Винтовые механизмы

Простые механизмы.

1. Винтовые механизмы.

Применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовок, в приспособлениях механизированного типа, а также в автоматических приспособлениях. Они просты, компактны и надежны в работе.

Винтовые зажимы – самые используемые. К их особенностям следует отнести: большие зажимные усилия при малых исходных; универсальность – для закрепления самых разнообразных деталей; самоторможение – исходное усилие действует только в момент закрепления. К недостаткам следует отнести малую производительность, износ. Применяются в основном в единичном и мелкосерийном производстве.

На показан пример закрепления винтовым зажимом:

Номинальный диаметр винта в мм определяется из соотношения:

где С= 1,4 коэффициент для метрической резьбы;

Q – сила закрепления заготовки, Н;

s - допустимое напряжение растяжения (сжатия) (для винтов из стали 45 - s = 80 – 100 МПа).

Рекомендуемые материалы

Диаметр округляется до ближайшего большего значения. В приспособлениях применяют резьбы от М8 до М42.

Расчётные формулы:

здесь: r_ср- средний радиус резьбы (по ГОСТ)

           α – угол подъёма резьбы

            L – длина рукоятки

            f – коэффициент трения 

b - угол профиля

           j=6…16°

Тогда исходное усилие зажима:

для приближённых вычислений можно использовать формулу:

На рисунке показан пример зажима детали гайкой.

Расчётные формулы:

В этом случае доля крутящего момента, развиваемого гаечным ключом, идущая на создание зажима, будет меньше из-за существования  трения на поверхности гайки.

для приближённых вычислений можно использовать формулу (для резьб М8-М48):

Приблизительная таблица усилий зажима:

Особенности конструирования винтовых зажимов.

На рисунке представлен пример зажимного винта с пятой. Трудновыполнимые штифтовые зажимы пяты могут выполняться проволочной дугой, а проще сделать как на рисунке 34-б. В этом случае сложность заключается в выполнении канавки под головку винта. Но в целом, проектирование такого узла проще.

где f = 0,15 – коэффициент трения;

Момент завинчивания гайки:

Р – сила, приложенная к ключу;

l – расчетная длина ключа (рукоятки).

Винты изготавливаются из стали 45 с т.о. до HRC 35 – 40.

Направляющая резьбовая втулка выполняется из углеродистой стали 35 или 45 без закалки.

Повышение производительности винтовых зажимов.

1. Применение быстросменных шайб.
2. Применение откидных шайб.
3. Наружный диаметр гайки должен быть меньше, чем отверстие детали, через которое гайка должна проходить при установке и снятии с обрабатываемой детали. Соблюдение условия d<D.
4. Применение быстросменных гаек.
5. Применение откидных планок и болтов.

Зазор вокруг штифта обязателен, усилие передаётся не штифтом, а радиусными щёчками рычага. Шайба так же обязательна, посредством её добиваются нужной высоты рычага. Паз под болт должен быть глубже на 1…2 мм (так же для настройки на размер детали). Скос нужен для более быстрого снятия детали – по радиусу гайка снимется без большого скручивания.

2. Клиновые механизмы.

Тело под действием силы Q перемещается по плоскости. Возникает нормальная реакция N и сила трения F, отклоняющая реакцию опоры от нормального направления на угол j. Этот угол называется углом трения. Из рис. видно, что:

Коэффициент трения скольжения f равен:

.

В силовых механизмах клин может работать с трением на двух поверхностях (наклонной поверхности и основании клина) или с трением только по наклонной поверхности (например, в цанговых патронах). На рис.___ показана схема действующих на зажатый односкосый клин с трением по двум поверхностям.

Здесь: N – нормальная сила на наклонной плоскости;

F – сила трения на наклонной плоскости;

W₁ – нормальная реакция основания;

F₁ – сила трения на основании клина.

При любом угле скоса a зажатый клин стремится вытолкнуть сила обратного действия Р_од, которая является горизонтальной составляющей 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:

с учетом того, что  для рис ____ :

Сила трения на основании клина:

где j₁ – угол трения на основании клина.

Величина нормальной реакции на основании клина:

Для предельного случая, когда клин переходит в несамотомозящий:

Подставив значения Р_од, F ‘, F₁ в условие предельного случая самоторможения:

при малых углах a слагаемое , а величина тангенсов углов близка к их значению в радианах. Тогда:

Считая, :

                                                      (*)

Для клина с трением только по одной плоскости – наклонной ():

                                                      (**)

Условия самоторможения клина соответственно будут:

                                       

Клин и сопряженные с ним детали обычно выполняют из стали с чисто обработанными (шлифованными) поверхностями. Для этих поверхностей в зависимости от условий работы клина принимают:

f = tg j = 0,1;       j = 5°43’

f = tg j = 0,15;       j = 8°30’

Тогда условия самоторможения соответственно будут:

для клина с трением на двух поверхностях:

для клина с трением только по наклонной поверхности:

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

Конструктивно клиновые механизмы выполняются:

1) с односкосым клином без роликов и с роликами. Они применяются в качестве усилителей пневмо- и гидроприводов.

2) многоклиновые самоцентрирующие механизмы, которые используются в конструкциях патронов и оправок.

Определение силы зажима W.

а)    для механизма с трением на обеих поверхностях клина сила зажима W будет зависеть от известной силы привода Q:

б)    для механизма с трением только на наклонной плоскости, когда :

в)    для клина с двумя роликами. В этом случае трение скольжение заменяется тренем качения:

г)         для клина с роликами только по наклонной плоскости:

3. Плунжерные механизмы.

Применяются с одним, двумя и большим числом плунжеров. Одно- и двухплунжерные обычно применяются в качестве усилителей привода; многоплунжерные – в качестве центрирующих механизмов патронов и оправок.

Плунжер представляет собой промежуточную деталь нажимного действия (обычно цилиндрический валик), служащую для передачи усилия от одного элемента механизма к другому или воздействующего непосредственно на зажимаемую заготовку.

ГОСТ 12483-67 устанавливает 3 исполнения конструкции плунжеров:

Плоским торцом плунжер воспринимает давление (напрмер создаваемое гидропластмассой), а сферическим торцом он воздействует на деталь или другой элемент приспособления.

Для обеспечения упругого воздействия  плунжера на деталь, ограниченного усилиями пружин применяются пустотелые плунжеры двух исполнений:

Материал плунжеров – сталь 45, твердость рабочих торцовых поверхностей – HRC 40…45.

Примеры:

4. Эксцентриковые зажимы.

Рабочая часть этих зажимов выполнена в виде цилиндрических или криволинейных кулачковых валиков. Зажим с их помощью осуществляется быстрее, чем с помощью винтовых устройств, однако возможность их применения более ограничена по сравнению с винтовыми, т.к. они хорошо работают только при незначительных отклонениях размеров поверхностей, по которым обрабатываемые детали укрепляются и при отсутствии вибраций.

1 – цилиндрический эксцентрик имеет широкое применение, т.к. прост в изготовлении. Недостатком такой конструкции является малый ход и непостоянство тормозящих свойств.

2 – отличается наличием среза для увеличения хода при установке и снятии обрабатываемой детали.

3 – имеет наибольшее применение на практике. Рабочая поверхность эксцентрика ограничивается сектором 60 - 90°, остальное срезается. Такой кулачок целесообразно применять для отвода зажимного механизма при установке и снятии детали на значительные расстояния (до 45 мм).

4 – зажим представляет собой сдвоенный кулачок 3 и применяется в центрирующих механизмах и плавающих тисках.

Все эти кулачки закрепляются на валу и при помощи рукоятки, прикрепленной к валу, вращаются вместе с ним.

5 – эксцентриковый рычаг, т.к. эксцентриковый кулачок в нем соединен с рукояткой. Диапазон их действия меньше, чем  кулачков.

Сила зажима заготовки:

где   Q – сила на рукоятке;

L – длина рукоятки;

j - угол трения покоя ( » 8°);

е – эксцентриситет;

a - угол подъема клина;

6 и 7 – эксцентриковые валики. Применяются в качестве запирающих механизмов для точно исполненных подвижных частей приспособлений. В этих случаях не требуется значительный эксцентриситет, а следовательно, можно применить валик малого диаметра. предпочтение следует отдавать двухопорным валикам 6, как более жестким и надежным против изгиба.

Рабочая поверхность эксцентриков может выполняться в виде окружности и криволинейной – в виде эвольвенты и спирали Архимеда. Различие их в том, что в развертке круговых эксцентриков клин получается криволинейным с предельным углом a, отсюда нестабильность зажима. В то же время технология изготовления круговых эксцентриков значительно проще, чем криволинейных. Самотормозящие свойства эксцентриков увеличиваются с увеличением угла поворота. Рекомендуемый угол поворота a_э = 30 - 135°

Материал для эксцентриков – сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8 – 1,2 мм и закалкой до HRC 55…60.

5. Рычажные механизмы.

1. Большой КПД (порядка 100%)
2. Высокое быстродействие
3. Отсутствие самоторможения, поэтому чаще всего используются как предающий механизм
4. Легко настраиваются на зажимаемый размер
5. Имеют большой и регулируемый коэффициент усиления
6. Простота и дешевизна

Рычаги  используются в виде прихватов, прижимных планок в винтовых и эксцентриковых зажимах или в качестве усилителей.

Применяются несколько схем использования прихватов:

1 схема:

W – сила зажима;

Q – исходная сила, развиваемая винтом, эксцентриком или штоком привода;

h - кпд, учитывающий потери на трение в опорах рычага.

2 схема:

Вместе с этой лекцией читают "10 Управление природопользованием в условиях натуральных форм хозяйствования".

3 схема:

Как видно из формул для определения сил зажима 1 схема наименее эффективна, т.к. при ее использовании сила зажатия детали меньше, чем приложенная приводом сила Q. Третья схема наиболее эффективна, т.к. дает возможность увеличивать приложенную силу.