Зажимы эксцентриковые просты в изготовлении по этой причине нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Применение эксцентриковых зажимов позволяет значительно сократить время на зажим заготовки но усилие зажима уступает резьбовым.
Эксцентриковые зажимы выполняются в сочетании с прихватами и без них.
Рассмотрим эксцентриковый зажим с прихватом.
Эксцентриковые зажимы не могут работать при значительных отклонениях допуска (±δ) заготовки. При больших отклонениях допуска зажим требует постоянной регулировки винтом 1.
Расчёт эксцентрика
М
атериалом
применяемом для изготовления эксцентрика
являются У7А, У8Ас
термообработкой
до HR с 50....55ед,
сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8...
1,2 С закалкой HR c
55...60ед.
Рассмотрим схему эксцентрика. Линия KN делит эксцентрик на дв? симметричные половины состоящие как бы из 2 х клиньев, навернутых на «начальную окружность».
Ось вращения эксцентрика смещена относительно его геометрической оси на величину эксцентриситета «е».
Для зажима обычно используется участок Nm нижнего клина.
Рассматривая механизм как комбинированный состоящий из рычага L и клина с трением на двух поверхностях на оси и точки «m» (точка зажима), получим силовую зависимость для расчёта усилия зажима.
где Q - усилие зажима
Р - усилие на рукоятке
L - плечо рукоятки
r -расстояние от оси вращения эксцентрика до точки соприкосновения с
заготовкой
α - угол подъёма кривой
α 1 - угол трения между эксцентриком и заготовкой
α 2 - угол трения на оси эксцентрика
Во избежание отхода эксцентрика во время работы необходимо соблюдать условие самоторможение эксцентрика
Условие самоторможения эксцентрика. = 12Р
о чяжима с экспентоиком
г
деα
-
угол
трения скольжения в точке касания
заготовки ø
-
коэффициент
трения
Для приближённых расчётов Q - 12Р Рассмотрим схему двухстороннего зажима с эксцентриком
Клиновые зажимы
Клиновые зажимные устройства нашли широкое применение в станочных приспособлениях. Основным элементом их является одно, двух и трёхскосые клинья. Использование таких элементов обусловлено простотой и компактностью конструкций, быстротой действия и надёжностью в работе, возможностью использования их в качестве зажимного элемента, действующего непосредственно на закрепляемую заготовку, так и качестве промежуточного звена, например, звена-усилителя в других зажимных устройствах. Обычно используются самотормозящиеся клинья. Условие самоторможения односкосого клина выражается зависимостью
α > 2 ρ
где α - угол клина
ρ - угол трения на поверхностях Г и Н контакта клина с сопрягаемыми деталями.
Самоторможение обеспечивается при угле α = 12°, однако для предотвращения того чтобы вибрации и колебания нагрузки в процессе использования зажима не ослабли крепления заготовки, часто применяют клинья с углом α <12°.
Вследствие того, что уменьшение угла приводит к усилению
самотормозящих свойств клина, необходимо при конструировании привода к клиновому механизму предусматривать устройства, облегчающие вывод клина из рабочего состояния, так как освободить нагруженный клин труднее, чем вывести его в рабочее состояние.
Этого можно достичь путём соединения штока приводного механизма с клином. При движении штока 1 влево он проходит путь «1» в холостую, а затем ударяясь в штифт 2, запрессованный в клин 3, выталкивает последний. При обратном ходе штока так же ударом в штифт заталкивает клин в рабочее положение. Это следует учитывать в случаях, когда клиновой механизм приводится в действие пневмо или гидроприводом. Тогда для обеспечения надёжности работы механизма следует создавать разное давление жидкости или сжатого воздуха с разных сторон поршня привода. Это различие при использовании пневмоприводов может быть достигнуто применением редукционного клапана в одной из трубок, подводящих воздух или жидкость к цилиндру. В случаях, когда самоторможение не требуется, целесообразно применять ролики на поверхностях контакта клина с сопряжёнными деталями приспособления, тем самым облегчается ввод клина в исходное положение. В этих случаях обязательно стопорение клина.
Рассмотрим схему действия сил в односкосом, наиболее часто применяемом в приспособлениях, клиновом механизме
Построим силовой многоугольник.
При передачи сил под прямым углом имеем следующую зависимость
Самоторможение имеет место при α<α 1 +α 2 Если α 1 =α 2 =α 3 =α зависимость более простая P = Qtg(α+2φ)
Цанговые зажимы
Цанговый зажимной механизм известен достаточно давно. Закрепление заготовок при помощи цанг оказался очень удобным при создании автоматизированных станков потому, что для закрепления заготовки требуется лишь одно поступательное движение зажимаемой цанги.
При работе цанговых механизмов должны выполняться следующие требования.
Силы закрепления должны обеспечиваться в соответствие с возникающими силами резания и не допускать перемещения заготовки или инструмента в процессе резания.
Процесс закрепления в общем цикле обработки является вспомогательным движением поэтому время срабатывание цангового зажима должно быть минимальным.
Размеры звеньев зажимного механизма должны определяться из условий их нормальной работы при закреплении заготовок как наибольшего так и наименьших размеров.
Погрешность базирования закрепляемых заготовок или инструмента должна быть минимальной.
Конструкция зажимного механизма должна обеспечивать наименьшие упругие отжатия в процессе обработки заготовок и обладать высокой виброустойчивостью.
Детали цангового зажимного и особенно зажимная цанга должны обладать высокой износоустойчивостью.
Конструкция зажимного устройства должна допускать его быструю смену и удобную регулировку.
Конструкция механизма должна предусматривать защиту цанг от попадания стружки.
Цанговые зажимные механизмы работают в широком диапазоне размеров. Практически минимальный допустимый размер для закрепления 0,5 мм. На многошпиндельных прутковых автоматах диаметры прутков, а
следовательно и отверстия цанг доходят до 100 мм. Цанги с большим диаметром отверстия применяются для закрепления тонкостенных труб, т.к. относительное равномерное закрепление по всей поверхности не вызывает больших деформаций труб.
Цанговый зажимной механизм позволяет производить закрепление заготовок различной формы поперечного сечения.
Стойкость цанговых зажимных механизмов колеблется в широких пределах и зависит от конструкции и правильности технологических процессов при изготовлении деталей механизма. Как правило раньше других их строя выходят зажимные цанги. При этом количество закреплений цангами колеблется от единицы (поломка цанги) до полумиллиона и более (износ губок). Работа цанги считается удовлетворительной, если она способна закрепить не менее 100000 заготовок.
Классификация цанг
Все цанги могут быть разбиты на три типа:
1. Цанги первого типа имеют «прямой» конус, вершина которого обращена от шпинделя станка.
Для закрепления необходимо создать силу втягивающую цангу в гайку, навинченную на шпиндель. Положительные качества этого типа цанг -они конструктивно достаточно просты и хорошо работают на сжатие (закалённая сталь имеет большое допустимое напряжение при сжатии чем при растяжении. Несмотря на это, цанги первого типа в настоящее время находят ограниченное применение из-за недостатков. Какие это недостатки:
а) осевая сила, действующая на цангу, стремится отпереть ее,
б) при подачи прутка возможно преждевременное запирание цанги,
в) при закреплении такой цангой возникает вредное воздействие на
г) наблюдается неудовлетворительное центрирование цанги в шпинделе, так как головка центрируется в гайке, положение которой на шпинделе не является стабильным из-за наличия резьбы.
Цанги второго типа имеют «обратный» конус, вершина которого обращена к шпинделю. Для закрепления необходимо создать силу, втягивающую цангу в коническое отверстие шпинделя станка.
Цангами этого типа обеспечивается хорошее центрирование закрепляемых заготовок, т. к. конус под цангу расположен непосредственно в шпинделе, во время подачи прутка до упора не может
возникнуть заклинивание, осевые рабочие силы не раскрывают цангу, а запирают её, увеличивая силу закрепления.
Вместе с тем ряд существенных недостатков снижает работоспособность цанг этого типа. Так многочисленных контактов с цангой коническое отверстие шпинделя сравнительно быстро изнашивается, резьба на цангах часто выходит из строя, не обеспечивая стабильного положения прутка по оси при закреплении - он уходит от упора. Тем не менее цанги второго типа получили широкое применение в станочных приспособлениях.
Цанги третьего типа имеют также обратный конус, но работают за счёт осевого перемещения втулки с коническим отверстием при этом сама цанга остаётся неподвижной.
Такая конструкция позволяет избежать большинства недостатков, присущих цангам первого и второго типа. Однако одним из существующих недостатков цанг этого типа является увеличение габаритных размеров всего зажимного узла по диаметру.
Для изготовления цанг средних и крупных размеров в основном используются стали марок 65Г, 12ХНЗА, У7А, У8А. Считается целесообразным использовать малоуглеродистые цементируемые стали. Опытные данные показывают, что цементируемые стали работают не хуже углеродистых. Наличие, например, никеля в цементируемой стали 12ХНЗА обеспечивает стойкость цанги на истирание, а цементация придает ей относительно хорошие пластические свойства. Тем не менее на большинстве заводов отдают предпочтение стали 65Г.
Р
ассмотрим
какие усилия возникают при работе цанги
при отсутствииосевого
упора.
P = (Q+Q")tg( α + φ )
Q - усилие зажима поверхности загото вки рассчитывается по формуле
М - момент резания М = Р z V подставим значения момента резания
Где - V - расстояние от оси до точки приложения силы резания R - радиус заготовки на участки зажима.q - составляющая часть усилия сдвигающая заготовку вдоль оси.
ƒ - стрела прогиба. к - коэффициент запаса
Q 1 - усилие необходимое для сжатия всех липесков цанги до соприкосновения с заготовкой.
φ - угол трения между цангой и корпусом
где Е - модуль упругости.
1 - момент инерции сектора в заделе цанги.
f - стрела прогиба.
l- длина леписка цанги от места задела до середины конуса.
Вакуумные зажимные устройства
Вакуумные зажимные устройства работают по принципу непосредственной передачи атмосферного давления на закрепляемую заготовку.
Вакуумные устройства могут применяться для удержания заготовок из различных материалов с плоской или криволинейной поверхностью. Сила закрепления достаточна для выполнения операций отделки и чистовой обработки. Вакуумные устройства весьма эффективны для закрепления тонких пластин. Базовые поверхности заготовки могут быть как чисто обработанными, так и чёрными, но достаточно ровными без заметных на глаз впадин и выступов.
При наличии шлифованных поверхностей допускается установка заготовок без уплотнения. Открепление заготовок осуществляется сообщением полости из которой выкачен воздух с атмосферой.
Сила прижимающая заготовку рассчитывается по такой формуле
Q = F(l,033-P) кг.
где F - площадь в см 2 , границы которой берутся по линии уплотнения Р -вакуум создаваемый в полости приспособления отсасывающим устройством.
На практике применяется вакуум 0,1 0,15кг/см 2
Применения более глубокого вакуума обходится дорого, а усилие закрепления увеличивается незначительно.
Для равномерного многоточечного прижима заготовки к плите на установочной плоскости выполняют большое количество отверстий равномерно расположенных.
В этом случае закрепление проходит без местного выпучивания и коробления заготовки. Вакуум для индивидуальных установок создается:
а) центробежными насосами Р = 0,3 кг/см 2
б) поршневыми одноступенчатыми Р = 0,005 кг/см 2
двухступенчатыми Р = 0,01 кг/см 2
Простые в изготовлении, обладающие большим коэффициентом усиления, достаточно компактные эксцентриковые зажимы, являясь разновидностью кулачковых механизмов, обладают еще одним, несомненно, главным своим преимуществом – быстродействием.
Рабочую поверхность кулачка чаще всего выполняют в виде цилиндра с окружностью или спиралью Архимеда в основании. В данной статье речь пойдет о более распространенном и более технологичном в изготовлении круглом эксцентриковом зажиме.
Размеры стандартизованных кулачков эксцентриковых круглых для станочных приспособлений приведены в ГОСТ 9061-68. Эксцентриситет круглых кулачков в этом документе задан равным 1/20 от наружного диаметра для обеспечения условия самоторможения во всем рабочем диапазоне углов поворота при коэффициенте трения 0,1 и более.
На рисунке ниже показана расчетная геометрическая схема механизма зажима. К опорной поверхности прижимается фиксируемая деталь в результате поворота за рукоятку эксцентрика против часовой стрелки вокруг жестко закрепленной относительно опоры оси.
Показанное положение механизма характеризуется максимально возможным углом α , при этом прямая, проходящая через ось вращения и центр окружности эксцентрика перпендикулярна прямой, проведенной через точку контакта детали с кулачком и точку центра наружной окружности.
Если повернуть кулачок на 90° по часовой стрелке относительно изображенного на схеме положения, то между деталью и рабочей поверхностью эксцентрика образуется зазор равный по величине эксцентриситету e . Этот зазор необходим для свободной установки и снятия детали.
РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Находим угол трения (°) "деталь - эксцентрик":
φ 1 = arctg (f 1) ,
где,
f 1
- коэффициент трения "деталь - эксцентрик";
0,15 - значение коэффициента трения «деталь - эксцентрик» соответствующее случаю «сталь по стали без смазки».
Находим угол трения (°) "ось - эксцентрик":
φ 2 = arctg (f 2) ,
где,
f 2
- коэффициент трения "ось - эксцентрик";
0,12 - значение коэффициента трения «ось - эксцентрик» соответствующее случаю «сталь по стали со смазкой».
Уменьшение трения в обоих местах повышает силовую эффективность механизма, но уменьшение трения в области контакта детали и кулачка ведет к исчезновению самоторможения.
Находим максимальный угол (°) кругового клина:
α = arctg (2 · e / D) ,
где,
e
- эксцентриситет кулачка, мм;
для обеспечения самоторможения на
стальных поверхностях желательно выполнять условие: D/e>15.
В ГОСТ 9061-68: D/e=20.
D
- диаметр эксцентрика, мм.
Тогда радиус-вектор (мм) точки контакта будет равен:
R = D / (2 · cos (α)) ,
А расстояние от оси эксцентрика до опоры (мм) соответственно будет:
А = s + R · cos(α) ,
где,
s
- толщина зажимаемой детали, мм.
Условием самоторможения является выполнение соотношения:
e ≤ R · f 1 + d/2 · f 2 ,
Если условие выполняется – самоторможение обеспечивается.
Усилие зажима (Н) можно найти по формуле:
F = P · L · cos (α) / (R · tg (α + φ 1) + d/2 · tg (φ 2)) ,
где,
P
- усилие на рукоятке, Н;
L
- длина рукоятки, мм.
Коэффициент передачи силы равен:
k = F / P
Выбранное для расчетов и изображенное на схеме положение эксцентрикового зажима является самым «невыгодным» с точки зрения самоторможения и выигрыша в силе. Но выбор такой не случаен. Если в таком рабочем положении рассчитанные силовые и геометрические параметры удовлетворяют разработчика, то в любых иных положениях эксцентриковый зажим будет обладать еще большим коэффициентом передачи силы и лучшими условиями самоторможения.
Уход при проектировании от рассмотренного положения в сторону уменьшения размера A при сохранении без изменений прочих размеров приведет к уменьшению зазора для установки детали.
Увеличение размера A может создать ситуацию при износе в процессе эксплуатации эксцентрика и значительных колебаниях толщины s , когда зажать деталь окажется просто невозможно.
Материалом для изготовления кулачка ГОСТ 9061-68 рекомендует использовать износостойкую поверхностно-цементированную сталь 20Х с поверхностной твердостью 56...61 HRC на глубине 0,8...1,2 мм. Но на практике эксцентриковый зажим выполняют из самых разнообразных материалов в зависимости от назначения, условий эксплуатации и располагаемых технологических возможностей.
Используя небольшую таблицу в MS Excel , созданную на основе этих формул, можно научиться быстро и просто определять главные параметры зажимов для кулачков из любых материалов, только нужно не забывать изменять в исходных данных значения коэффициентов трения.
В примере, показанном на скриншоте, по заданным размерам эксцентрика и силе, приложенной к рукоятке, определяется монтажный размер от оси вращения кулачка до опорной поверхности с учетом толщины детали, проверяется условие самоторможения, вычисляются усилие зажима и коэффициент передачи силы.
Данный файл с расчетом можно найти на сайте www.al-vo.ru.
Похожие документы:
ГОСТ 12189-66 - Приспособления станочные. Кулачки эксцентриковые. Конструкция;
ГОСТ 12190-66 - Приспособления станочные. Кулачки эксцентриковые сдвоенные. Конструкция;
ГОСТ 12191-66 - Приспособления станочные. Колодки эксцентриковые вильчатые. Конструкция;
ГОСТ 12468-67 - Эксцентрики двухопорные. Конструкция.
Эксцентриковые зажимы являются быстродействующими, но они развивают меньшую силу зажима, чем винтовые, имеет ограниченные линейные перемещения.
В станочных приспособлениях используют круглые и криволинейные эксцентриковые зажимы. Круглый эксцентрик применяемый в предлагаемой конструкции представляет собой диск, поворачиваемый вокруг оси О, смещенный относительно геометрической оси эксцентрика на некоторую величину е, называемую эксцентриситетом. Для крепления обрабатываемой детали эксцентриковые зажимы должны быть самотормозящимися.
Круглые эксцентрики изготавливают из стали 20Х, цементируют на глубину 0,6….1,2 мм и затем закаливают до твердости 58….62HRC э. Некоторые виды круглых эксцентриков выполняется по ГОСТ 9061-68
Из теоретической механики известно, что условие самоторможения двух трущихся тел следующие: угол трения больше или равен углу подъема, под которым происходит трение. Следовательно, если, угол подъема эксцентрика в определенном его положении не больше угла трения, то эксцентрика является самотормозящимся. Самотормозящиеся эксцентрики после зажима обрабатываемой детали не изменяемой своего положения. Самоторможение эксцентриковых зажимов обеспечиваются при определенном отношения его наружного диаметра и эксцентриситету е.
При расчете основных размеров круглого эксцентрика необходимо иметь следующие величины.
Эксцентриситет круглого эксцентрика (44):
Радиус наружной поверхности эксцентрика определяется из условия его самоторможения:
Угол поворота эксцентрика, соответствующей наименее выгодную для самоторможения положения зажима.
Эксцентриковые зажимы,в противоположность винтовым, являются быстродействующими. Достаточно повернуть рукоятку такого зажима менее чем на 180°, чтобы закрепить заготовку.
Схема действия эксцентрикового зажима показана на рисунке 7. При повороте рукоятки радиус поворота эксцентрика увеличивается, зазор между ним и деталью (либо рычагом) уменьшается до нуля; зажим заготовки производится за счет дальнейшего «уплотнения» системы: эксцентрик - деталь - приспособление.
Рисунок 7- Схема действия эксцентрикового зажима
Для определения основных размеров эксцентрика следует знать величину усилия зажима заготовки Q , оптимальный угол поворота рукоятки для зажима заготовки ρ, допуск на толщину закрепляемой заготовки δ.
Если угол поворота рычага неограничен (360°), то величину эксцентриситета кулачка можно определить по уравнению
где S 1 -установочный зазор под эксцентриком, мм;
S 2 -запас хода эксцентрика, учитывающий его износ, мм;
Допуск на толщину заготовки, мм;
Q – усилие зажима заготовки, Н;
L - жесткость зажимного устройства, Н/мм (характеризует величину отжима системы под воздействием зажимных сил).
Если угол поворота рычага ограничен (менее 180°), то величину эксцентриситета можно определить по уравнению
Радиус наружной поверхности эксцентрика определяется из условия самоторможения: угол подъема эксцентрика , составленный зажимаемой поверхностью и нормалью к радиусу его вращения, всегда должен быть меньше угла трения, т. е.
(f =0,15 для стали),
где D и R -соответственно диаметр и радиус эксцентрика.
Усилие зажима заготовки можно определить по формуле
где Р - усилие на рукоятке эксцентрика, Н (принимается обычно ~ 150 Н);
l - длина рукоятки, мм;
–углы трения между эксцентриком и деталью, между цапфой и опорой эксцентрика;
R 0 - радиус вращения эксцентрика, мм.
Для приближенного расчета усилия зажима можно воспользоваться эмпирической формулой Q12 Р (при t=(4-5) R и Р=150 Н).
а, в - для поджатая плоских заготовок; б - для крепления плоских заготовок с помощью качающегося коромысла; г - для стягивания обечаек с помощью гибкого хомута
Рисунок 8 - Примеры различных по конструкции эксцентриковых зажимов
Задача № 3 “Расчет парметров эксцентрикового зажима ”
По вводным данным тьютора подберите и рассчитайте параметры эксцентрикового зажима (рисунок 7), если изделие необходимо прижать с усилием Q , жесткость зажимного устройства L , угол поворота рычага неограничен, установочный зазор под эксцентриком S 1 , запас хода эксцентрика, учитывающий его износ S 2 , допуск на толщину заготовки ,сварщик правша.
Рассчитайте диаметр эксцентрика.
Определите длину рукоятки эксцентрика l .
Составьте эскиз зажима. Подберите материал, из которого должен быть изготовлен зажим.
Таблица 4 – Варианты задачи
|
Q , кН |
L , Н/мм |
S 1 , мм |
S 2 , мм |
Эксцентриковые зажимные устройства являются быстродействующими и широко применяются в крупносерийном и массовом производствах при небольших силах зажима (рис. 2). Для определения основных размеров конструкции эксцентрика необходимо иметь: допуск на базовую поверхность обрабатываемой детали в процессе ее установки; угол поворота эксцентрика β п от начального положения; силу, приложенную на конце рукоятки Q рук, и длину рукоятки L рук.
Рис. 2. Элементы кругового эксцентрика, применяемые при расчетах
Сила зажима, развиваемая эксцентриком,
,
где Q рук – сила, приложенная на рукоятке эксцентрика, Н; е – эксцентриситет, мм; f т.п – коэффициент трения на поверхности эксцентрика; f т.о – коэффициет трения на поверхности оси, f т.о = 0,12 ... 0,15; г о – радиус оси, мм.
Ход эксцентрика
.
Наиболее удобный для рабочего угол поворота β п = 90° ... 120°. Ход эксцентрика можно определить по соотношению . Наружный диаметр эксцентрика определяют из условия D ≥ 20 ∙ е, а радиус оси r о выбирают в зависимости от ширины рабочей части эксцентрика по конструктивным соображениям или рассчитывают по формуле.
Самоторможение эксцентрикового зажима должно соответствовать условию D/е ≥ 14, где отношение D/е является характеристикой эксцентрика.
Все расчетные параметры круглого эксцентрика необходимо принимать с учетом ГОСТ 9061–68*, где D эк = 32 ... 70 мм, е = 1,7 ... 3,5 мм.
Пример. Определить конструктивные элементы круглого эксцентрика для зажима заготовки по размерам рабочего чертежа и рассчитать силу зажима обрабатываемой заготовки.
Решение. Определим допуск базовой поверхности обрабатываемой; заготовки, где δ = 0,34 мм. Установим ход эксцентрика
Принимаем эксцентриситет е = 2 мм.
Определим диаметр круглого эксцентрика
D ≥ 20 ∙ е = 20 ∙ 2 = 40 мм.
Определим силу зажима эксцентриком
Длину рукоятки эксцентрика L рук определим из условия
L рук = 2,5 ∙ D = 2,5 ∙ 40 = 100 мм.
Угол поворота принимаем β п = 90°. Коэффициент трения на поверхности эксцентрика f т.п = 0,12. Коэффициент трения на поверхности оси f т.о = 0,15. Радиус оси принимаем конструктивно г о = 6 мм. Самоторможение эксцентрикового зажима проверяем по условию D/е ≥ 14 (где 40/2 = 20). Самоторможение удовлетворяет нашему условию.