Эксцентриковый зажим. Расчет сил зажима в круговом эксцентрике Расчет эксцентриковых зажимов

Доброго времени суток любителям самодельных приспособлений. Когда под рукой нет тисков или же их просто нет в наличии, то самым простым решением будет собрать что-то похожее самому, так как особых навыков и труднодоступных материалов для сборки зажима не требуется. В этой статье я расскажу, как сделать деревянный зажим.

Для того, чтобы собрать свой зажим необходимо найти крепкую породу дерева, чтобы оно выдерживало большие нагрузки. В данном случае хорошо подойдет дубовая дощечка.

Для того, чтобы приступить к этапу изготовления необходимо:
*Болт, размер которого лучше взять в районе 12-14мм.
*Гайку под болт.
*Бруски из дерева дуба.
*Часть профиля из дерева сечением 15мм.
*Столярный клей или паркетный.
*Эпоксидка.
*Лак, можно заменить на морилку.
*Металлический стержень 3 мм.
*Сверло мелкого диаметра.
*Стамеска или зубило.
*Ножовка по-дереву.
*Молоток.
*Электродрель.
*Наждачка средней зернистости.
*Тиски и струбцина.

Первый шаг. В зависимости от ваших запросов размер зажима можно сделать разный, в данном случае автор выпиливает брусочки размером 3,5 х 3 х 3,5 см - одну штуку и 1,8 х 3 х 7,5 см - две штуки.

После этого зажимаем брусок длиной 75мм в тисках и сверлим отверстие с помощью дрели, отступив от края 1-2см.

Далее сопоставьте сделанное только что отверстие с отверстием в гайке и обведите контур карандашом. После разметки, вооружившись стамеской и молотком, вырежьте шестигранный потай для гайки.

Второй шаг. Для закрепления гайки в бруске необходимо промазать выточенный паз эпоксидной смолой внутри и погрузить туда ту самую гайку, немного утопив ее в бруске.

Как правило полное высыхание эпоксидной смолы достигается по истечению 24 часов, после чего можно переходить к следующему этапу сборки.
Третий шаг. Болт, который идеально подходит к нашей закрепленной гайке в брусе необходимо доработать, для этого берем дрель и просверливаем отверстие впритык к его шестиугольной шляпке.

После этого переходим к брускам, их необходимо совместить вместе, чтобы по бокам были бруски подлиннее, а между ними брусок покороче. Перед тем, как три бруса будут зажаты между собой, нужно просверлить отверстия в месте крепежа тонким сверлом, чтобы заготовка не раскололась, ибо такой расклад нам не подходит.

С помощью шуруповерта закручиваем шурупы в готовые места сверления, предварительно промазав стыки между собой клеем.

Закрепляем струбциной почти готовый зажимной механизм и ждем высыхания клея. Для удобного использования зажима необходим рычаг, при помощи которого вы сможете зажимать ваши заготовки, им как раз таки послужит металлический стержень и распиленная на две части круглопрофильная деревяшка сечением 15 мм, в обеих нужно просверлить отверстие для стержня и посадить это все на клей.

Завершающий этап. Для полного окончания сборки понадобиться лак или морилка, шлифуем наш самодельный зажим, а потом покрываем лаком в несколько слоев.

На этом изготовление зажима своими руками готово и в рабочее состояние он перейдет, когда лак высохнет полностью, после этого можно с полной уверенностью работать с данным приспособлением.

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 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.

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. φ 1 =arctg (f 1 )

10. φ 2 =arctg (f 2 )

11. α =arctg (2*e /D )

12. R =D/ (2*cos (α ))

13. A =s +R *cos (α )

14. e ≤ R *f 1 + (d /2) * f 2

Если условие выполняется – самоторможение обеспечивается.

15. F = P * L * cos (α )/(R * tg (α +φ 1 )+(d /2)* tg (φ 2 ))

1 6 . k = F /P

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.

Если статья оказалась Вам полезной, а расчет нужным, Вы можете оказать поддержку развитию блога, сделав перевод небольшой суммы на любой (в зависимости от валюты) из указанных кошельков WebMoney: R377458087550, E254476446136, Z246356405801.

Уважающих труд автора прошу скачивать файл с расчетной программой после подписки на анонсы статей в окне, размещенном в конце статьи или в окне наверху страницы!

Эксцентриковые зажимные устройства являются быстродействующими и широко применяются в крупносерийном и массовом производствах при небольших силах зажима (рис. 2). Для определения основных размеров конструкции эксцентрика необходимо иметь: допуск на базовую поверхность обрабатываемой детали в процессе ее установки; угол поворота эксцентрика β п от начального положения; силу, приложенную на конце рукоятки Q рук, и длину рукоятки L рук.

Рис. 2. Элементы кругового эксцентрика, применяемые при расчетах

Сила зажима, развиваемая эксцентриком,

,

где Q рук – сила, приложенная на рукоятке эксцентрика, Н; е – эксцентриситет, мм; f т.п – коэффициент трения на поверхности эксцентрика; f т.о – коэффициет трения на поверхности оси, f т.о = 0,12 ... 0,15; г о – радиус оси, мм.

Ход эксцентрика

.

Наиболее удобный для рабочего угол поворота β п = 90° ... 120°. Ход эксцентрика можно определить по соотношению . Наружный диаметр эксцентрика определяют из условия D ≥ 20 ∙ е, а радиус оси r о выбирают в зависимости от ширины рабочей части эксцентрика по конструктивным соображениям или рассчитывают по формуле.

Самоторможение эксцентрикового зажима должно соответствовать условию D/е ≥ 14, где отношение D/е является характеристикой эксцентрика.

Все расчетные параметры круглого эксцентрика необходимо принимать с учетом ГОСТ 9061–68*, где D эк = 32 ... 70 мм, е = 1,7 ... 3,5 мм.

Пример. Определить конструктивные элементы круглого эксцентрика для зажима заготовки по размерам рабочего чертежа и рассчитать силу зажима обрабатываемой заготовки.

Решение. Определим допуск базовой поверхности обрабатываемой; заготовки, где δ = 0,34 мм. Установим ход эксцентрика

Принимаем эксцентриситет е = 2 мм.

Определим диаметр круглого эксцентрика

D ≥ 20 ∙ е = 20 ∙ 2 = 40 мм.

Определим силу зажима эксцентриком

Длину рукоятки эксцентрика L рук определим из условия

L рук = 2,5 ∙ D = 2,5 ∙ 40 = 100 мм.

Угол поворота принимаем β п = 90°. Коэффициент трения на поверхности эксцентрика f т.п = 0,12. Коэффициент трения на поверхности оси f т.о = 0,15. Радиус оси принимаем конструктивно г о = 6 мм. Самоторможение эксцентрикового зажима проверяем по условию D/е ≥ 14 (где 40/2 = 20). Самоторможение удовлетворяет нашему условию.

Исходными данными для расчета основных размеров круглого эксцентрика (рис. 8.3) являются: δ - допуск на размер заготовки от ее установочной базы до места приложения силы закрепления, мм; α- угол поворота эксцентрика от нулевого (начального) положения; Q - сила закрепления заготовки, Н.

Рис. 8.3. Эксцентриковые зажимы:

А - дисковый эксцентрик, б -эксцентрик с Г-образным прихватом

Если угол поворота эксцентрика не ограничен, то

2е =s 1 +d+s 2 +

где s 1 - зазор для свободного ввода заготовки под эксцентрик; s 2 - запас хода эксцентрика, предохраняющий его от перехода через мертвую точку (учитывает износ эксцентрика); J - жесткость зажимного устройства, Н/мм.

Последний член формулы характеризует увеличение расстояния между эксцентриком и заготовкой в результате упругой деформации зажимной системы. При s 1 = 0,2÷0,4 мм и s 2 = 0,4÷0,6 мм

е = +(0,3÷0,5) мм

Если угол поворота α значительно меньше 180°,

е = (8.4)

Радиус цапфы эксцентрика (мм) найдем, принимая ширину d ;

r = Q /2bσ см, (8.5)

где σ см - допускаемое напряжение на смятие (15-20 МПа).

При b = 2r

Радиус эксцентрика R находим из условий самоторможения. Из схемы действующих на эксцентрик сил (рис. 8.4, а) следует, что равнодействующая Т реакции Q и силы трения F должна быть равна реакции со стороны цапфы, проходящей касательно, кругу трения радиуса ρ, и направлено противоположно ей:

где j = угол трения покоя.

При е ≤ р R min = е + r + Δ, где Δ - толщина перемычки (рис. 8.4, б).

Рис. 8.4. Схема для силового расчёта эксцентриков

Радиус ρ круга трения определяем из равенства ρ = f"r, где f " -коэффициент трения покоя в цапфе. Величины j и f " следует брать по наименьшему пределу. Для полусухих поверхностей можно принимать j = 8° и f " = 0,12÷0,15.

Угол поворота α 1 (см. рис. 8.4, а )для наименее выгодного положения эксцентрика найдем по формуле α 1 = 90° - j.

Ширину рабочей части эксцентрика В определим из формулы

σ=0,565

где σ-допускаемое напряжение в месте контакта эксцентрика с заготовкой. Для закаленной стали можно принимать σ = 800÷1200 МПа; Е 1 E 2 - модули упругости соответственно материалов эксцентрика и соприкасающегося с ним элемента (промежуточной детали или заготовки), МПа; µ 1 , µ 2 - коэффициенты Пуассона для материалов эксцентрика и соприкасающегося с ним элемента.

При E 1 =E 2 =E и µ 1 =µ 2 = 0,25 получим

откуда (при R в мм)

B= 0,17 мм. (8.6)

Размеры эксцентрика е, r, R и В согласовывают с ГОСТом.

Для установления зависимости между силой закрепления Q и моментом на рукоятке эксцентрика в конце закрепления заготовки воспользуемся схемой, показанной на рис. 8.4, б. В процессе закрепления на эксцентрик действуют три силы: сила на рукоятке N, реакция заготовки Т и реакция цапфы S. Под действием этих сил система находится вравновесии. Реакция Т представляет собой равнодействующую силы Q исилы трения F. Сумма моментов всех действующих сил относительно оси поворота эксцентрика

Nl - Qe sin α" - fQ (R - е cos α") - Sρ = 0,

где f - коэффициент трения между эксцентриком и заготовкой.

Сила S мало отличается по величине от нормальной силы Q. Приняв S» Q, получим момент на рукоятке эксцентрика

Nl = Q [fR + ρ + e (sin α" +f cos α")].

Для упрощения полученного выражения примем:

1) fR = tg jR »sin jR (при j= 6° погрешность меньше 1 %);

2) выражение sin α" +f cos α" заменим sin (α" +j) (погрешность 1 %). После подстановок получим

Nl=Q (8.7)

Учитывая выражение для R, получим

Nl = eQ. (8.8)

По этой формуле момент Nl находят с точностью до 10 %.

Перемещение точки касания эксцентрика с плоскостью при его повороте на угол α от начального положения (рис. 8.5, a)

х = е - с = е - е cos α = е (1 - cos α).

Рис. 8.5. Схемы для расчета перемещения точки контакта эксцентрика с плоскостью при его повороте

На рис. 8.5 б показано изменение х от α. Учитывая, что

x =s 1 +d+ ,

cos α = 1- ; α "=180 o -α

Подставляя найденное значение α " в формулу (8.8), можно выразить момент на рукоятке эксцентрика через исходные величины.

Расчёт клиновых зажимов

Клиновые зажимыприменяют в качестве промежуточного звена в сложных зажимных системах. Они просты в изготовлении, компактны, легко размещаются в приспособлении, позволяют увеличивать и изменять направление передаваемой силы. При определенных углах клиновой механизм обладает свойствами самоторможения. Для наиболее распространенного в приспособлениях односкосного клина (рис. 8.6, а) при действии сил под прямым углом имеем следующую зависимость, полученную из силового многоугольника:

. . (8.9)

При знаке минус в формуле имеем зависимость для открепления клина. Самоторможение происходит при α < φ 1 + φ 2 . Если φ 1 = φ 2 .= φ 3 = φ. то зависимость упрощается:

Рис. 8.6. Действие сил в клиновом механизме:

а - с углом 90°; б - с углом более 90°

При передаче сил под углом β > 90° (рис. 8.6, б )зависимость между Pи Q из силового многоугольника имеет вид (при 90 + α > β)

Если угол трения постоянен и равен φ, то

.

Расчёт рычажных зажимов

Рычажные зажимыаналогично клиновым применяют в сочетании с другими элементарными зажимами, образуя более сложные зажимные системы. С помощью рычага изменяют величину и направление передаваемой силы, осуществляют одновременное и равномерное закрепление заготовки в двух местах.

Эксцентриковые зажимы являются быстродействующими, но они развивают меньшую силу зажима, чем винтовые, имеет ограниченные линейные перемещения.

В станочных приспособлениях используют круглые и криволинейные эксцентриковые зажимы. Круглый эксцентрик применяемый в предлагаемой конструкции представляет собой диск, поворачиваемый вокруг оси О, смещенный относительно геометрической оси эксцентрика на некоторую величину е, называемую эксцентриситетом. Для крепления обрабатываемой детали эксцентриковые зажимы должны быть самотормозящимися.

Круглые эксцентрики изготавливают из стали 20Х, цементируют на глубину 0,6….1,2 мм и затем закаливают до твердости 58….62HRC э. Некоторые виды круглых эксцентриков выполняется по ГОСТ 9061-68

Из теоретической механики известно, что условие самоторможения двух трущихся тел следующие: угол трения больше или равен углу подъема, под которым происходит трение. Следовательно, если, угол подъема эксцентрика в определенном его положении не больше угла трения, то эксцентрика является самотормозящимся. Самотормозящиеся эксцентрики после зажима обрабатываемой детали не изменяемой своего положения. Самоторможение эксцентриковых зажимов обеспечиваются при определенном отношения его наружного диаметра и эксцентриситету е.

При расчете основных размеров круглого эксцентрика необходимо иметь следующие величины.

Эксцентриситет круглого эксцентрика (44):

Радиус наружной поверхности эксцентрика определяется из условия его самоторможения:

Угол поворота эксцентрика, соответствующей наименее выгодную для самоторможения положения зажима.