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1、軸向快速鎖緊裝置設計,河南理工大學 機械與動力工程學院,李章東,軸向鎖緊裝置在光、電纜生產設備及其他多種行業(yè)的生產設備中廣泛應用。,1. 傳統(tǒng)的軸向鎖緊裝置,2020/8/21,3,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,2020/8/21,4,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鎖緊的可靠性，軸端螺紋往往設計的比較長，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度不高的細螺紋的局部損傷。,2020/8/21,5,2020/8/21,6,1.2

2、緊定螺釘套鎖緊,2020/8/21,7,,緊定螺釘套鎖緊裝置的應用比較廣泛，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。,2020/8/21,8,2020/8/21,9,1.3 銷套鎖緊,2020/8/21,10,銷套鎖緊裝置是靠套內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，但軸向調整連續(xù)性差。,1驅動軸； 2盤具； 3鎖緊套；*1光軸,2. 光軸快速鎖緊裝置,,2020/8/21,12,,,2020/8/21,13,光 軸 快 速 鎖 緊 裝 置 三

3、維 圖,2020/8/21,14,光 軸 快 速 鎖 緊 裝 置 三 維 剖 分 圖,1-外套；2-內錐形套；3-淬火鋼珠；4-內套；5-彈簧；6-拉帽,1）外套與內錐形套間，內套與拉帽間均為過盈配合、壓力裝配； 2）外套與內錐形套端面比內套端面略微突出； 3）內套孔徑D2比鎖緊軸直徑略大，均布鋼珠（34顆)的最小公共內切圓直徑D1 比鎖緊軸直徑略?。? 4）內錐形套圓柱面內孔直徑比均布鋼珠的最小公共外切圓直徑略小，并與其內套配合面呈間隙配合；,2020/8/21,15,2.1 結構特點,5）圓柱螺旋壓縮彈簧保證淬火鋼珠與內錐形套內錐面有效接觸，且操作靈活。 另外，內錐形套是光軸快速

4、鎖緊裝置的主要承力件，具有較高的表面硬度。,2020/8/21,16,2020/8/21,17,兩個關鍵點的簡要說明：,(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。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34顆即可。至于，用于具有較大軸向力的裝卡時，鋼珠數(shù)目應適當增加，并需適當提高鎖緊軸的表面硬度。,2020/8/21,18,(2

5、)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，它使鋼珠與內錐面保持接觸，并在二者之問產生適當?shù)念A壓力。這避免了裝置使用中，因鋼珠與內錐面間存在間隙，而不能及位鎖緊的可能；同時，也避免了軸向力不穩(wěn)定時，鋼珠與內錐面間歇接觸，從而導致鋼珠逐步后退，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。,2020/8/21,19,軸向鎖緊物件時，將該裝置內錐形套端套在軸上，直接向內推動外套，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

6、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,2020/8/21,20,3.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錐形套，其內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，下圖為內錐形套結構圖。,2020/8/21,21,當軸向外力作用在該裝置外套及內錐形套外端面時，內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。,2020/8/21,22,下面以淬火

7、鋼珠為研究對象，分別就這兩方面進行受力分析。下圖淬火鋼珠的臨界自鎖狀態(tài)受力圖。,2020/8/21,23,圖中： N軸對淬火鋼珠的法向反作用力； P外力導致內錐形套通過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 內錐形套作用于淬火鋼珠的最大靜摩擦力。 另設： f1 軸面與淬火鋼珠間的靜摩擦系數(shù)； f2 內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。,2020/8/21,24,3.1 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：,2020/8/21,25,將,代入上式，整理得：,

8、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：,2020/8/21,26,3.2 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：,2020/8/21,27,因為：,將式(2)、(3)，(4)代人式(1)，整理可得：,整理上式，即得：,2020/8/21,28,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：,2020/8/21,29,實際應中，為保證裝置反向自鎖的可靠性及結構的緊湊性，值的選擇應比式(5)所求得的值小23為

9、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。,2020/8/21,30,3.3 結 論,(1) 反向自鎖式軸向鎖緊裝置操作簡單、便捷，可明顯降低操作強度，提高工作效率； (2) 反向自鎖式軸向鎖緊裝置軸向調整連續(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構緊湊，具有免維修的特性 。 總之 反向自鎖式軸向鎖緊裝置是適于頻繁拆裝或軸向調整，且鎖緊可靠性頗高的軸向鎖緊裝置。,2020/8/21,31,4

10、 一種簡捷快速螺母鎖緊結構,,快速移動時的姿態(tài),2020/8/21,32,快速旋緊螺母是在正常螺母的基礎上，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。,快速旋緊螺母結構特點：,2020/8/21,33,快速移動時姿態(tài)三維剖分圖,2020/8/21,34,快速旋緊螺母三維結構圖,2020/8/21,35,快速旋緊螺母鎖緊時的姿態(tài),,2020/8/21,36,學生3-6人一組（最多不超過8人），完成作品“快速螺桿、光杠（軸）鎖緊裝置”的設計、制作，同時每個組提交四大報告（設計方案、工藝方案、成本分析、工程管理）,進度安排,2020/8/21,37,成績考核,2020/8/21,38,考核成績=作品（50%）+四大報告（30%）+答辯（20%） （任何一個環(huán)節(jié)不及格者，本課程不及格。 考核由劉寶、李安銘、李章東、趙武等老師負責。,,,設計方案報告模板,,,