4.6.1 Простые зажимные механизмы

При конструировании приспособления всегда возникает задача по найденной силе зажима W установить тип и основные размеры зажимного устройства и определить силу, развиваемую приводом. Для любого зажимного механизма можно записать уравнение сил:

W=Q i;

где W – сила, развиваемая на ведомом звене (сила зажима);

Q – исходная сила, получаемая зажимным механизмом от силового привода (прикладываемая к ведущему звену механизма).

i – передаточное отношение сил, характеризующее конструктивные параметры механизма.

Рассмотрим основные конструктивные разновидности простых зажимных механизмов и методику определения сил зажима для каждого из них.

4.6.1.1 Винтовые механизмы

Винтовые механизмы имеют самое широкое распространение и применяются в приспособлениях с ручным закреплением заготовок, с механизированным приводом, а также на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников.

Достоинствами их является простота конструкции, невысокая стоимость и высокая надежность в работе.

Однако простейший зажим в виде индивидуального винта, действующего на деталь непосредственно, применять не рекомендуется, так как в месте его действия деталь деформируется и, кроме того, под влиянием момента трения, возникающего на торце винта, может быть нарушено положение обрабатываемой детали в приспособлении относительно инструмента.

Правильно сконструированный простейший винтовой зажим, кроме винта должен состоять из направляющей резьбовой втулки со стопором, предотвращающим произвольное ее вывинчивание, наконечника и гайки с рукояткой или головкой (рис. 4.70).

Рис. 4.70. Винтовой механизм.

Наконечник предназначен для увеличения поверхности соприкосновения зажима с обрабатываемой деталью, в результате чего значительно уменьшается давление на деталь, а следовательно, и деформация смятия детали. Кроме того, наконечник, перемещаясь только поступательно, почти исключает возникновение момента трения в месте соприкосновения с деталью и тем самым не нарушает положение детали, определившееся установочными элементами.

Винтовые механизмы используются как для непосредственного зажима, так и в сочетании с другими механизмами. Непосредственный зажим осуществляется либо винтом при неподвижной резьбовой втулке (рис. 4.71,а), либо гайкой при неподвижной шпильке (рис. 4.71,б).

а) б)

Рис. 4.71. Схема закрепления винтом (а) и гайкой (б).

Номинальный диаметр винта определяется по формуле:

; (мм)

где С=1,4 – коэффициент для основной метрической резьбы.

W – сила зажима закрепления заготовки, Н.

σ – напряжение растяжения (сжатия).

Для винтов из стали 45 с учетом износа резьбы σ=80…100 МПа.

Диаметр округляют до ближайшего большего значения. В приспособлениях применяют метрическую резьбу от М8 до М42.

4.6.1.2 Определение силы зажима, развиваемой с помощью винтовых механизмов

1) Зажим осуществляется гайкой.

В этом случае при завинчивании гайки момент силы, приложенной к гаечному ключу (или к рукоятке головки), расходуется на преодоление момента М_тр1 силы трения в резьбовом соединении гайки с винтом и момента М_тр2 силы трения на опорной поверхности гайки.

Момент завинчивания гайки определяется по формуле:

М=Q l;

где Q – сила, приложенная к гаечному ключу;

l – расчетная длина ключа (рукоятки).

Момент силы трения в резьбовом соединении определится из выражения:

;

где W – сила зажима.

d_ср=d₂ – средний диаметр резьбы.

ω - угол подъема винтовой линии резьбы (ω для М8…М42 меняется от 3⁰10` до 3<sup>0</sup>57`).

– приведенный угол трения в резьбе (f – коэффициент трения, α – угол профиля резьбы).

Момент силы трения на опорной поверхности гайка:

;

где f₁ – коэффициент трения на опорной поверхности гайки (можно принять f₁=f);

D – наибольший диаметр опорной поверхности гайки;

D₀ – диаметр отверстия для болта в шайбе.

Из условия равновесия затянутой системы деталей можно записать, что:

М=М_тр1+М_тр2;

или, подставляя значения

отсюда

2).Зажим осуществляется торцовой частью винта.

В этом случае величина силы зажима зависит от формы торца винта и от формы поверхности, на которую опирается винт (рис. 4.72).

Рис. 4.72. Зажим винтом с различной формой торца.

Для винтов со сферической пятой (рис. 4.72,а):

М_тр2=0; и сила зажима определяется по формуле:

Для винтов с кольцевой пятой (рис. 4.72,б) сила зажима определяется также как для зажима гайкой.

Для винтов с плоской пятой (рис. 4.72,в) момент трения М_тр2­ рассчитывается по формуле:

;

а сила зажима будет равна:

Для винтов с неподвижным наконечником и сферической пятой (рис. 4.72,г) момент трения равен:

.

Тогда сила зажима будет

При проектировании зажимных винтов с плоской или кольцевой пятой целесообразно проверить их торцы по напряжениям смятия, пользуясь формулой:

;

а) ; б) .

Торцы винтов со сферической пятой необходимо проверить по контактным напряжениям, пользуясь формулой:

;

где q – нагрузка, равная отношению силы W к длине линии контакта (для винтов типа г) ; типа а) );

- приведенный модуль упругости материалов контактируемых деталей;

– приведенный радиус кривизны контактируемых поверхностей деталей в месте их контакта.

- допускаемой контактное напряжение. Оно выбирается в зависимости от предела текучести σ_т материала менее прочной из контактирующих деталей.

С учетом сказанного имеем:

для винтов типа а): ;

для винтов типа г): .

При грубо приближенных расчетах для определения силы зажима при нормальной длине ключей (l=14d, где l – длина ключа, d – номинальный диаметр резьбы) можно пользоваться формулами:

- при зажиме винтами со сферической пятой W 140Q;

- при зажиме гайками W=65Q.

Большинство деталей винтовых механизмов приспособлений стандартизованы.

Материал нажимных винтов – сталь 45. Твердость HRC 33…38, метрическая или трапецеидальная резьба.

Материал гаек – сталь 45 (HRC 30…35) или сталь 40Х (HRC 33…38).