2.3.4.2 Клиновые зажимные механизмы

Клин очень широко используют в зажимных механизмах приспособлений, этим обеспечивается простота и компактность конструкции, надежность в работе. Клин может быть как простым зажимным элементом, действующим непосредственно на заготовку, так и входить в сочетание с любым другим простым при создании комбинированных механизмов.

Назначение клиновых механизмов: увеличение исходной силы привода, перемену направления исходной силы, самоторможение механизма (способность сохранять силу зажима Q при прекращении действия силы W, создаваемой приводом). Если клиновой механизм применяют для перемены направления силы зажима, то угол клина обычно равен 45º, а если для увеличения силы зажима или повышения надежности, то угол клина принимают равным 6 – 15º (углы самоторможения).

Рисунок 2.37 - Схема механизма с плоским односкосым клином и силы, действующие на клин

Клин применяют в следующих конструктивных вариантах зажимов:

а) механизмы с плоским односкосым клином (рисунок 2.37);

б) многоклиновые (многоплунжерные) механизмы (рисунок 2.38);

в) эксцентрики (механизмы с криволинейным клином) (рисунок 2.39);

г) торцовые кулачки (механизмы с цилиндрическим клином) (рис. 2.40).

На рисунке 2.37 представлена схема механизма с плоским односкосым клином и силы, действующие на клин приведена схема комбинированного зажима. Он образован последовательным соединением плоского односкосого клина 1, на который действует через шток 2 привода сила W, и рычажного зажима 3, передающего на заготовку силу зажима Q.

При зажиме заготовки клин под действием силы W движется влево, поворачивая рычаг вокруг оси вращения. При движении клина на его плоскостях возникают нормальные силы Q и N и силы трения F₁ и F₂ (Рисунок 2.37, а - Схема механизма с плоским односкосым клином и силы, действующие на клин), причем

(2.76)

где: φ₁ и φ₂, f₁ и f₂ – углы и коэффициенты трения на соответствующих поверхностях клина.

В конечном положении, когда заготовка зажата, клин находится в равновесии.

Рассмотрим равновесие клина под действием всех приложенных к нему сил. Для этого равнодействующую R₁ сил N и F₁ разложим на силы Q и Р. Так как в зажатом состоянии клин находится в равновесии, то вертикальная составляющая по величине равна Q. Горизонтальная составляющая Р из силового многоугольника равна

(2.77)

Сумма проекций всех сил на направление силы W

(2.78)

откуда.

(2.79)

Если трение существует только на наклонной поверхности клина, т.е. закрепляемая заготовка перемещается вместе с клином в направлении действия силы W, то tgφ₂ = 0 и Усилие, развиваемое односкосым клином (2.80)

Существенным недостатком рассмотренного механизма является низкий коэффициент полезного действия (КПД), т.е. большие потери на трение, резко увеличивающиеся с уменьшением угла клина. В таблице 2.1 - Значение потерь на трение и силы W в зависимости от различных углов клина a, приведены потери на трение в клиновом механизме в зависимости от угла клина α.

Таблица 2.1 - Значение потерь на трение и силы W в зависимости от различных углов клина a.

, град	W, доли от Q		Потери на трение, %
	Без учета сил трения	С учетом сил трения
5 20 45	0,087 0,37 1	0,29 0,59 1,25	70 37 25

Для повышения КПД клинового механизма на поверхностях клина трение скольжения заменяют трением качения, применяя опорные ролики (Рисунок 2.37, б - Схема механизма с плоским односкосым клином и силы, действующие на клин). Схема действующих сил принципиально ничем не отличается от механизма с плоским односкосым клином без роликов, поэтому для расчета этого механизма вполне можно применить формулу, заменив углы трения скольжения φ₁ и φ₂ на приведенные углы трения качения φ_{1 ПР} и φ_{2 ПР}:

(2.81)

Углы φ_{1 ПР} и φ_{2 ПР} углы с трением качения можно определить, рассмотрев равновесие роликов. Рассмотрим равновесие нижнего ролика, приравняв нулю сумму моментов всех сил относительно оси ролика:

(2.82)

где: - сила трения качения между роликом и клином;

– сила трения скольжения между роликом и осью, отсюда

(2.83)

или

(2.84)

Соответственно для верхнего ролика В конструкциях с роликами потери на трение снижаются, а сила зажима возрастает на 30-50% по сравнению с клином без роликов.

Уравнение перемещений рассматриваемых механизмов (Рисунок 2.37, в - Схема механизма с плоским односкосым клином и силы, действующие на клин)

(2.85)