轴向快速锁紧机构设计
轴向锁紧装置最终版
专业班级机制0901班设计方案报告总 18页第 1 页编号：产品名称轴向锁紧装置生产纲领件/年学生姓名零件名称生产批量件/月1、设计概述为克服传统锁紧装置操作复杂，可靠性差等缺点，该装置结构简单，便捷，降低操作强度低，提高劳动效率。
本产品利用双偏心轮相对轴的快速压紧，在光轴上加紧零件欲轴向移动时，通过卡紧光轴，实现轴向锁紧，轴向锁紧的可靠度取决于偏心轮对光轴的压紧力。
本装置的一大亮点为沿轴向锁紧物件时，在轴上任意位置反向拉动外套均不能产生反向移动，内外套筒利用螺纹自锁功能对轴向运动时产生的力传递给凸轮，实现凸轮的反向运动来压紧轴，在拆卸装置时，利用螺纹微调功能，内套筒轴向移动，轴端顶开凸轮，自锁消除。
该方案制作简单，操作方便，便于拆卸。
设计过程中，我们也考虑了传统的轴向锁紧方案。
螺母锁紧，利用螺纹自锁原理，实现轴向锁紧。
但由于被加持零件厚度不定，轴端螺纹设计较长，螺距较小，夹持厚度较小的材料时会造成装拆效率的降低，而且容易造成裸露过长而强度不高的细螺纹的局部扭伤。
紧定螺钉套锁紧装置，在轴套与轴间旋入紧定螺钉，进行轴向锁紧，锁紧的可靠性取决于螺钉的旋紧力，但这样会增加了拆装难度，又增加了轴面损伤螺钉及套螺孔螺纹损伤的可能。
综合以上三种方案，我们选择安全可靠的偏心轮轴向快速锁紧装置。
2、设计思路和方案本产品使用方法如下：轴向锁紧物件时，在光轴轴向移动时，将该装置直接套在轴上，直至压紧物件为止。
压紧过程中，在轴上任意位置反向拉动外套均不能产生反向移动，拆卸时，左手握住外套筒，右手旋转内套筒法兰，利用螺纹微调功能，内套筒轴向移动，轴端顶开凸轮，自锁解除，可实现装置反向移动。
基于圆偏心结构简单，容易制造，应用广泛，我们采用圆偏心轮。
圆偏心的特性下图为偏心轮直径D,偏心距e 。
偏心夹紧圆周上各接触点的升角а不是一个常数。
由下图知，从任意接触点P 分别作与回转中心O,O1的连线，1OPO ∠就是P 点的升角Pαθθαcos e 2es arctanarctan-==D in MPOM P式中 Θ——偏心轮回转角，即mn 与O1P 的夹角。
锁紧机构图——精选推荐
图 17 数控转台结构特性分析 Fig17 Analysis of of NC rotary table structure characteristic
图 16 数控转台结构设计 Fig16 Design of NC rotary table structure
图 17 数控转台结构特性分析 Fig17 Analysis of of NC rotary table structure characteristic
a 十字交叉滚子轴承
b 组合导轨
图 回转导轨 Fig rotary guide rail
图 轴向锁紧机构 Fig A xial locking mechanism
图 径向锁紧机构 Fig radial locking mechanism
图 16 数控转台结构设计 Fig16 Design of NC rotary table structure
图 14 设计方案构思 Fig14 Design scheme idea
图 15 外载荷条件确定 Fig15 determine of out load condition
转台台面 工件
图 3 铣削力合力分解 Fig Decomposition of milling total force
图 力矩电机安装结构
锁紧机构
界面图
转台结构图
回转导轨
图 文档管理 Fig document management
回转导轨
工台
锁紧机构 滑座
力矩电机
圆光栅
图 1 数控回转台结构
Fig1 NC rotary table structure
工作台
锁紧机构 滑座
力矩电机
圆光栅
光轴快速锁紧装置工程训练报告
专业班级 学生姓名机制本 12-2 班 唐广耀，吴中华，胡二娟，娄慧广，徐 成功，王团锋，王鸿亮，张保雲总1 页第1 页编号： 生产纲领 生产批量 件/年 件/月设计方案报告产品名称 零件名称光轴轴向快 速锁紧装置 锁紧套1,设计概述 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。
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。
但传统设计装置存在不少不足之处，为提高轴向锁紧的精密性与可靠性，并且操作方便，现设计一光轴轴向快速锁紧装置来提高锁紧效率。
2,设计思路和方案 1) 掌握光轴轴向快速锁紧装置结构特点和工作原理； 2) 熟悉光轴轴向快速锁紧装置锁紧套的结构:外套、内锥形套、淬火钢珠、内套、弹簧、拉帽； 3) 根据技术要求初步提出设计方案并对其分析评价，选出最佳方案； 4) 根据设计方案进行原理性设计，利用机构的自锁性进行受力分析并加以校核； 5) 依据设计方案绘制零件图及装配图； 6) 绘制零件三维图，进行模拟仿真； 7) 选择合适材料，根据设计图纸加工制造出各个零件； 8) 对加工的零件进行组装校核。
3、设计结果 1) 满足技术和工艺要求； 2) 操作简单、便捷，工作效率高。
4,总结和体会 此锁紧装置能够实现轴向快速锁紧，操作简单方便、效率高，满足多方面性能要求。
与传统锁紧装置相比，精度和 自锁性能较好，但加工成本较高。
专业班级机制本 12-2 班工程管理报告总 2 页第 1 页编号：学生姓名 一、单件生产唐广耀，吴中华，胡二娟，娄慧广，徐成功，王团锋， 王鸿亮，张保雲产品名称 零件名称光轴轴向 快速锁紧 装置 锁紧套生产纲领 生产批量件/年 件/月1、生产过程组织：(1)生产过程的空间组织：采用工艺原则，在零件加工中，将各个车间合理的利用起来，指定小组成员在同样的车床上完成指定的零件加工。
（2）生产过程的时间组织：采用平行顺序移动方式。
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。
机制专业轴向锁紧装置四大报告
专业班级设计方案报告总 1 页第 1 页编号：产品名称光轴轴向快速锁紧装置生产纲领件/年学生姓名零件名称锁紧套生产批量件/月1、设计概述轴向锁紧装置在光、电缆生产设备及其他多种行业的生产设备中广泛应用。
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。
但传统设计装置在装拆和轴向调整连续性上存在一些不足之处，为提高轴向锁紧的准确性与可靠性，并且操作方便，现设计一光轴轴向快速锁紧装置来提高锁紧效率。
2、设计思路和方案⑴：掌握光轴轴向快速锁紧装置结构特点和工作原理；⑵：熟悉光轴轴向快速锁紧装置锁紧套的结构：外套、内锥形套、淬火钢珠、内套、弹簧、拉帽；⑶：根据技术要求初步提出设计方案并对其分析评价，选出最佳方案；⑸：依据设计方案绘制零件图及装配图；⑺：选择合适材料，根据设计图纸加工制造出各个零件；⑻：对加工的零件进行组装校核。
方案：1.初步方案：（1）灵感来源于调节衣服帽子松紧的装置。
（2）灵感来源于自行车上的车座高度调节装置。
2.最终方案：光轴快速锁紧装置。
3.结构:外套、内锥形套、淬火钢珠、内套、弹簧、拉帽。
工作原理：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移动。
光轴快速锁紧装置操作简单，便捷。
具体分析：(1)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，如图（1）为内锥形套结构图。
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)淬火钢珠相对轴滑动自锁。
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
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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。
河南理工大学轴向锁紧装置四大方案
专业班级机制10-5 第一组设计方案报告总 6 页第 1 页编号：产品名称快速锁紧装置生产纲领件/年学生姓名赵杰宋健刘强强梁国平张阳生黄小康李鹏欣张军伟零件名称生产批量件/月1、设计概述轴向锁紧装置在生活中广泛应用，尤其在光、电缆生产设配及其他多种行业中非常重要。
然而传统的锁紧装置总是存在着着好多问题。
例如：（1）螺母锁紧装置(2) 紧定螺钉套锁紧装置（3）销套锁紧装置（1）螺母锁紧装置：轴端螺纹往往设计的比较长，螺距有比较小，已造成装拆效率低或裸露过长，而强度不高的细螺纹的局部损伤。
(2) 紧定螺钉套锁紧装置：为了确保的锁紧的可靠性，只有增加螺钉的旋紧力，这样既增加了拆卸难度，又增加了轴面损伤、螺钉及套螺孔螺纹损伤的可能。
（3）销套锁紧装置：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。
螺母锁紧装置紧定螺钉套锁紧装置销套锁紧装置由于传统的轴向锁紧装置不适合于频繁拆装或轴向调整，况且有的锁紧装置可靠性不高。
严重影响了生产和应用，为此我们在老师的指导，各方面查找资料，探究设计了一种适合于频繁拆装和轴向调整且锁紧可靠性比较高的光轴轴向锁紧装置，为生产、生活中应用更好的提供方便。
2、设计思路和方案我们利用力学知识中的“自锁现象”。
当机构满足自锁条件时，无论外力怎么大，机构越缩越紧。
机械离不开力学，好多机械产品都利用了力学知识。
光杆快速锁紧装置核心部件有内锥形套，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，右图为内锥形套结构图。
下图为（左）使用在零件上示意图、（右）装配示意图。
1.驱动轴2.盘具3.锁紧套4.光轴 1-外套 2-内锥形套 4-内套 5-弹簧 6-拉帽当轴向外力作用在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球接触点作用的法向力使钢球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)淬火钢球珠相对轴滑动自锁。
轴向快速锁紧机构设计概诉
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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
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
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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)淬火钢珠相对轴滑动自锁。
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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。下图为淬火钢珠的临界自锁状态受力图。
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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
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。
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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
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。
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：
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。
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。
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快速旋紧螺母锁紧时的姿态
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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10周 第11周 第12周 第11-15周 第16周 第17-18周 第19周 内 容
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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
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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
刘 宝
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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螺母锁紧装置多用于悬臂轴。为了适用于不同轴
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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：
2013-整理得：
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：
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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
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快速旋紧螺母三维结构图
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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。
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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
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
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
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 2013-5-12
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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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