轴向快速锁紧机构设计(20110424) [ppt 97
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快速锁紧装置设计方案
快速锁紧装置设计方案
学院：机械与动力工程学院
班级：机设08-7班
组长：刘永康
原理：我们通过偏心轮在旋转过程中在径向会产生一定的位移差而构思出了这一方案。
该结构主要通过偏心轮的旋转来实现光轴的锁紧和放松,当偏心轮在向外旋转时，超过某一固定角度，会达到一种平衡，形成自锁，从而实现锁紧。
向内侧扳回时，可以放松光轴。
材料：70*70*60铸铁1块，直径30的45号钢长度200，直径10的45号钢长度150,2*M6*60规格的螺栓和螺母
单位均为mm。
成员：刘永康刘光辉马小东路勇彭然尚耀华吴创姚然。
8种锁紧与释放机械设计原理，开拓你的机械设计灵感
8种锁紧与释放机械设计原理，开拓你的机械设计灵感加我进交流群工具教程资料在机械设计和产品设计中，我们会经常碰到需要设计锁扣结构，有时还要求设计的锁扣能够解锁，这就涉及到了机械原理的运用。
今天分享8种巧妙的锁扣设计原理，这8种锁扣都是可以解锁的，不是死锁扣。
凸轮锁紧销结构如上图所示，是一种凸轮结合锁紧销形成的一种锁扣结构。
其设计原理包含一个凸轮特征、一个锁紧销、一个弹簧、一个手柄。
需要注意的是锁紧销的端部要做成圆弧状，这样方便实现锁扣的锁紧位置移动。
对称锁扣结构对称锁扣结构的锁紧杆和扳紧杆是一样的，形状和结构一样，其分别布局在机架两边，通过弹簧连接，需要注意的是锁紧杆和扳紧杆配合的位置需要做成圆弧，方便滑动。
这种结构有一个特点是扳紧杆既可以做锁紧杆也可以做扳紧杆，锁紧杆既可以做扳紧杆也可以做锁紧杆。
阶梯对称锁扣结构阶梯对称锁扣结构是在第二种结构基础上演变而来的，即将锁紧杆和扳紧杆的配合圆弧面做成阶梯状，没有了配合面的圆弧结构。
这种机构也是有机架固定，其阶梯配合面可以实现有几个不同的锁紧位置可选择。
L型锁紧结构L型锁紧机构的锁紧杆是L型的，其由机架、扳紧杆、锁紧杆、挡块、锁紧弹簧等组成。
锁紧的实现是通过弹簧力将锁紧杆和扳紧杆扣合。
锁紧的位置可以通过设置不同的缺口而实现不同的锁紧位置。
上图的锁紧缺口是设置在扳紧杆的一端。
锁栓+扳紧杆结构锁栓扳紧杆结构的特点是由锁栓代替了原来的锁紧杆，即锁紧杆缩短了很多，直接组装在扳紧杆上。
此种机构有机架、扳紧弹簧、扭簧、扳紧杆、锁栓等组成。
扳开锁栓时，扳紧杆可以靠自重下降工作。
此种机构的特点是锁栓固定在扳紧杆上。
旋转锁紧结构旋转锁紧结构的扳紧件的运动是一个圆周运动，没有了锁紧杆，机架上开有导槽，扳紧杆上装有扳紧销，扳紧销在机架上的导槽内运动，其运动形式是先轴向推动，再径向转动，结合弹簧的弹力实现扳紧销紧紧的卡在机架上的导槽内。
滑块锁紧结构滑块锁紧结构中，扳紧杆演变成了一个滑块，通过滑块在导轨上滑动来实现锁紧与松开的动作。
轴向快速锁紧机构设计ppt课件
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销套锁紧装置是靠套内弹性定位锁销入轴上 锁孔(槽)而定位的轴向锁紧装置。其特点是可靠性 高，但轴向调整连续性差。
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2. 光轴快速锁紧装置
1—驱动轴； 2—盘具； 3—锁紧套；*1—光轴
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光轴快速锁紧装置三维图
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1-外套；2-内锥形套；3-淬火钢珠；4-内套；5-弹簧；6-拉帽
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。
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3.1 淬火钢珠相对轴滚动自锁
淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时，必有：
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紧定螺钉套锁紧装置的应用比较广泛，其 轴向锁紧的可靠程度取决于紧定螺钉的旋紧程度。为 了确保锁紧的可靠性，只有增加螺钉的旋紧力，这样， 既增加了拆装难度，又增加了轴面损伤、螺钉及套螺 孔螺纹损坏的可能。
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1.3 销套锁紧
2020/6/30
珠的数目与装置的锁紧可靠性密切相关。从装置所承受 的轴向力方面考虑，随轴向力的增大，钢珠的数目宜适 当增加。其目的是对于表面硬度相对较低的轴而言，不 至于因承力过于集中而造成表面划伤，从而导致锁紧失 效。但就线缆行业盘具装卡而言，绝太多数情况下．轴 向力均为较小的附属力，不需要过分考虑，钢珠取3～4 颗即可。至于，用于具有较大轴向力的装卡时，钢珠数 目应适当增加，并需适当提高锁紧轴的表面硬度。
机械夹紧机构(共24张PPT)
这一类定心夹紧机构的特点是：夹紧行程小，定心精度高，但制造较困难。
如图14-14所示，为虎钳式定心夹紧机构，操作螺杆1，使左、右旋螺纹带动滑座上的 V形架2、3〔工作元件〕作对向等速移动，便可实现工件的定心夹紧，反之，便可松 开工件。
1〕 弹簧筒夹定心夹紧机构 如图14-15a所示为装夹工件以外圆柱面定位的弹簧夹头 ；如图14-15b所示为装夹工件以内孔定位的弹簧心轴。这类机构的主要元件是弹性筒 夹，它是在一个锥形套筒上开出3～4条轴向槽而形成的。
联动夹紧机构可分为单件联动夹紧机构和多件联动夹紧机构。 这类夹紧机构其夹紧力作用点有两点、三点或多至四点，夹紧力 的方向可以相同、相反、相互垂直或交叉。如图14-11a所示，两个夹紧力 互相垂直，拧紧手柄可在右侧面和顶面同时夹紧工件。如图14-11b所示，为两 个夹紧力方向相同，拧紧右边螺母，通过螺杆带动平衡杠杆即能使两 副压板均匀地同时夹紧工件。
如图14-11a所示，两个夹紧力互相垂直，拧紧手柄可在右侧面和顶面同时 夹紧工件。如图14-11b所示，为两个夹紧力方向相同，拧紧右边螺母，通过螺杆带
动平衡杠杆即能使两副压板均匀地同时夹紧工件。
• 2．多件联动夹紧机构
•
多件联动夹紧机构一般有平行式多件联动夹紧机构和连续式多件联动夹紧
机构。
• 〔1〕平行式多件联动夹紧机构
如图14-13所示，为同时铣削四个工件的夹具。
五、定心夹紧机构
在机械加工中，常遇到许多具有对称轴线、对称平面或对称中心 的工件，这时，可采用定心夹紧机构，如三爪卡盘。由于采用定心夹 紧机构时，对称轴线、对称平面或对称中心是工件的定位基准，因而 可使定位基准不产生位移。如果对称轴线、对称平面或对称中心又是 工件的工序基准，那么定位基准与工序基准重合。
如图14-14所示，为虎钳式定心夹紧机构，操作螺杆1，使左、右旋螺纹带动滑座上的 V形架2、3〔工作元件〕作对向等速移动，便可实现工件的定心夹紧，反之，便可松 开工件。
1〕 弹簧筒夹定心夹紧机构 如图14-15a所示为装夹工件以外圆柱面定位的弹簧夹头 ；如图14-15b所示为装夹工件以内孔定位的弹簧心轴。这类机构的主要元件是弹性筒 夹，它是在一个锥形套筒上开出3～4条轴向槽而形成的。
联动夹紧机构可分为单件联动夹紧机构和多件联动夹紧机构。 这类夹紧机构其夹紧力作用点有两点、三点或多至四点，夹紧力 的方向可以相同、相反、相互垂直或交叉。如图14-11a所示，两个夹紧力 互相垂直，拧紧手柄可在右侧面和顶面同时夹紧工件。如图14-11b所示，为两 个夹紧力方向相同，拧紧右边螺母，通过螺杆带动平衡杠杆即能使两 副压板均匀地同时夹紧工件。
如图14-11a所示，两个夹紧力互相垂直，拧紧手柄可在右侧面和顶面同时 夹紧工件。如图14-11b所示，为两个夹紧力方向相同，拧紧右边螺母，通过螺杆带
动平衡杠杆即能使两副压板均匀地同时夹紧工件。
• 2．多件联动夹紧机构
•
多件联动夹紧机构一般有平行式多件联动夹紧机构和连续式多件联动夹紧
机构。
• 〔1〕平行式多件联动夹紧机构
如图14-13所示，为同时铣削四个工件的夹具。
五、定心夹紧机构
在机械加工中，常遇到许多具有对称轴线、对称平面或对称中心 的工件，这时，可采用定心夹紧机构，如三爪卡盘。由于采用定心夹 紧机构时，对称轴线、对称平面或对称中心是工件的定位基准，因而 可使定位基准不产生位移。如果对称轴线、对称平面或对称中心又是 工件的工序基准，那么定位基准与工序基准重合。
轴向快速锁紧机构设计概诉
2018/12/5
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1.3 销套锁紧
2018/12/5
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销套锁紧装置是靠套内弹性定位锁销入轴上 锁孔(槽)而定位的轴向锁紧装置。其特点是可靠 性高，但轴向调整连续性差。
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2. 光轴快速锁紧装置
1—驱动轴； 2—盘具； 3—锁紧套；*1—光轴
2018/12/5
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光 轴 快 速 锁 紧 装 置 三 维 图
整理上式，可得滚动自锁角为：
可知，淬火钢珠相对轴滚动自锁条件为：
即：
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3.2 淬火钢珠相对轴滑动自锁
如钢珠的临界自锁状态受力图所示，淬火钢 珠相对轴临界滑动自锁状态时，必有：
可知：
故有：
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因为：
将式(2)、(3)，(4)代人式(1)，整理可得：
整理上式，即得：
轴向锁紧装置在光、电缆生产设备及其他多种行
业的生产设备中广泛应用。
1. 传统的轴向锁紧装置
传统的轴向锁紧装置以螺母锁紧装置、紧定螺
钉套锁紧装置和销套锁紧装置最为常见。
3
1.1 螺母锁紧
4
螺母锁紧装置多用于悬臂轴。为了适用于不同轴
向厚度的材料及增强锁紧的可靠性，轴端螺纹往往设
计的比较长，而螺距又比较小。这样，在夹持轴向厚
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(2)圆柱螺旋压缩弹簧的作用
弹簧在该装置中起着不可忽视的作用，它使钢珠
与内锥面保持接触，并在二者之问产生适当的预压力。
这避免了装置使用中，因钢珠与内锥面间存在间隙，
而不能及位锁紧的可能；同时，也避免了轴向力不稳
定时，钢珠与内锥面间歇接触，从而导致钢珠逐步后
机械夹紧机构PPT课件
3. 夹紧力大小的确定 夹紧力的大小要适当，夹紧力太小，难以夹紧工件；夹紧力太大，将
增大夹紧装置的结构尺寸，且会增精选大p工pt 件变形，影响加工质量。夹紧力的4 计算可参阅有关资料。
夹紧力方向应朝向主要定位基准面，如图14-2所示。
精选ppt
5
（2）夹紧力应朝向工件刚性较好的方向，使工件变形尽可能小，如
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9
（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工部位，如图14-7示。
精选ppt
10
三、典型夹紧机构
1．斜楔夹紧机构
如图14-8所示，几种斜楔夹紧机构夹紧工件的实例。
2．螺旋夹紧机构
如图14-9所示，几种螺旋夹紧机构夹紧工件的实例。
3. 偏心夹紧机构
用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏
心夹紧机构。常用的偏心件是偏心轮和偏心轴，如图
精选ppt
24
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
14-10所示，为偏心夹紧机构的应用实例。
偏心夹紧机构的特点是结构简单、操作方便、夹
紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程小，一般用于切
削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。
精选ppt
11
如图14-8所示，几种斜楔夹紧机构夹紧工件的实例。
精选ppt
12
如图14-9所示，几种螺旋夹紧机构夹紧工件的实 例
。 图14-3所示
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6
（3）夹紧力方向应尽可能实现“三力”同向，以利于减 小所需的夹紧力，如图14-4 所示。
精选ppt
7
（1）夹紧力作用点应落在定位元件上或几个定位元件所形成的支承 区域内，如图14-5所示。
精选ppt
增大夹紧装置的结构尺寸，且会增精选大p工pt 件变形，影响加工质量。夹紧力的4 计算可参阅有关资料。
夹紧力方向应朝向主要定位基准面，如图14-2所示。
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5
（2）夹紧力应朝向工件刚性较好的方向，使工件变形尽可能小，如
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9
（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工部位，如图14-7示。
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10
三、典型夹紧机构
1．斜楔夹紧机构
如图14-8所示，几种斜楔夹紧机构夹紧工件的实例。
2．螺旋夹紧机构
如图14-9所示，几种螺旋夹紧机构夹紧工件的实例。
3. 偏心夹紧机构
用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏
心夹紧机构。常用的偏心件是偏心轮和偏心轴，如图
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14-10所示，为偏心夹紧机构的应用实例。
偏心夹紧机构的特点是结构简单、操作方便、夹
紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程小，一般用于切
削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。
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11
如图14-8所示，几种斜楔夹紧机构夹紧工件的实例。
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如图14-9所示，几种螺旋夹紧机构夹紧工件的实 例
。 图14-3所示
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6
（3）夹紧力方向应尽可能实现“三力”同向，以利于减 小所需的夹紧力，如图14-4 所示。
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7
（1）夹紧力作用点应落在定位元件上或几个定位元件所形成的支承 区域内，如图14-5所示。
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u型螺母轴向压缩 锁紧方式
u型螺母轴向压缩锁紧方式
U型螺母的锁紧方式主要依赖于其结构设计。
这种螺母由两部分组成：螺母本身和摩擦环（一种特殊弹簧）。
当固定这种螺母时，摩擦环会与螺栓的螺纹牙接触，两者之间的接触扣沿着螺栓的螺纹牙开始弯曲并向螺栓的螺纹面挤压。
这种挤压过程中，弹簧试图恢复原状的力与螺栓和螺母的螺纹相互拉伸的力相互作用，从而产生防止松动的效果。
如需更多关于U型螺母轴向压缩、锁紧方式的信息，建议咨询机械专家或查阅机械相关书籍。
轴向快速锁紧机构设计(20110424) [ppt 97—2003版]
![轴向快速锁紧机构设计(20110424) [ppt 97—2003版]](https://img.taocdn.com/s3/m/573fbe462e3f5727a5e96211.png)
2013-7-9
27
则由前两图可知，淬火钢珠相对轴滑动自锁条件为：
即：
综合上述受力分析的结果，可得反向自锁 式轴向锁紧装置实现反向自锁的条件为：
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28
实际应中，为保证装置反向自锁的可靠性及结
构的紧凑性，φ值的选择应比式(5)所求得的值小
2～3°为宜。
有一点需说明，上述受力分析过程中，不需要
小；
4）内锥形套圆柱面内孔直径比均布钢珠的最小公
共外切圆直径略小，并与其内套配合面呈间隙配合；
2013-7-9 15
5）圆柱螺旋压缩弹簧保证淬火钢珠与内锥形
套内锥面有效接触，且操作灵活。
另外，内锥形套是光轴快速锁紧装置的主要
承力件，具有较高的表面硬度。
2013-7-9
16
两个关键点的简要说明： (1)淬火钢珠的数量 淬火钢珠是该装置实现锁紧功能的最终执行者， 钢珠的数目与装置的锁紧可靠性密切相关。从装置所 承受的轴向力方面考虑，随轴向力的增大，钢珠的数 目宜适当增加。其目的是对于表面硬度相对较低的轴 而言，不至于因承力过于集中而造成表面划伤，从而 导致锁紧失效。但就线缆行业盘具装卡而言，绝太多 数情况下．轴向力均为较小的附属力，不需要过分考 虑，钢珠取3～4颗即可。至于，用于
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1-外套；2-内锥形套；3-淬火钢珠；4-内套；5-弹簧；6-拉帽
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光轴快速锁紧装置三维剖分图
14
2.1
结构特点
1）外套与内锥形套间，内套与拉帽间均为过盈配
合、压力装配；
2）外套与内锥形套端面比内套端面略微突出；
3）内套孔径D2比锁紧轴直径略大，均布钢珠
（3—4颗)的最小公共内切圆直径D1 比锁紧轴直径略
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1-外套；2-内锥形套；3-淬火钢珠；4-内套；5-弹簧；6-拉帽
2013-1-8
光轴快速锁紧装置三维剖分图
14
2.1
结构特点
1）外套与内锥形套间，内套与拉帽间均为过盈配
合、压力装配；
2）外套与内锥形套端面比内套端面略微突出；
3）内套孔径D2比锁紧轴直径略大，均布钢珠
（3—4颗)的最小公共内切圆直径D1 比锁紧轴直径略
移动。
光轴快速锁紧装置操作简单，便捷。
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3.光轴快速锁紧装置反向自锁条件受力分析
光轴快速锁紧装置的核心部件是内锥形套，其
内锥面斜度角的合理选择是该装置可靠性(即反向
自锁性)的首要保障，下图为内锥形套结构图。
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当轴向外力作用在该装置外套及内锥形套外端 面时，内锥形套通过锥面与淬火钢珠接触点作用的
小；
4）内锥形套圆柱面内孔直径比均布钢珠的最小公
共外切圆直径略小，并与其内套配合面呈间隙配合；
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5）圆柱螺旋压缩弹簧保证淬火钢珠与内锥形
套内锥面有效接触，且操作灵活。
另外，内锥形套是光轴快速锁紧装置的主要
承力件，具有较高的表面硬度。
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两个关键点的简要说明： (1)淬火钢珠的数量 淬火钢珠是该装置实现锁紧功能的最终执行者， 钢珠的数目与装置的锁紧可靠性密切相关。从装置所 承受的轴向力方面考虑，随轴向力的增大，钢珠的数 目宜适当增加。其目的是对于表面硬度相对较低的轴 而言，不至于因承力过于集中而造成表面划伤，从而 导致锁紧失效。但就线缆行业盘具装卡而言，绝太多 数情况下．轴向力均为较小的附属力，不需要过分考 虑，钢珠取3～4颗即可。至于，用于具有较大轴向力 的装卡时，钢珠数目应适当增加，并需适当提高锁紧 轴的表面硬度。
快速旋紧螺母锁紧时的姿态
2013-1-8 35
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）
2013-1-8 36
进度安排
时间 第11周 第12周 第13周 第14-16周 第17周 第18-19周 第20周 内 容
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1.3 销套锁紧
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销套锁紧装置是靠套内弹性定位锁销入轴上 锁孔(槽)而定位的轴向锁紧装置。其特点是可靠 性高，但轴向调整连续性差。
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2. 光轴快速锁紧装置
1—驱动轴； 2—盘具； 3—锁紧套；*1—光轴
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光 轴 快 速 锁 紧 装 置 三 维 图
考虑弹簧反力对钢珠的作用，其值亦与自锁角大小
无关。
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3.3 结 论
(1) 反向自锁式轴向锁紧装置操作简单、便捷，可明 显降低操作强度，提高工作效率； (2) 反向自锁式轴向锁紧装置轴向调整连续性好； (3) 反向自锁式轴向锁紧装置的反向自锁特性大大提高 了锁紧的可靠性； (4) 反向自锁式轴向锁紧装置筒化了锁紧轴的加工过程， 降低了加工成本； (5) 反向自锁式轴向锁紧装置结构紧凑，具有免维修 的特性 。 总之 反向自锁式轴向锁紧装置是适于频繁拆装 或轴向调整，且锁紧可靠性颇高的轴向锁紧装置。 30 2013-1-8
向厚度的材料及增强锁紧的可靠性，轴端螺纹往往设
计的比较长，而螺距又比较小。这样，在夹持轴向厚
度比较小的材料时，就会造成装拆效率的降低；而操
作中稍有疏忽，更会造成裸露过长而强度不高的细螺
纹的局部损伤。
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1.2 紧定螺钉套锁紧
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紧定螺钉套锁紧装置的应用比较广泛，其轴向锁 紧的可靠程度取决于紧定螺钉的旋紧程度。为了确保 锁紧的可靠性，只有增加螺钉的旋紧力，这样，既增 加了拆装难度，又增加了轴面损伤、螺钉及套螺孔螺 纹损坏的可能。
整理上式，可得滚动自锁角为：
可知，淬火钢珠相对轴滚动自锁条件为：
即：
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3.2 淬火钢珠相对轴滑动自锁
如钢珠的临界自锁状态受力图所示，淬火钢 珠相对轴临界滑动自锁状态时，必有：
可知：
故有：
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因为：
将式(2)、(3)，(4)代人式(1)，整理可得：
整理上式，即得：
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设计方案报告模板
零件名称 专业班 级 总 页 产品 名称 学生姓 名 1、设计概述 2、设计思路和方案 3、设计结果 零件 名称 第 页 编号：
生产纲 领 生产批 量
件/ 年
件/月
4、总结和体会
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2.2
使用方法
轴向锁紧物件时，将该装置内锥形套端套在轴
上，直接向内推动外套，即可使整个装置沿轴移动，
直至压紧物件为止。整个移动过程中，在轴上任一
位置反向拉外套，都不能使该装置产生反向移动。
拆卸时，食指、拇指握住外套，中指向外勾出环形
拉帽，即可解除反向自锁，轻松地使整个装置反向
法向力使钢珠产生沿轴滚动及滑动的趋势。为了实
现该装置的反向自锁，内锥形套锥面斜度角必须满
足以下两个条件：
(1)淬火钢珠相对轴滚动自锁；
(2)淬火锕珠相对轴滑动自锁。
2013-1-8
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下面以淬火钢珠为研究对象，分别就这两方面进
行受力分析。下
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； 另设：
李章东
河南理工大学 机械与动力工程学院
轴向锁紧装置在光、电缆生产设备及其他多种行
业的生产设备中广泛应用。
1. 传统的轴向锁紧装置
传统的轴向锁紧装置以螺母锁紧装置、紧定螺
钉套锁紧装置和销套锁紧装置最为常见。
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1.1 螺母锁紧
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4
螺母锁紧装置多用于悬臂轴。为了适用于不同轴
4
一种简捷快速螺母锁紧结构
2013-1-8
快速移动时的姿态
31
快速旋紧螺母结构特点：
快速旋紧螺母是在正常螺母的基础上，又加 工了一个轴线与螺纹孔轴线相交成一定角度的孔， 而该孔的直径略大于锁紧轴的直径。
2013-1-8
32
快速移动时姿态三维剖分图
2013-1-8 33
快速旋紧螺母三维结构图
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27
则由前两图可知，淬火钢珠相对轴滑动自锁条件为：
即：
综合上述受力分析的结果，可得反向自锁 式轴向锁紧装置实现反向自锁的条件为：
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实际应中，为保证装置反向自锁的可靠性及结
构的紧凑性，φ值的选择应比式(5)所求得的值小
2～3°为宜。
有一点需说明，上述受力分析过程中，不需要
TB ——内锥形套作用于淬火钢珠的最大静摩擦力。 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。
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3.1
淬火钢珠相对轴滚动自锁
淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时，必有：
又知：
故有：
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24
将
代入上式，整理得：
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(2)圆柱螺旋压缩弹簧的作用
弹簧在该装置中起着不可忽视的作用，它使钢珠
与内锥面保持接触，并在二者之问产生适当的预压力。
这避免了装置使用中，因钢珠与内锥面间存在间隙，
而不能及位锁紧的可能；同时，也避免了轴向力不稳
定时，钢珠与内锥面间歇接触，从而导致钢珠逐步后
退，使锁紧失效的可能。而弹簧的可压缩性又为便捷 地解除自锁，简化操作提供了条件。
备注
工程训练导论课、学生分组，具体任务安排 设计方案提交及所需材料（由班长统计） 设计图纸提交 零件加工制作 零件装配 工程管理授课，四大设计报告提交 抽签答辩（每批抽3-5组）
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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。
1-外套；2-内锥形套；3-淬火钢珠；4-内套；5-弹簧；6-拉帽
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光轴快速锁紧装置三维剖分图
14
2.1
结构特点
1）外套与内锥形套间，内套与拉帽间均为过盈配
合、压力装配；
2）外套与内锥形套端面比内套端面略微突出；
3）内套孔径D2比锁紧轴直径略大，均布钢珠
（3—4颗)的最小公共内切圆直径D1 比锁紧轴直径略
移动。
光轴快速锁紧装置操作简单，便捷。
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3.光轴快速锁紧装置反向自锁条件受力分析
光轴快速锁紧装置的核心部件是内锥形套，其
内锥面斜度角的合理选择是该装置可靠性(即反向
自锁性)的首要保障，下图为内锥形套结构图。
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20
当轴向外力作用在该装置外套及内锥形套外端 面时，内锥形套通过锥面与淬火钢珠接触点作用的
小；
4）内锥形套圆柱面内孔直径比均布钢珠的最小公
共外切圆直径略小，并与其内套配合面呈间隙配合；
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5）圆柱螺旋压缩弹簧保证淬火钢珠与内锥形
套内锥面有效接触，且操作灵活。
另外，内锥形套是光轴快速锁紧装置的主要
承力件，具有较高的表面硬度。
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两个关键点的简要说明： (1)淬火钢珠的数量 淬火钢珠是该装置实现锁紧功能的最终执行者， 钢珠的数目与装置的锁紧可靠性密切相关。从装置所 承受的轴向力方面考虑，随轴向力的增大，钢珠的数 目宜适当增加。其目的是对于表面硬度相对较低的轴 而言，不至于因承力过于集中而造成表面划伤，从而 导致锁紧失效。但就线缆行业盘具装卡而言，绝太多 数情况下．轴向力均为较小的附属力，不需要过分考 虑，钢珠取3～4颗即可。至于，用于具有较大轴向力 的装卡时，钢珠数目应适当增加，并需适当提高锁紧 轴的表面硬度。
快速旋紧螺母锁紧时的姿态
2013-1-8 35
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）
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进度安排
时间 第11周 第12周 第13周 第14-16周 第17周 第18-19周 第20周 内 容
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8
1.3 销套锁紧
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销套锁紧装置是靠套内弹性定位锁销入轴上 锁孔(槽)而定位的轴向锁紧装置。其特点是可靠 性高，但轴向调整连续性差。
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2. 光轴快速锁紧装置
1—驱动轴； 2—盘具； 3—锁紧套；*1—光轴
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光 轴 快 速 锁 紧 装 置 三 维 图
考虑弹簧反力对钢珠的作用，其值亦与自锁角大小
无关。
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3.3 结 论
(1) 反向自锁式轴向锁紧装置操作简单、便捷，可明 显降低操作强度，提高工作效率； (2) 反向自锁式轴向锁紧装置轴向调整连续性好； (3) 反向自锁式轴向锁紧装置的反向自锁特性大大提高 了锁紧的可靠性； (4) 反向自锁式轴向锁紧装置筒化了锁紧轴的加工过程， 降低了加工成本； (5) 反向自锁式轴向锁紧装置结构紧凑，具有免维修 的特性 。 总之 反向自锁式轴向锁紧装置是适于频繁拆装 或轴向调整，且锁紧可靠性颇高的轴向锁紧装置。 30 2013-1-8
向厚度的材料及增强锁紧的可靠性，轴端螺纹往往设
计的比较长，而螺距又比较小。这样，在夹持轴向厚
度比较小的材料时，就会造成装拆效率的降低；而操
作中稍有疏忽，更会造成裸露过长而强度不高的细螺
纹的局部损伤。
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5
1.2 紧定螺钉套锁紧
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6
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7
紧定螺钉套锁紧装置的应用比较广泛，其轴向锁 紧的可靠程度取决于紧定螺钉的旋紧程度。为了确保 锁紧的可靠性，只有增加螺钉的旋紧力，这样，既增 加了拆装难度，又增加了轴面损伤、螺钉及套螺孔螺 纹损坏的可能。
整理上式，可得滚动自锁角为：
可知，淬火钢珠相对轴滚动自锁条件为：
即：
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3.2 淬火钢珠相对轴滑动自锁
如钢珠的临界自锁状态受力图所示，淬火钢 珠相对轴临界滑动自锁状态时，必有：
可知：
故有：
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因为：
将式(2)、(3)，(4)代人式(1)，整理可得：
整理上式，即得：
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设计方案报告模板
零件名称 专业班 级 总 页 产品 名称 学生姓 名 1、设计概述 2、设计思路和方案 3、设计结果 零件 名称 第 页 编号：
生产纲 领 生产批 量
件/ 年
件/月
4、总结和体会
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2.2
使用方法
轴向锁紧物件时，将该装置内锥形套端套在轴
上，直接向内推动外套，即可使整个装置沿轴移动，
直至压紧物件为止。整个移动过程中，在轴上任一
位置反向拉外套，都不能使该装置产生反向移动。
拆卸时，食指、拇指握住外套，中指向外勾出环形
拉帽，即可解除反向自锁，轻松地使整个装置反向
法向力使钢珠产生沿轴滚动及滑动的趋势。为了实
现该装置的反向自锁，内锥形套锥面斜度角必须满
足以下两个条件：
(1)淬火钢珠相对轴滚动自锁；
(2)淬火锕珠相对轴滑动自锁。
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下面以淬火钢珠为研究对象，分别就这两方面进
行受力分析。下
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； 另设：
李章东
河南理工大学 机械与动力工程学院
轴向锁紧装置在光、电缆生产设备及其他多种行
业的生产设备中广泛应用。
1. 传统的轴向锁紧装置
传统的轴向锁紧装置以螺母锁紧装置、紧定螺
钉套锁紧装置和销套锁紧装置最为常见。
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3
1.1 螺母锁紧
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螺母锁紧装置多用于悬臂轴。为了适用于不同轴
4
一种简捷快速螺母锁紧结构
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快速移动时的姿态
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快速旋紧螺母结构特点：
快速旋紧螺母是在正常螺母的基础上，又加 工了一个轴线与螺纹孔轴线相交成一定角度的孔， 而该孔的直径略大于锁紧轴的直径。
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快速移动时姿态三维剖分图
2013-1-8 33
快速旋紧螺母三维结构图
2013-1-8 34
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则由前两图可知，淬火钢珠相对轴滑动自锁条件为：
即：
综合上述受力分析的结果，可得反向自锁 式轴向锁紧装置实现反向自锁的条件为：
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实际应中，为保证装置反向自锁的可靠性及结
构的紧凑性，φ值的选择应比式(5)所求得的值小
2～3°为宜。
有一点需说明，上述受力分析过程中，不需要
TB ——内锥形套作用于淬火钢珠的最大静摩擦力。 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。
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3.1
淬火钢珠相对轴滚动自锁
淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时，必有：
又知：
故有：
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将
代入上式，整理得：
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(2)圆柱螺旋压缩弹簧的作用
弹簧在该装置中起着不可忽视的作用，它使钢珠
与内锥面保持接触，并在二者之问产生适当的预压力。
这避免了装置使用中，因钢珠与内锥面间存在间隙，
而不能及位锁紧的可能；同时，也避免了轴向力不稳
定时，钢珠与内锥面间歇接触，从而导致钢珠逐步后
退，使锁紧失效的可能。而弹簧的可压缩性又为便捷 地解除自锁，简化操作提供了条件。
备注
工程训练导论课、学生分组，具体任务安排 设计方案提交及所需材料（由班长统计） 设计图纸提交 零件加工制作 零件装配 工程管理授课，四大设计报告提交 抽签答辩（每批抽3-5组）
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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。