軸向快速鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(測(cè)控)[97—2003版]

1、 河南理工大學(xué)河南理工大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院李章東李章東 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。業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備中廣泛應(yīng)用。1. 傳統(tǒng)的軸向鎖緊裝置傳統(tǒng)的軸向鎖緊裝置2022-3-63 傳統(tǒng)的軸向鎖緊裝置以螺母鎖緊裝置、緊定螺傳統(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。釘套鎖緊裝置和銷套鎖緊裝置最為常見。 1.1 螺母鎖緊螺母鎖緊2022-3-64 螺母鎖緊裝置多用于懸臂軸。為了適用于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，軸不同軸向厚度的材料

2、及增強(qiáng)鎖緊的可靠性，軸端螺紋往往設(shè)計(jì)的比較長(zhǎng)，而螺距又比較小。端螺紋往往設(shè)計(jì)的比較長(zhǎng)，而螺距又比較小。這樣，在夾持軸向厚度比較小的材料時(shí)，就會(huì)這樣，在夾持軸向厚度比較小的材料時(shí)，就會(huì)造成裝拆效率的降低；而操作中稍有疏忽，更造成裝拆效率的降低；而操作中稍有疏忽，更會(huì)造成裸露過長(zhǎng)而強(qiáng)度不高的細(xì)螺紋的局部損會(huì)造成裸露過長(zhǎng)而強(qiáng)度不高的細(xì)螺紋的局部損傷。傷。2022-3-652022-3-661.2 緊定螺釘套鎖緊緊定螺釘套鎖緊2022-3-67 緊定螺釘套鎖緊裝置的應(yīng)用比較廣泛，其軸向鎖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。為了確保緊的可靠程度取決于緊定螺釘?shù)?/p>

3、旋緊程度。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。紋損壞的可能。2022-3-682022-3-691.3 銷套鎖緊銷套鎖緊2022-3-610 銷套鎖緊裝置是靠套內(nèi)彈性定位鎖銷入軸上銷套鎖緊裝置是靠套內(nèi)彈性定位鎖銷入軸上鎖孔鎖孔(槽槽)而定位的軸向鎖緊裝置。其特點(diǎn)是可靠而定位的軸向鎖緊裝置。其特點(diǎn)是可靠性高，但軸向調(diào)整連續(xù)性差。性高，但軸向調(diào)整連續(xù)性差。1驅(qū)動(dòng)軸； 2盤具； 3鎖緊套；*1光軸2. 光軸快速鎖緊裝置光軸快速鎖緊裝

4、置2022-3-6122022-3-613 光光 軸軸 快快 速速 鎖鎖 緊緊 裝裝 置置 三三 維維 圖圖2022-3-614 光光 軸軸 快快 速速 鎖鎖 緊緊 裝裝 置置 三三 維維 剖剖 分分 圖圖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；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；外套與內(nèi)錐形套端面比內(nèi)套端面略微突出； 3）內(nèi)套孔徑內(nèi)套孔徑D2比鎖緊軸直徑略大，均布鋼珠比鎖緊軸直徑略大，均布鋼珠（34顆顆)的最小公共內(nèi)切圓直徑的最小公共內(nèi)切圓直徑D

5、1 比鎖緊軸直徑略比鎖緊軸直徑略??；小； 4）內(nèi)錐形套圓柱面內(nèi)孔直徑比均布鋼珠的最小公內(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；共外切圓直徑略小，并與其內(nèi)套配合面呈間隙配合；2022-3-6152.1 2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 5）圓柱螺旋壓縮彈簧保證淬火鋼珠與內(nèi)錐形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。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。承力件，具有較高的表面硬度。2022-3-6162022-3-617兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的簡(jiǎn)要說

6、明：兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的簡(jiǎn)要說明：(1)淬火鋼珠的數(shù)量淬火鋼珠的數(shù)量 淬火鋼珠是該裝置實(shí)現(xiàn)鎖緊功能的最終執(zhí)行者，淬火鋼珠是該裝置實(shí)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)。鋼珠的數(shù)目與裝置的鎖緊可靠性密切相關(guān)。從裝置所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)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(duì)于表面硬度相對(duì)較低的軸目宜適當(dāng)增加。其目的是對(duì)于表面硬度相對(duì)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，絕太多導(dǎo)致鎖緊失效。但就線纜行業(yè)盤具裝卡而言，

7、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，鋼珠取慮，鋼珠取34顆即可。至于，用于具有較大軸向力顆即可。至于，用于具有較大軸向力的裝卡時(shí)，鋼珠數(shù)目應(yīng)適當(dāng)增加，并需適當(dāng)提高鎖緊的裝卡時(shí)，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。軸的表面硬度。2022-3-618(2)圓柱螺旋壓縮彈簧的作用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。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，

8、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(shí)，也避免了軸向力不穩(wěn)而不能及位鎖緊的可能；同時(shí)，也避免了軸向力不穩(wěn)定時(shí)，鋼珠與內(nèi)錐面間歇接觸，從而導(dǎo)致鋼珠逐步后定時(shí)，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(jiǎn)化操作提供了條件。地解除自鎖，簡(jiǎn)化操作提供了條件。2022-3-619 軸向鎖緊物件時(shí)，將該裝置內(nèi)錐形套端套在軸軸向鎖緊物件時(shí)，將該裝置內(nèi)錐形套端套在軸上，直接向內(nèi)推動(dòng)外套，即可使整個(gè)裝置沿軸移動(dòng)，上，直接向內(nèi)推動(dòng)外套，即可使整個(gè)裝置沿軸移動(dòng)，直至壓緊物件為止。整

9、個(gè)移動(dòng)過程中，在軸上任一直至壓緊物件為止。整個(gè)移動(dòng)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(dòng)。位置反向拉外套，都不能使該裝置產(chǎn)生反向移動(dòng)。拆卸時(shí)，食指、拇指握住外套，中指向外勾出環(huán)形拆卸時(shí)，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(gè)裝置反向拉帽，即可解除反向自鎖，輕松地使整個(gè)裝置反向移動(dòng)。移動(dòng)。 光軸快速鎖緊裝置操作簡(jiǎn)單，便捷。光軸快速鎖緊裝置操作簡(jiǎn)單，便捷。2.2 2.2 使用方法使用方法2022-3-6203.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，其光軸快速鎖緊裝置的核

10、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內(nèi)錐面斜度角的合理選擇是該裝置可靠性( (即反向即反向自鎖性自鎖性) )的首要保障，下圖為內(nèi)錐形套結(jié)構(gòu)圖。的首要保障，下圖為內(nèi)錐形套結(jié)構(gòu)圖。2022-3-621 當(dāng)軸向外力作用在該裝置外套及內(nèi)錐形套外端當(dāng)軸向外力作用在該裝置外套及內(nèi)錐形套外端面時(shí)，內(nèi)錐形套通過錐面與淬火鋼珠接觸點(diǎn)作用的面時(shí)，內(nèi)錐形套通過錐面與淬火鋼珠接觸點(diǎn)作用的法向力使鋼珠產(chǎn)生沿軸滾動(dòng)及滑動(dòng)的趨勢(shì)。為了實(shí)法向力使鋼珠產(chǎn)生沿軸滾動(dòng)及滑動(dòng)的趨勢(shì)。為了實(shí)現(xiàn)該裝置的反向自鎖，內(nèi)錐形套錐面斜度角必須滿現(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(gè)條件：足以下兩個(gè)條件： (1

11、)淬火鋼珠相對(duì)軸滾動(dòng)自鎖；淬火鋼珠相對(duì)軸滾動(dòng)自鎖； (2)淬火錒珠相對(duì)軸滑動(dòng)自鎖。淬火錒珠相對(duì)軸滑動(dòng)自鎖。2022-3-622 下面以淬火鋼珠為研究對(duì)象，分別就這兩方面進(jìn)下面以淬火鋼珠為研究對(duì)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。行受力分析。下圖淬火鋼珠的臨界自鎖狀態(tài)受力圖。2022-3-623圖中： N軸對(duì)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(diǎn)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

12、鋼珠的半徑。2022-3-6243.1 .1 淬火鋼珠相對(duì)軸滾動(dòng)自鎖淬火鋼珠相對(duì)軸滾動(dòng)自鎖淬火鋼珠相對(duì)軸臨界滾動(dòng)自鎖狀態(tài)時(shí)，必有：淬火鋼珠相對(duì)軸臨界滾動(dòng)自鎖狀態(tài)時(shí)，必有：又知：又知：故有：故有：2022-3-625將將代入上式，整理得代入上式，整理得：整理上式，可得滾動(dòng)自鎖角為：整理上式，可得滾動(dòng)自鎖角為：可知，淬火鋼珠相對(duì)軸滾動(dòng)自鎖條件為：可知，淬火鋼珠相對(duì)軸滾動(dòng)自鎖條件為：即：即：2022-3-6263. .2 淬火鋼珠相對(duì)軸滑動(dòng)自鎖淬火鋼珠相對(duì)軸滑動(dòng)自鎖 如如鋼珠的臨界自鎖狀態(tài)受力圖鋼珠的臨界自鎖狀態(tài)受力圖所示，淬火鋼所示，淬火鋼珠相對(duì)軸臨界滑動(dòng)自鎖狀態(tài)時(shí)，必有：珠相對(duì)軸臨界滑動(dòng)自鎖狀態(tài)

13、時(shí)，必有：可知：可知：故有：故有：2022-3-627因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簩⑹綄⑹?2)、(3)，(4)代人式代人式(1)，整理可得：，整理可得：整理上式，即得：整理上式，即得：2022-3-628則由前兩圖可知，淬火鋼珠相對(duì)軸滑動(dòng)自鎖條件為：則由前兩圖可知，淬火鋼珠相對(duì)軸滑動(dòng)自鎖條件為： 綜合上述受力分析的結(jié)果，可得反向自鎖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(shí)現(xiàn)反向自鎖的條件為：式軸向鎖緊裝置實(shí)現(xiàn)反向自鎖的條件為：即：即：2022-3-629 實(shí)際應(yīng)中，為保證裝置反向自鎖的可靠性及結(jié)實(shí)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，構(gòu)的緊湊性，值的選擇應(yīng)比式值的選擇應(yīng)比式(5)所求

14、得的值小所求得的值小23為宜。為宜。 有一點(diǎn)需說明，上述受力分析過程中，不需要有一點(diǎn)需說明，上述受力分析過程中，不需要考慮彈簧反力對(duì)鋼珠的作用，其值亦與自鎖角大小考慮彈簧反力對(duì)鋼珠的作用，其值亦與自鎖角大小無關(guān)。無關(guān)。2022-3-6303.3 3.3 結(jié)結(jié) 論論 (1) 反向自鎖式軸向鎖緊裝置操作簡(jiǎn)單、便捷，可明反向自鎖式軸向鎖緊裝置操作簡(jiǎn)單、便捷，可明顯降低操作強(qiáng)度，提高工作效率；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；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反向自鎖式軸向鎖緊裝置的反向自鎖特性大大提

15、高了鎖緊的可靠性；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，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；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，具有免維修的特性的特性 。 總之總之 反向自鎖式軸向鎖緊裝置是適于頻繁拆裝反向自鎖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?；蜉S向調(diào)整，且鎖緊可靠性頗高的軸向鎖緊裝置。2022-3-6314 4 一種簡(jiǎn)捷快速螺母鎖緊結(jié)構(gòu)一種簡(jiǎn)捷快速螺母鎖緊結(jié)構(gòu) 快速移動(dòng)時(shí)的姿態(tài)快速移動(dòng)時(shí)的姿態(tài)2022-3-632 快速旋緊螺母是在正常螺

16、母的基礎(chǔ)上，又加快速旋緊螺母是在正常螺母的基礎(chǔ)上，又加工了一個(gè)軸線與螺紋孔軸線相交成一定角度的孔，工了一個(gè)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。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(diǎn)：快速旋緊螺母結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：2022-3-633快速移動(dòng)時(shí)姿態(tài)三維剖分圖快速移動(dòng)時(shí)姿態(tài)三維剖分圖2022-3-634快速旋緊螺母三維結(jié)構(gòu)圖快速旋緊螺母三維結(jié)構(gòu)圖2022-3-635快速旋緊螺母鎖緊時(shí)的姿態(tài)快速旋緊螺母鎖緊時(shí)的姿態(tài)2022-3-636二、任務(wù)及要求二、任務(wù)及要求1.作 品設(shè)計(jì)并制作“快速螺桿、光杠（軸）鎖緊裝置”，被鎖軸三種尺寸：20、25、30。2.分 組每個(gè)

17、團(tuán)隊(duì)按照4-6人進(jìn)行組隊(duì)，可以跨班組隊(duì)，但需要注明班級(jí)（不是同一班的），每隊(duì)設(shè)置一負(fù)責(zé)人，各班組隊(duì)名單由班長(zhǎng)統(tǒng)一匯總上報(bào)工程訓(xùn)練中心（每個(gè)團(tuán)隊(duì)有負(fù)責(zé)人聯(lián)系電話，并注明負(fù)責(zé)人是誰，同時(shí)各班班長(zhǎng)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)（郵件注明班（郵件注明班級(jí)）級(jí)）。3.要求每個(gè)團(tuán)隊(duì)完成作品“快速螺桿、光杠（軸）鎖緊裝置”的設(shè)計(jì)、制作，同時(shí)每個(gè)團(tuán)隊(duì)提交四大報(bào)告（設(shè)計(jì)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拉帽零件要求用快速成型制作。進(jìn)度安排2022-3-637時(shí)時(shí) 間間任務(wù)安排任務(wù)安排備備 注注第9周任務(wù)安

18、排、學(xué)生分組要求。分組表由班長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)、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)：（郵件注明班級(jí)，第（郵件注明班級(jí)，第10周周四下午周周四下午6:00前發(fā)前發(fā)送）送）。第10周設(shè)計(jì)方案審核。方案交負(fù)責(zé)指導(dǎo)老師審核第11周設(shè)計(jì)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(jì)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(chǎng)地。4.到現(xiàn)場(chǎng)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(huì)營(yíng)，

19、加工時(shí)服從指導(dǎo)老師安排。第16-17周 零件鉆孔、彈簧參數(shù)上報(bào)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(bào)，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(diǎn)另行通知；3.四大設(shè)計(jì)報(bào)告提交中心教務(wù)管理辦公室314。備備 注注1.零件加工主要在實(shí)訓(xùn)中心完成，設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)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，絲徑選用為絲徑選用為2，彈簧統(tǒng)一購(gòu)買，每個(gè)彈簧需要確定彈簧中徑尺寸、有效圈數(shù)、自由長(zhǎng)度（彈簧參數(shù)上報(bào)需要核算清楚，一旦上報(bào)出錯(cuò)，由團(tuán)隊(duì)自己承擔(dān)責(zé)任，不再安排制作）。2.請(qǐng)各團(tuán)隊(duì)嚴(yán)格按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加工，若在規(guī)定時(shí)段內(nèi)，不能提交作品的，成績(jī)不及格。3.中心可提供20、30、40、45、50、6