河南理工大学轴向锁紧装置四大方案

1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2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3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。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。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。淬火钢球临界自锁状态受力图设: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。淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时，必有：已知：得：又：整理上式，可得滚动自锁为：4可知，淬火钢珠相对轴滚动自锁条件为：得：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：3、设计结果整理上式，即得：则由前两图可知，淬火钢珠相对轴滑动自锁条件为：既：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。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。51）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6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。4、总结和体会轴向锁紧物件时，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。7专业班级机制10-5班第一组成本分析报告总2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内套生产批量件/月1、材料成本分析材料45钢毛坯种类圆钢毛坯外形尺寸45mm×14050mm×7每毛坯可制作件数1每台件数1备注查表45号钢密度为7.85g/cm3，45号钢的市场价P=4.65元/kg；45号钢毛坯的体积V=πr2×h=3.14×452×140=890190mm3=890.19cm3；毛坯质量m=V×ρ=890.19×7.85=6988g=7.0（kg）；则单件的材料成本F=P×m=4.65×7=32.55（元）2、人工费和制造费分析序号工序名称工序内容工时（min）工序成本分析机动时间辅助时间终准时间1粗车粗车31×35外圆311单件生产对工人技术水平要求较高，由市场调研，车工人工资8.5元/小时，铣工人工工资10元/小时；车床机床台时20元/小时，铣床机床台时40元/小时。由工时计算知：所以由各工序所用时间算得费用为13.8元2精车精车31×35外圆2113粗车粗车40×5凸台外圆20.50.54精车精车40×5凸台外圆2115粗车粗车31×28外圆3116精车精车31×28外圆2117钻孔钻25×80的孔20.50.58粗镗粗镗26×80的孔3119精镗精镗26×80的孔211810切断车端面长度至68mm10.50.511孔的定位确定孔的位置01112钻孔在28上钻4个尺寸为4.5的孔，然后用5的钻扩孔2113总成本分析所以总成本为46.35元专业班级机制10-5班第一组成本分析报告总2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外套生产批量件/月1、材料成本分析材料45钢毛坯种类圆钢毛坯外形尺寸45mm×14050mm×7每毛坯可制作件数1每台件数1备注查表45号钢密度为7.85g/cm3，45号钢的市场价P=4.65元/kg；45号钢毛坯的体积V=πr2×h=3.14×452×140=890190mm3=890.19cm3；毛坯质量m=V×ρ=890.19×7.85=6988g=7.0（kg）；则单件的材料成本F=P×m=4.65×7=32.55（元）2、人工费和制造费分析序号工序名称工序内容工时（min）工序成本分析机动时间辅助时间终准时间1粗车粗车49外圆211单件生产对工人技术水平要求较高，由市场调研，车工人工资8.5元/小时，铣工人工工资10元/小时；车床机床台时20元/小时，铣床机床台时40元/小时。由工时计算知：2精车精车49外圆30.50.53钻孔钻40的孔深度45mm3119钻30的孔深度55mm所以由各工序所用时间算得费用为10.2元4粗镗粗镗41的孔镗孔深度45mm2115精镗精镗41的孔镗孔深度45mm30.50.56粗镗粗镗33的孔镗孔深度52mm3117精镗精镗33的孔镗孔深度52mm2118切断车端面长度至50mm1113总成本分析所以分析得总的成本为42.75元专业班级机制10-5成本分析报告总2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内锥套生产批量件/月1、材料成本分析材料45钢毛坯种类圆钢毛坯外形尺寸45mm×14050mm×7每毛坯可制作件数1每台件数1备注查表45号钢密度为7.85g/cm3，45号钢的市场价P=4.65元/kg；45号钢毛坯的体积V=πr2×h=3.14×452×140=890190mm3=890.19cm3；毛坯质量m=V×ρ=890.19×7.85=6988g=7.0（kg）；则单件的材料成本F=P×m=4.65×7=32.55（元）2、人工费和制造费分析序号工序名称工序内容工时（min）工序成本分析机动时间辅助时间终准时间1粗车粗车41外圆312单件生产对工人技术水平要求较高，由市场调研，车工人工资8.5元/小时，铣工人工工资10元/小时；车床机床台时20元/小时，铣床机床台时40元/2精车精车41外圆211103钻孔钻30内孔311小时。由工时计算知：所以由各工序所用时间算得费用为12.1元4粗镗粗镗33的孔3215精镗精镗33的孔3216粗镗锥面粗镗17°锥面2127精镗锥面精镗17°锥面2118切断车端面长度至20mm1113总成本分析所以分析得总的成本为44.65元专业班级机制10-5班第一组成本分析报告总2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拉环生产批量件/月1、材料成本分析材料45钢毛坯种类圆钢毛坯外形尺寸45mm×14050mm×7每毛坯可制作件数1每台件数1备注查表45号钢密度为7.85g/cm3，45号钢的市场价P=4.65元/kg；45号钢毛坯的体积V=πr2×h=3.14×452×140=890190mm3=890.19cm3；毛坯质量m=V×ρ=890.19×7.85=6988g=7.0（kg）；则单件的材料成本F=P×m=4.65×7=32.55（元）2、人工费和制造费分析序号工序名称工序内容工时（min）工序成本分析机动时间辅助时间终准时间1粗车粗车49外圆311单件生产对工人技术水平要求较高，由市场调研，车工人工资8.5元/小时，铣工人工工资10元/小时；车床机床台时20元/小时，铣床机床台时40元/2精车精车49外圆211113钻孔钻33×10的孔311小时。由工时计算知：所以由各工序所用时间算得费用为5.2元4切断车端面长度至5mm1113总成本分析所以总的成本为37.75元专业班级机制10-5班第一组成本分析报告总2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外套生产批量件/月1、材料成本分析材料45钢毛坯种类圆钢毛坯外形尺寸45mm×14050mm×7每毛坯可制作件数1每台件数1备注查表45号钢密度为7.85g/cm3，45号钢的市场价P=4.65元/kg；45号钢毛坯的体积V=πr2×h=3.14×452×140=890190mm3=890.19cm3；毛坯质量m=V×ρ=890.19×7.85=6988g=7.0（kg）；则单件的材料成本F=P×m=4.65×7=32.55（元）2、人工费和制造费分析序号工序名称工序内容工时（min）工序成本分析机动时间辅助时间终准时间1粗车粗车49外圆211单件生产对工人技术水平要求较高，由市场调研，车工人工资8.5元/小时，铣工人工工资10元/小时；车床机床台时20元/小时，铣床机床台时40元/小时。由工时计算知：所以由各工序所用时间算得费用为10.2元2精车精车49外圆30.50.53钻孔钻40的孔深度45mm钻30的孔深度