мм и  S₂ = 0,1-0,5 мм, получим формулу для определения эксцентриситета (мм).

При ограничении угла поворота α′ эксцентрика эксцентриситет (α′  значительно меньше 180°):

Радиус R наружной поверхности эксцентрика определяют из условия его самоторможения.

Рассмотрев силы, действующие на круглый эксцентрик, найдем, что равнодействующая сила Т от сил зажима (реакции) W и силы трения F должна быть равна и направлена обратно силе реакции Т’ со стороны цапфы эксцентрика. Сила реакции Т’ находится по касательной к кругу трения радиуса ρ’. Из рисунка получим:

 где φ = 6⁰ – 8⁰- угол трения покоя, а R определяют из равенства   При е <ρ′   

где r -  радиус цапфы эксцентрика мм; Δ - толщина перемычки, мм; ρ′ - радиус круга трения, мм.

Величины ρ’ и  r определяют из равенства:

где f=0,12-0,15 - коэффициент трения покоя в цапфе эксцентрика.

Радиус цапфы эксцентрика можно определить задаваясь ее шириной b:

При b = 2r радиус цапфы эксцентрика.

где b - ширина эксцентрика в месте сопряжения с цапфой (осью), которую выбирают из конструктивных соображений;

σ_см = 14,7-19,6 (1,5-2) допустимое напряжение на смятие, Мн/м2 (кгс/мм2):

В лекции "6 Основные типы предпринимательского бизнеса" также много полезной информации.

Для полусухих поверхностей α =6-8°; f=0,18-0,2. Угол поворота эксцентрика соответствующий наименее выгодному для самоторможения эксцентрика положению, α =90°+ φ.

Ширина рабочей части эксцентрика:

где W - сила зажима детали, н (кгс); Е=1,96 ∙10⁵  - модуль упругости материала эксцентрика, МН/м² (кгс/мм2); R - радиус наружной поверхности эксцентрика, мм; σ_см =5,88 ∙10² - допустимое напряжение на смятие, Мн/м2 (кгс/мм2).

Условие самоторможения эксцентрикового зажима получается при . Отношение   называют характеристикой эксцентрика.

Круглые эксцентрики имеют небольшой линейный ход и их не следует применять для зажима заготовок деталей, имеющих большой допуск на размер детали в направлении ее зажима.

Достоинство круглых эксцентриков - простота их изготовления; недостатки - изменение угла подъема α и силы зажима W при закреплении заготовок с большими колебаниями размеров в направлении зажима.