一种便捷可靠的轴向锁紧装置
焦作铁路电缆工厂 刘 宝 许明生
摘要 反向自锁式轴向锁紧装置与传统轴向锁紧装置相比, 更为便捷可靠。本文简要介绍了它的结构性能, 并对其反向自锁条件进行受力分析, 导出反向自锁角。 主题词 轴向锁紧装置 反向自锁 结构 性能 受力分析
引言
新型轴向锁紧装置的结构性能
反向自锁式轴向锁紧装置适用于光轴锁紧, 它使锁紧轴的结构得到了大大简化。其操
作简单, 便捷, 锁紧可靠, 轴向调整连续性好, 这是反向自锁式轴向锁紧装置的显著特点。图1
是反向自锁式轴向锁紧装置结构简图。
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普遍存在操作复杂, 可靠性差的缺点。反向自锁式轴向锁紧装置克服了这些缺点, 具有广泛的应用前景。
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。
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。
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, 即增加了拆装难度, 又增加了轴面损伤, 螺钉及套螺孔螺纹损坏的可能。
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。
传统轴向锁紧装置的种种缺陷给现场应用带来了很大不便。
图1 反向自锁式轴向锁紧装置结构简图
1-外套 2-内锥形套 3-淬火钢珠 4-内套 5-弹簧 6-环形拉帽
图中外套与内锥形套间, 内套与环形拉帽间均为过盈配合, 压力装配; 外套与内锥形套端面比内套端面略微突出; 内套孔径D 2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D 1比锁紧轴直径略小; 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; 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, 内锥形套是反向自锁式轴向锁紧装置的主要承力件, 具有较高的表面硬度。这里, 有
必要对下面两点做简要说明:
(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, 绝大多数情况下, 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, 并在二者之间产生适当的预压力。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。反向自锁式轴向锁紧装置操作简单, 便捷。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。在整个移动过程中, 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。
图3 淬火钢珠临界自锁
状态受力图图2 内锥形套示意图
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
(1) 淬火钢珠相对轴滚动自锁; (2) 淬火钢珠相对轴滑动自锁。
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。图3是淬火钢珠的临
界自锁状态受力图。
图中:N 为轴对淬火钢珠的法向反作用力; P 为外力导致内锥形套通过B 点作用于淬火钢珠的法向力; T A 为轴面作用于淬火钢珠的最大静摩擦力; T B 为内锥形套作用于淬火钢珠的最大静摩擦力。
假设:f 1——轴面与淬火钢珠间的静摩擦系
数;
f 2——内锥形套锥面与淬火钢珠间的静摩擦系数;
R ——淬火钢珠的半径。
45新型轴向锁紧装置反向自锁条件受力分析
反身自锁式轴向锁紧装置的核心部件是内锥形套, 其内锥面斜度角
当轴向外力作用在该装置外套及内锥形
(1) 淬火钢珠相对轴滚动自锁。如图3所示, 淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时, 必有:
即
(5)
因此, 当内锥形套内锥面的斜度角
实际应用中, 为保证装置反向自锁的可靠性及结构的紧凑性,
有一点需说明, 上述受力分析过程中, 不
6
又知:
M A =0
6
故有:
M A =P õR õsin
B
P õR õsin
B
将T B =f 2・P 代入上式, 整理得:
tg (
整理上式, 可得滚动自锁角为:
则由图2、图3可知, 淬火钢珠相对轴滚动自锁条件为:
即
2
(2) 淬火钢珠相对轴滑动自锁。
如图3所示, 淬火钢珠相对轴临界滑动自锁状态时, 必有:
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。
结 论
F x =0
(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大大简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, 具有广泛的应用前景。
6
又知:
6
故有:
F x =P õsin
P õsin
T B =f 2・P
+T B ・sin
将式(2) 、(3) 、(4) 代入式(1) , 整理可得:
(1-f 1õf 2) õsin
整理上式, 即得:
(2) (3) (4)
一种便捷可靠的轴向锁紧装置
焦作铁路电缆工厂 刘 宝 许明生
摘要 反向自锁式轴向锁紧装置与传统轴向锁紧装置相比, 更为便捷可靠。本文简要介绍了它的结构性能, 并对其反向自锁条件进行受力分析, 导出反向自锁角。 主题词 轴向锁紧装置 反向自锁 结构 性能 受力分析
引言
新型轴向锁紧装置的结构性能
反向自锁式轴向锁紧装置适用于光轴锁紧, 它使锁紧轴的结构得到了大大简化。其操
作简单, 便捷, 锁紧可靠, 轴向调整连续性好, 这是反向自锁式轴向锁紧装置的显著特点。图1
是反向自锁式轴向锁紧装置结构简图。
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普遍存在操作复杂, 可靠性差的缺点。反向自锁式轴向锁紧装置克服了这些缺点, 具有广泛的应用前景。
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。
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。
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, 即增加了拆装难度, 又增加了轴面损伤, 螺钉及套螺孔螺纹损坏的可能。
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。
传统轴向锁紧装置的种种缺陷给现场应用带来了很大不便。
图1 反向自锁式轴向锁紧装置结构简图
1-外套 2-内锥形套 3-淬火钢珠 4-内套 5-弹簧 6-环形拉帽
图中外套与内锥形套间, 内套与环形拉帽间均为过盈配合, 压力装配; 外套与内锥形套端面比内套端面略微突出; 内套孔径D 2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D 1比锁紧轴直径略小; 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; 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, 内锥形套是反向自锁式轴向锁紧装置的主要承力件, 具有较高的表面硬度。这里, 有
必要对下面两点做简要说明:
(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, 绝大多数情况下, 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, 并在二者之间产生适当的预压力。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。反向自锁式轴向锁紧装置操作简单, 便捷。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。在整个移动过程中, 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。
图3 淬火钢珠临界自锁
状态受力图图2 内锥形套示意图
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
(1) 淬火钢珠相对轴滚动自锁; (2) 淬火钢珠相对轴滑动自锁。
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。图3是淬火钢珠的临
界自锁状态受力图。
图中:N 为轴对淬火钢珠的法向反作用力; P 为外力导致内锥形套通过B 点作用于淬火钢珠的法向力; T A 为轴面作用于淬火钢珠的最大静摩擦力; T B 为内锥形套作用于淬火钢珠的最大静摩擦力。
假设:f 1——轴面与淬火钢珠间的静摩擦系
数;
f 2——内锥形套锥面与淬火钢珠间的静摩擦系数;
R ——淬火钢珠的半径。
45新型轴向锁紧装置反向自锁条件受力分析
反身自锁式轴向锁紧装置的核心部件是内锥形套, 其内锥面斜度角
当轴向外力作用在该装置外套及内锥形
(1) 淬火钢珠相对轴滚动自锁。如图3所示, 淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时, 必有:
即
(5)
因此, 当内锥形套内锥面的斜度角
实际应用中, 为保证装置反向自锁的可靠性及结构的紧凑性,
有一点需说明, 上述受力分析过程中, 不
6
又知:
M A =0
6
故有:
M A =P õR õsin
B
P õR õsin
B
将T B =f 2・P 代入上式, 整理得:
tg (
整理上式, 可得滚动自锁角为:
则由图2、图3可知, 淬火钢珠相对轴滚动自锁条件为:
即
2
(2) 淬火钢珠相对轴滑动自锁。
如图3所示, 淬火钢珠相对轴临界滑动自锁状态时, 必有:
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。
结 论
F x =0
(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大大简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, 具有广泛的应用前景。
6
又知:
6
故有:
F x =P õsin
P õsin
T B =f 2・P
+T B ・sin
将式(2) 、(3) 、(4) 代入式(1) , 整理可得:
(1-f 1õf 2) õsin
整理上式, 即得:
(2) (3) (4)