轴向快速锁紧机构设计课件

河南理工大学河南理工大学 机械与机械与动力工程学院力工程学院李章李章东精品精品 传统的的轴向向锁紧装置以螺母装置以螺母锁紧装置、装置、紧定螺定螺钉套套锁紧装置和装置和销套套锁紧装置最装置最为常常见。2024/7/243精品2024/7/244精品2024/7/245精品2024/7/246精品2024/7/247精品2024/7/248精品2024/7/249精品 销套套锁紧装置是靠套内装置是靠套内弹性定位性定位锁销入入轴上上锁孔孔(槽槽)而定位的而定位的轴向向锁紧装置。其特点是可靠性装置。其特点是可靠性高，但高，但轴向向调整整连续性差。性差。2024/7/2410精品1驱动轴；2盘具；3锁紧套；*1光轴2.光光轴快速快速锁紧装置装置精品2024/7/2412精品 光光 轴 快快 速速 锁 紧 装装 置置 三三 维 图2024/7/2413精品 光光 轴 快快 速速 锁 紧 装装 置置 三三 维 剖剖 分分 图1-外套；2-内锥形套；3-淬火钢珠；4-内套；5-弹簧；6-拉帽2024/7/2414精品 1）外套与内外套与内锥形套形套间，内套与拉帽，内套与拉帽间均均为过盈配盈配合、合、压力装配；力装配；2）外套与内外套与内锥形套端面比内套端面略微突出；形套端面比内套端面略微突出；3）内套孔径内套孔径D2比比锁紧轴直径略大，均布直径略大，均布钢珠珠（34颗)的最小公共内切的最小公共内切圆直径直径D1 比比锁紧轴直径略直径略小；小；4）内内锥形套形套圆柱面内孔直径比均布柱面内孔直径比均布钢珠的最小公珠的最小公共外切共外切圆直径略小，并与其内套配合面呈直径略小，并与其内套配合面呈间隙配合；隙配合；2.1 2.1 结构特点构特点2024/7/2415精品 5）圆柱螺旋柱螺旋压缩弹簧保簧保证淬火淬火钢珠与内珠与内锥形形套内套内锥面有效接触，且操作灵活。面有效接触，且操作灵活。另外，内另外，内锥形套是光形套是光轴快速快速锁紧装置的主要装置的主要承力件，具有承力件，具有较高的表面硬度。高的表面硬度。2024/7/2416精品两个关两个关键点的点的简要要说明：明：(1)淬火淬火钢珠的数量珠的数量 淬火淬火钢珠是珠是该装置装置实现锁紧功能的最功能的最终执行者，行者，钢珠的数目与装置的珠的数目与装置的锁紧可靠性密切相关。可靠性密切相关。从装置所承受从装置所承受的的轴向力方面考向力方面考虑，随，随轴向力的增大，向力的增大，钢珠的数目宜适珠的数目宜适当增加。其目的是当增加。其目的是对于表面硬度相于表面硬度相对较低的低的轴而言，不而言，不至于因承力至于因承力过于集中而造成表面划于集中而造成表面划伤，从而，从而导致致锁紧失失效。但就效。但就线缆行行业盘具装卡而言，具装卡而言，绝太多数情况下太多数情况下轴向力均向力均为较小的附属力，不需要小的附属力，不需要过分考分考虑，钢珠取珠取34颗即可。至于，用于具有即可。至于，用于具有较大大轴向力的装卡向力的装卡时，钢珠数珠数目目应适当增加，并需适当提高适当增加，并需适当提高锁紧轴的表面硬度。的表面硬度。2024/7/2417精品(2)圆柱螺旋柱螺旋压缩弹簧的作用簧的作用 弹簧在簧在该装置中起着不可忽装置中起着不可忽视的作用，它使的作用，它使钢珠与珠与内内锥面保持接触，并在二者之面保持接触，并在二者之问产生适当的生适当的预压力。力。这避免了装置使用中，因避免了装置使用中，因钢珠与内珠与内锥面面间存在存在间隙，而不隙，而不能及位能及位锁紧的可能；同的可能；同时，也避免了，也避免了轴向力不向力不稳定定时，钢珠与内珠与内锥面面间歇接触，从而歇接触，从而导致致钢珠逐步后退，使珠逐步后退，使锁紧失效的可能。而失效的可能。而弹簧的可簧的可压缩性又性又为便捷地解除自便捷地解除自锁，简化操作提供了条件。化操作提供了条件。2024/7/2418精品 轴向向锁紧物件物件时，将，将该装置内装置内锥形套端套在形套端套在轴上，直接向内推上，直接向内推动外套，即可使整个装置沿外套，即可使整个装置沿轴移移动，直至直至压紧物件物件为止。整个移止。整个移动过程中，在程中，在轴上任一上任一位置反向拉外套，都不能使位置反向拉外套，都不能使该装置装置产生反向移生反向移动。拆卸拆卸时，食指、拇指握住外套，中指向外勾出，食指、拇指握住外套，中指向外勾出环形形拉帽，即可解除反向自拉帽，即可解除反向自锁，轻松地使整个装置反向松地使整个装置反向移移动。光光轴快速快速锁紧装置操作装置操作简单，便捷。，便捷。2.2 2.2 使用方法使用方法2024/7/2419精品3.光光轴快速快速锁紧装置反向自装置反向自锁条件受力分析条件受力分析 光光轴快速快速锁紧装置的核心部件是内装置的核心部件是内锥形套，其形套，其内内锥面斜度角的合理面斜度角的合理选择是是该装置可靠性装置可靠性(即反向自即反向自锁性性)的首要保障，下的首要保障，下图为内内锥形套形套结构构图。2024/7/2420精品 当当轴向外力作用在向外力作用在该装置外套及内装置外套及内锥形套外端形套外端面面时，内，内锥形套通形套通过锥面与淬火面与淬火钢珠接触点作用的珠接触点作用的法向力使法向力使钢珠珠产生沿生沿轴滚动及滑及滑动的的趋势。为了了实现该装置的反向自装置的反向自锁，内，内锥形套形套锥面斜度角必面斜度角必须满足以下两个条件：足以下两个条件：(1)淬火淬火钢珠相珠相对轴滚动自自锁；(2)淬火淬火锕珠相珠相对轴滑滑动自自锁。2024/7/2421精品 下面以淬火下面以淬火钢珠珠为研究研究对象，分象，分别就就这两方面两方面进行受力分析。下行受力分析。下图淬火淬火钢珠的珠的临界自界自锁状状态受力受力图。2024/7/2422精品图中：N轴对淬火钢珠的法向反作用力；P外力导致内锥形套通过B点作用于淬火钢珠的法向力；TA轴面作用于淬火钢珠的最大静摩擦力；TB 内锥形套作用于淬火钢珠的最大静摩擦力。另设：f1 轴面与淬火钢珠间的静摩擦系数；f2 内锥形套锥面与淬火钢珠问的静摩擦系数；R 淬火钢珠的半径。2024/7/2423精品3.1 .1 淬火淬火钢珠相珠相对轴滚动自自锁淬火淬火钢珠相珠相对轴临界界滚动自自锁状状态时，必有：，必有：又知：又知：故有：故有：2024/7/2424精品将将代入上式，整理得代入上式，整理得：整理上式，可得整理上式，可得滚动自自锁角角为：可知，淬火可知，淬火钢珠相珠相对轴滚动自自锁条件条件为：即：即：2024/7/2425精品3.2 淬火淬火钢珠相珠相对轴滑滑动自自锁 如如钢珠的珠的临界自界自锁状状态受力受力图所示，淬火所示，淬火钢珠相珠相对轴临界滑界滑动自自锁状状态时，必有：，必有：可知：可知：故有：故有：2024/7/2426精品因因为：将式将式(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：2024/7/2427精品则由前两由前两图可知，淬火可知，淬火钢珠相珠相对轴滑滑动自自锁条件条件为：综合上述受力分析的合上述受力分析的结果，可得反向自果，可得反向自锁式式轴向向锁紧装置装置实现反向自反向自锁的条件的条件为：即：即：2024/7/2428精品 实际应中，中，为保保证装置反向自装置反向自锁的可靠性及的可靠性及结构的构的紧凑性，凑性，值的的选择应比式比式(5)所求得的所求得的值小小23为宜。宜。有一点需有一点需说明，上述受力分析明，上述受力分析过程中，不需要程中，不需要考考虑弹簧反力簧反力对钢珠的作用，其珠的作用，其值亦与自亦与自锁角大小角大小无关。无关。2024/7/2429精品3.3 3.3 结 论(1)反向自反向自锁式式轴向向锁紧装置操作装置操作简单、便捷，可明、便捷，可明显降低操作降低操作强度，提高工作效率；度，提高工作效率；(2)反向自反向自锁式式轴向向锁紧装置装置轴向向调整整连续性好；性好；(3)反向自反向自锁式式轴向向锁紧装置的反向自装置的反向自锁特性大大提高特性大大提高了了锁紧的可靠性；的可靠性；(4)反向自反向自锁式式轴向向锁紧装置筒化了装置筒化了锁紧轴的加工的加工过程，程，降低了加工成本；降低了加工成本；(5)反向自反向自锁式式轴向向锁紧装置装置结构构紧凑，具有免凑，具有免维修修的特性的特性。总之之 反向自反向自锁式式轴向向锁紧装置是适于装置是适于频繁拆装或繁拆装或轴向向调整，且整，且锁紧可靠性可靠性颇高的高的轴向向锁紧装置。装置。2024/7/2430精品4 4 一种一种简捷快速螺母捷快速螺母锁紧结构构 快速移快速移动时的姿的姿态2024/7/2431精品 快速旋快速旋紧螺母是在正常螺母的基螺母是在正常螺母的基础上，又加上，又加工了一个工了一个轴线与螺与螺纹孔孔轴线相交成一定角度的孔，相交成一定角度的孔，而而该孔的直径略大于孔的直径略大于锁紧轴的直径。的直径。快速旋快速旋紧螺母螺母结构特点：构特点：2024/7/2432精品快速移快速移动时姿姿态三三维剖分剖分图2024/7/2433精品快速旋快速旋紧螺母三螺母三维结构构图2024/7/2434精品快速旋快速旋紧螺母螺母锁紧时的姿的姿态2024/7/2435精品学生3-6人一组（最多不超过8人），完成作品“快速螺杆、光杠（轴）锁紧装置”的设计、制作，同时每个组提交四大报告（设计方案、工艺方案、成本分析、工程管理）2024/7/2436精品进度安排时 间内内 容容备 注注第11周工程训练导论课、学生分组，具体任务安排第12周设计方案提交及所需材料（由班长统计）第13周设计图纸提交第14-16周零件加工制作第17周零件装配第18-19周工程管理授课，四大设计报告提交第20周抽签答辩（每批抽3-5组）2024/7/2437精品成绩考核考核成绩=作品（50%）+四大报告（30%）+答辩（20%）（任何一个环节不及格者，本课程不及格。考核由刘宝、李安铭、李章东、赵武等老师负责。2024/7/2438精品专业班班级零件名称总 页第 页编号：产品名称生产纲领 件/年学生姓学生姓名名零件名称生产批量 件/月1、设计概述概述 2 2、设计思路和方案思路和方案 3 3、设计结果果4 4、总结和体会和体会设计方案报告模板 精品精品