轴向快速锁紧机构设计优秀课件

轴向快速锁紧机构设 计
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。
1.1 螺母锁紧
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。
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。
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：
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。
4 一种简捷快速螺母锁紧结构
快速移动时的姿态
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。
快速移动时姿态三维剖分图
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。
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 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；
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。
(1)淬火钢珠相对轴滚动自锁； (2)淬火锕珠相对轴滑动自锁。
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。下图淬火钢珠的临界自锁状态受力图。
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； TB ——内锥形套作用于淬火钢珠的最大静摩擦力。 另设：
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：
因为： 将式(2)、(3)，(4)代人式(1)，整理可得： 整理上式，即得：
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：
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。
1.2 紧定螺钉套锁紧
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。
1.3 销套锁紧
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。
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。
(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。
2. 光轴快速锁紧装置
1—驱动轴； 2—盘具； 3—锁紧套；*1—光轴
光轴快速锁紧装置三维图
1-外套；2-内锥形套；3-淬火钢珠；4-内套；5-弹簧；6-拉帽
光轴快速锁紧装置三维剖
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；
快速旋紧螺母三维结构图
快速旋紧螺母锁紧时的姿态
二、任务及要求 1.作 品 设计并制作“快速螺杆、光杠（轴）锁紧装置”，被锁轴 三种尺寸：Φ20、Φ25、Φ30。 2.分 组 每个团队按照5-8人进行组队，可以跨班组队，但需要注明 班级（不是同一班的），每队设置一负责人，各班组队名 单由班长统一汇总上报工程训练中心（每个团队有负责人 联系电话），提交纸质档和电子档。 3.要求 每个团队完成作品“快速螺杆、光杠（轴）锁紧装置”的 设计、制作，同时每个团队提交四大报告（设计方案、工 艺方案、成本分析、工程管理）及上交作品。
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 。
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。
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：
将
代入上式，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：
3.2 淬火钢珠相对轴滑动自锁