Эксцентриковый зажим
Опубликовано 29 мая 2016
Рубрика: Механика | 9 комментариев
Простой в изготовлении, обладающий большим коэффициентом усиления, достаточно компактный эксцентриковый зажим, являющийся разновидностью кулачковых механизмов, обладает еще одним, несомненно, главным своим преимуществом...
...– мгновенным быстродействием. Если для того, чтобы «включить – выключить» винтовой зажим часто необходимо сделать минимум пару оборотов в одну сторону, а затем в другую, то при использовании эксцентрикового зажима достаточно повернуть рукоятку всего на четверть оборота. Конечно, по усилию зажима и величине рабочего хода винтовые механизмы превосходят эксцентриковые, но при постоянной толщине закрепляемых деталей в серийном производстве применение эксцентриков чрезвычайно удобно и эффективно. Широкое использование эксцентриковых зажимов, например, в стапелях для сборки и сварки малогабаритных металлоконструкций и элементов нестандартного оборудования существенно повышает производительность труда.
Рабочую поверхность кулачка чаще всего выполняют в виде цилиндра с окружностью или спиралью Архимеда в основании. Далее в статье речь пойдет о более распространенном и более технологичном в изготовлении круглом эксцентриковом зажиме.
Размеры кулачков эксцентриковых круглых для станочных приспособлений стандартизованы в ГОСТ 9061-68*. Эксцентриситет круглых кулачков в этом документе задан равным 1/20 от наружного диаметра для обеспечения условия самоторможения во всем рабочем диапазоне углов поворота при коэффициенте трения 0,1 и более.
Расчет в Excel эксцентрикового зажима.
На рисунке ниже изображена геометрическая схема механизма зажима. К опорной поверхности прижимается фиксируемая деталь в результате поворота за рукоятку эксцентрика против часовой стрелки вокруг жестко закрепленной относительно опоры оси.
Показанное положение механизма характеризуется максимально возможным углом α, при этом прямая, проходящая через ось вращения и центр окружности эксцентрика перпендикулярна прямой, проведенной через точку контакта детали с кулачком и точку центра наружной окружности.
Если повернуть кулачок на 90˚ по часовой стрелке относительно изображенного на схеме положения, то между деталью и рабочей поверхностью эксцентрика образуется зазор равный по величине эксцентриситету e. Этот зазор необходим для свободной установки и снятия детали.
Программа в MS Excel:
В примере, показанном на скриншоте, по заданным размерам эксцентрика и силе, приложенной к рукоятке, определяется монтажный размер от оси вращения кулачка до опорной поверхности с учетом толщины детали, проверяется условие самоторможения, вычисляются усилие зажима и коэффициент передачи силы.
Значение коэффициента трения «деталь — эксцентрик» соответствует случаю «сталь по стали без смазки». Величина коэффициента трения «ось — эксцентрик» выбрана для варианта «сталь по стали со смазкой». Уменьшение трения в обоих местах повышает силовую эффективность механизма, но уменьшение трения в области контакта детали и кулачка ведет к исчезновению самоторможения.
Алгоритм:
9. φ1=arctg (f1)
10. φ2=arctg (f2)
11. α=arctg (2*e/D)
12. R=D/(2*cos (α))
13. A=s+R*cos (α)
14. e≤R*f1+(d/2)*f2
Если условие выполняется – самоторможение обеспечивается.
15. F=P*L*cos(α)/(R*tg(α+φ1)+(d/2)*tg(φ2))
16. k=F/P
Если по заданному усилию прижима или коэффициенту передачи силы требуется определить размеры эксцентрика, то можно легко решить эту обратную задачу, используя сервис Excel «Подбор параметра». Что это такое и как этим сервисом пользоваться подробно рассказано и показано в видео в конце статьи о теплообменнике.
Заключение.
Выбранное для расчетов и изображенное на схеме положение эксцентрикового зажима является самым «невыгодным» с точки зрения самоторможения и выигрыша в силе. Но выбор такой не случаен. Если в таком рабочем положении рассчитанные силовые и геометрические параметры удовлетворяют разработчика, то в любых иных положениях эксцентриковый зажим будет обладать еще большим коэффициентом передачи силы и лучшими условиями самоторможения.
Уход при проектировании от рассмотренного положения в сторону уменьшения размера A при сохранении без изменений прочих размеров приведет к уменьшению зазора для установки детали.
Увеличение размера A может создать ситуацию при износе в процессе эксплуатации эксцентрика и значительных колебаниях толщины s, когда зажать деталь окажется просто невозможно.
В статье умышленно ничего не упоминалось до сих пор о материалах, из которых можно изготовить кулачки. ГОСТ 9061-68 рекомендует для повышения долговечности использовать износостойкую поверхностно-цементированную сталь 20Х. Но на практике эксцентриковый зажим выполняют из самых разнообразных материалов в зависимости от назначения, условий эксплуатации и располагаемых технологических возможностей. Представленный выше расчет в Excel позволяет определять параметры зажимов для кулачков из любых материалов, только нужно не забывать изменять в исходных данных значения коэффициентов трения.
Ссылка на скачивание файла: ehkscentrikovyj-zazhim (xls 82,0KB).
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
9 комментариев на «Эксцентриковый зажим»
Ваш отзыв
Спасибо огромное!
Вы просто молодец!
Я восхищаюсь Вашими поделками на сайте, расчетами, выводами в технике и науке.
Во первых хочу сразу сказать спасибо, каждый раз интересно читать, а некоторые таблицы и использовать)))
Александр будьте любезны можете просветить в следующем вопросе, имеется деталь весом до 5 тонн, закреплена скажем так в центрах и патроне (условно считаем, что стоит в подшипниках), диаметром до 1250 мм, какой момент нужно приложить чтобы ее стронуть с места? и второй вопрос максимальные обороты детали 200 об/мин, какой тогда момент торможения возникает?
Спасибо за комментарии. Вопрос интересный, напишу как-нибудь подробно с примером...
А в двух словах — для того чтобы «стронуть» деталь нужно преодолеть статический момент сопротивления вращению. Момент этот создают силы трения качения в шпинделе и прижимном центре. Плечом этих сил является радиус расположения шариков или роликов подшипников. Сами силы — это реакции опор умноженные на коэффициент трения. Как только момент приводной превысит момент сопротивления, так деталь начнет вращаться. Статика закончилась, дальше — динамика, а значит — «его величество» время.
Так как мы разгоняем деталь, то есть вращаем с ускорением, то момент инерции детали оказывает сопротивление... Его надо преодолевать. При торможении — тоже ускорение, только отрицательное. Момент торможения зависит от времени торможения, а в конечном итоге от ускорения торможения...
Спасибо!Класс!
Огромное Вам спасибо!
Александр Васильевич, здравствуйте.
При проектировании очень помогли Ваши расчёты, спасибо большое за такое подспорье в работе.
Есть вопрос у меня, по расчёту эксцентрика, я напишу ниже, если сможете, посоветуйте пожалуйста в каком направлении двигаться. Если вы платно сможете проконсультировать, напишите пожалуйста, сколько стоить будет консультация такого рода.
Задача состоит в том, чтобы посчитать эксцентрик. В расчёте Excel, мы прижимаем плоскую пластину, а у меня немного другой случай (см. приложение). Я просчитал программой в Excel, но результаты с макетными испытаниями расходятся и я не могу понять где ошибка.
Вот как я считал:
1. Сначала определил усилие, которое у меня будет сдвигать деталь по шпильке, т.е. силу F1.
2. Далее предполагаю, что сила трения скольжения, при зажиме, должна быть не менее F1, для предварительного расчёта приравнял F1 и Fтр .
Fтр=μN >F1
3. Из формулы, зная Fтр и μ нахожу N
4. Найденное значение N нахожу через подбор параметров в расчёте Excel и получаю нужный крутящий момент для зажима эксцентрика. Я заведомо не вводил никаких коэфф. запаса, т.к. хотел посмотреть, будут ли близки расчётный момент и сила затяжки к экспериментальным значениям.
Далее мы провели ряд экспериментов с макетным образцом, и оказалось, что экспериментальное значение N (при том же значении μ) сильно отличается в меньшую сторону.
С уважением, Руслан.
Пытался отправить это сообщение по обратной связи, но там ошибку выдаёт.
Руслан, добрый вечер.
Пришлите схему и подробности на почту.
Из текста Вашего комментария трудно пока что-либо понять однозначно.
Александр Васильевич, здравствуйте.
Я пытаюсь использовать обратную связь, но каждый раз происходит ошибка отправки. Куда Вам можно ещё написать?