Тема 4: Затискні механізми пристосувань (4 години)

ПЛАН: 1 Призначення і технічні вимоги

2 Гвинтові, ексцентрикові, клинові затискачі

3 Конструкції та розрахунок зусилля затиску

4 Конструкція багатократних затискачів. Схеми дії сил

5 Графічні позначення затискувачів

Мета заняття: вміти вибирати затискуючи механізми, визначати його основні розміри і визначати зусилля затискачів

Література: (1, с. 37-52; 2, с. 67-71, 91-104)

Самостійна робота №5

Тема: Прихвати (на 4 годин)

ЗМІСТ: 1 Схеми конструкції прихватів і розрахунки зусилля затискачів

2 Графічне позначення затискачів

3 Стандартні затискачі

Література:

(1,с.43-45; 2,с. 83-91; 4,с.92-124; 173-210,-1979р., або с. 92-112; 227-247,-1971р.)

1 Основне призначення затискуючих пристроїв, пристосувань складається в забезпеченні надійного контакту заготовки з установчими елементами і запобігання її зсунення і вібрації в процесі обробки.

При впровадженні допоміжних затискуючих пристроїв збільшується жорсткість технологічної системи, при цьому досягається підвищення точності, клас чистоти.

Всі затискуючи пристрої розподіляються на дві групи:

• коли початкові зусилля закріплення деталі буде примінена мускульна сила робочого, тобто ручні;

• коли в якості початкового зусилля застосовують: гідравліку, стисле повітря, електромагніт, вакуум тощо.

Необхідність застосування затискуючих пристроїв може відпасти коли (рисунок 1):

• заготовка важка, а сила обробки значно мала в порівняні з її вагою;

• якщо сила обробки сама притискує заготовку до пристосування.

а) б)

Рисунок 1- Схеми обробки заготовок без закріплення:

а - цековка торця бобишки; б - зенковка отвору

Крім основного затискуючого пристрою, може вводитись і допоміжні затискуючи пристрої, щоб повисити точність, жорсткість технологічної системи (рисунок 2).

1- самовстановлююча опора

Q1 - основний затискач

Q2 - допоміжний пристрій

Рисунок 2 – Схема затиску заготовки з допоміжним пристроєм

Вимоги до затискуючих пристосувань - повинні бути:

1 Надійними в роботі, простими по конструкції і зручними в обслуговуванні;

2 Не повинні деформувати закріплені заготовки та викликати пошкодження їх поверхонь;

3 Закріплення і відкріплення заготовок повинно проводитись з мінімальним виростанням часу;

4 Повинні забезпечувати рівномірність затиску;

5 Не повинні зрушувати заготовку в процесі її закріплення та обробки.

Всі затискуючи пристосування можна розподілити на дві групи:

Прості: клинові, гвинтові, ексцентрикові, важільні

Комбіновані: гвинто – ексцентро - важільний затискач

Бувають одномісні – затискують одну заготовку, або багатомісні затискують декілька заготовок водночас.

В залежності від джерела сили бувають: ручні, механічні та автоматичні.

Ручні – закріплення в ручну тобто за рахунок мускульної сили робочого.

Механічні – пневмоприводи, гідравлічні, вакуумні, магнітні.

Автоматичні – устрої верстата які переміщуються від вузлів станка, шпинделя, супорта, або патронів з кулачками, на які діють центробіжні сили обертаючих вантажів патрона. При цьому затиск і відкріплення деталі проходить без участі робочого.

2 Розглянемо прості пристрої пристосувань.

Клиновий зажим – для надійного закріплення деталі в пристосуванні клин повинен бути самогальмуючий тобто, затискувати оброблювану деталь після припинення дії на клин початкової сили Р. Клинові затискачі застосовують в якості проміжної ланки в складних затискуючих системах. При передачі сил клиновим механізмом між силами Р і Q виходить залежність, яка визначається від силового багатокутника (рисунок 3)

Рисунок 3 – Сили, які діють в односкосовому клиновому затискачу (а), і силовий

багатокутник

де - знак „+” закріплення, знак „ - ” відкріплення клина, , , - кути тертя

Самогальмування має місце при < + (забезпечується малими кутами нахилу його поверхні). Крім початкової сили на клин діють нормальні сили і ; і сили тертя Fı і F2 по його боковим поверхням. Якщо кути тертя = = = , то для односкосового клина при розташуванні передаваємої сили під прямим кутом, залежність між силами P і Q буде:

Клинові затискувачі застосовують в пристосуванні в поєднанні з іншими елементарними затискувачами.

Гвинтові затискувачі застосовують в пристосуваннях з ручним закріпленням заготовок, а також в пристосуваннях механізованого типу, які застосовуються для обробки деталей на автоматичних лініях.

Гвинтові затискувачі дуже прості і надійні в закріпленні оброблюваних деталей.

Недоліки – довгі затрати на допоміжний час для затиску і розкріплення, велика затрата мускульної сили робочого, непостійність сили затиску і можливість зміщення деталі від сили тертя на торці гвинта.

Закріплення деталей гвинтовими затискачами в пристосуванні здійснюється ключем, кулачками, гайками, або гайками-головками, встановленими на кінці гвинта. Виготовляють із Сталі 35 і Сталі 45 з твердістю HRCэ 32…42 і точністю різьблення по 7-му класу.

Розрахунок гвинтових затискачів (рисунок 4)

Сила, яка потрібна для затиску деталі гвинтовим затискачем, залежить від довжини рукоятки і величини прикладеної до неї сили, форми затискного торця гвинта і виду різьблення.

1- сферичний торець,

2 – рукоятка,

d – діаметр зовнішній гвинта,

l – довжина рукоятки,

rср – середній радіус різьблення,

W – сила затиску

1 - плоский торець гвинта

1 - з башмаком

R- радіус башмака

β

Рисунок 4 – Гвинтові затискачі і їх розрахунок

Сила, яка прикладена на кінець рукоятки 2 різьбового затискача зі сферичним торцем 1(рисунок 4а) визначається:

С ила затиску

де – k – коефіцієнт, який залежить від форми і розмірів поверхні.

Діаметр номінальний (зовнішній) гвинта визначається по формулі

d = С

де с =1,4 – основної метричної різьби

σ= напруга розтягнення (стиснення); для гвинтів із сталі 45 можна брати 8-10кг/мм

Величину розрахункового діаметру округлюють до найближчого більшого значення.

Момент від сили Q, прикладений на рукоятці різьбового затискача зі сферичним торцем 1(рисунок 4а) визначається:

для плоского кінця рисунок 4б :

;

сила затиску

;

де f - коефіцієнт тертя

момент

для башмака рисунок 4в

;

сила затиску

Момент

Якщо заготівка в процесі обробки нагрівається, то момент відкріплення затиску може зрости. Для затискних гвинтів з сферичним торцем (рисунок 4а) наближена формула моменту закріплення має вигляд:

M=0.1·d·Q

У цій формулі момент тертя між гайкою і торцем гвинта дуже малий M<0.03

для гвинтів з плоским торцем

для башмака

M=0.1dQ(d+r)

Ексцентрикові затискачі – вони швидкодіючі, але розвивають меншу силу затиску, мають обмежене лінійне переміщення, застосовують круглі або криволінійні ексцентрики

Рисунок 5 – Схема розрахунків сили, прикладеної до рукоятки ексцентрика і на самогальмування

де -

Круглий ексцентрик (рисунок 5) представляє собою диск, який обертається навколо вісі, яка зсунута відносно геометричної вісі ексцентрика на величину е, яка називається ексцентриситетом.

Для надійного закріплення обробляючі деталі ексцентрикові затискувачі потрібні бути самогальмуючими.

Виготовляють із сталі 20Х, цементують на глибину 0,8-1,2 і гартують до твердості HRCэ 57…63.

Із теоретичної механіки відомо, що кут тертя куту підйому, де відбувається тертя, тоді буде виконуватися умова самогальмування.

Значить, якщо буде меншою за то ексцентрик буде самогальмуючий.

Також самогальмування забезпечується розрахунковим відношенням його зовнішнього діаметром і ексцентриситету і повинна виконуватись умова D/e ≥ 14 – це характеристика ексцентрика.

Ексцентриситет визначають по формулі

де – допуск на розмір заготовки від її установчої бази до місця прикладення сили затиску;

- зазор для нормальної установки обробляючої деталі в пристосуванні під ексцентрик;

- запас ходу ексцентрика не дає перейти мертву точку ексцентрику;

J – жорсткість затискуючого устрою пристосування 1200 кг/см.

Відношення W/J характеризує збільшення відстані між ексцентриком і обробляючою деталлю внаслідок пружних віджимань ланок системи, що сприймає зусилля затиску.

Приймаємо =0,2...0,4, =0,4...0,6,

тоді

якщо <

Радіус цапфи ексцентрика знаходять

- допустима напруга на зімнення 1,5 – 2,0 кг/

при b=2r – ширина ексцентрика

Радіус R зовнішньої поверхні ексцентрика знаходять із вимог до самогальмування. Якщо розглянути сили, які діють на круглий ексцентрик (рисунок 5а), знайдемо, що рівнодіюча сила Т від сили затиску (реакції) W і сили тертя повинна бути рівна і направлена в зворотньому напрямку силі реакції Т' з боку цапфи ексцентрика. Сила Т' знаходиться дотично до кругу тертя радіуса . Тоді получимо

,

де - радіус внутрішньої цапфи, = 6…8 - кут тертя спокою, град.

Звідси

при

,

де r - радіус цапфи ексцентрика, мм; ∆ - товщина перемички, мм.

Величини e і ρ визначають з рівності

,

де f – коефіцієнт тертя спокою у цапфі; при ; f=0,12...0,5 для полусухих поверхонь або при f=0,1

Кут повороту ексцентрика при затиску деталі

Ширину робочої частини ексцентрика знаходять по допустимим напругам, по модулям пружності і коефіцієнтам для матеріалу ексцентрика і елементам, які контактують з ним

;

W – сила затиску деталі, Н(кгс)

Е – модуль пружності,

σ - допустима напруга на зімнення, σ=60

Всі отримані дані перевіряють по ГОСТ9061

Затискна сила, що розвивається ексцентриком

;

де φ1 – кут тертя на осі ексцентрика

При довжині рукоятки (l≈2D) розрахунок можливо проводити по формулі:

W=12Q

Для визначення залежності між силою затиску Q і моментом на рукоятці ексцентрика розглянемо, які сили діють на закріпленні деталі (рисунок 5б).

Діють три сили – сила на рукоятці N, реакція заготовки T і реакція заготовки S. Під дією цих сил система знаходиться в рівновазі.

Сума моментів усіх сил, які діють відносно повороту ексцентрика

Nl – Q e sin á – fQ (R +e cos á) – Sρ = 0;

де f –коефіцієнт тертя ковзання між ексцентриком і заготовкою

Так як сила S мало відрізняється від нормальної сили Q, приймаємо S≈Q,

тоді

Nl = Q [ f R + ρ+e (sin á + f cos á)];

спрощуємо і получаємо

Nl = Q [R sin φ + ρ + e sin (á+φ)];

підставляємо замість R його значення получимо

;

звідки Nl=M;

За допомогою полученної приблизної формули можливо визначати момент з точністю до 10%.

Конструкції ексцентриків

а) б)

в) г)

а – круглий; б – вильчатий; в –кулачковий одинарний; г - здвоєний