軸向快速鎖緊裝置設(shè)計(jì),河南理工大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)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,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(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。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。,2020/8/21,5,2020/8/21,6,1.2 緊定螺釘套鎖緊,2020/8/21,7,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。,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(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(diǎn)是可靠性高，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,2020/8/21,12,2020/8/21,13,光 軸 快 速 鎖 緊 裝 置 三 維 圖,2020/8/21,14,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（34顆)的最小公共內(nèi)切圓直徑D1 比鎖緊軸直徑略?。?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；,2020/8/21,15,2.1 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。,2020/8/21,16,2020/8/21,17,兩個(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)。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(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34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)提高鎖緊軸的表面硬度。,2020/8/21,18,(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(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。,2020/8/21,19,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)，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)。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)裝置反向移動(dòng)。 光軸快速鎖緊裝置操作簡(jiǎn)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(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。,2020/8/21,21,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足以下兩個(gè)條件： (1)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。,2020/8/21,22,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。,2020/8/21,23,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 淬火鋼珠的半徑。,2020/8/21,24,3.1 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：,又知：,故有：,2020/8/21,25,將,代入上式，整理得：,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：,即：,2020/8/21,26,3.2 淬火鋼珠相對(duì)軸滑動(dòng)自鎖 如鋼珠的臨界自鎖狀態(tài)受力圖所示，淬火鋼珠相對(duì)軸臨界滑動(dòng)自鎖狀態(tài)時(shí)，必有：,可知：,故有：,2020/8/21,27,因?yàn)椋?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(duì)軸滑動(dòng)自鎖條件為：,綜合上述受力分析的結(jié)果，可得反向自鎖式軸向鎖緊裝置實(shí)現(xiàn)反向自鎖的條件為：,即：,2020/8/21,29,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，值的選擇應(yīng)比式(5)所求得的值小23為宜。 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無關(guān)。,2020/8/21,30,3.3 結(jié) 論,(1) 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； (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 。 總之 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。,2020/8/21,31,4 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),2020/8/21,32,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，而該孔的直徑略大于鎖緊軸的直徑。,快速旋緊螺母結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,2020/8/21,33,快速移動(dòng)時(shí)姿態(tài)三維剖分圖,2020/8/21,34,快速旋緊螺母三維結(jié)構(gòu)圖,2020/8/21,35,快速旋緊螺母鎖緊時(shí)的姿態(tài),2020/8/21,36,學(xué)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(shè)計(jì)、制作，同時(shí)每個(gè)組提交四大報(bào)告（設(shè)計(jì)方案、工藝方案、成本分析、工程管理）,進(jìn)度安排,2020/8/21,37,成績(jī)考核,2020/8/21,38,考核成績(jī)=作品（50%）+四大報(bào)告（30%）+答辯（20%） （任何一個(gè)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(fù)責(zé)。,設(shè)計(jì)方案報(bào)告模板,