Эксцентриковые зажимы преимущества и недостатки. Эксцентриковые зажимы

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 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.

Эксцентриковый зажим является зажимным элементом усовершенствованных конструкции. Эксцентриковые зажимы (ЭЗМ) используются для непосредственного зажима заготовок и в сложных зажимных системах.

Ручные винтовые зажимы просты по конструкции, но имеют существенный недостаток - для закрепления детали рабочий должен выполнить большое количество вращательных движений ключом, что требует дополнительных затрат времени и усилий и в результате снижает производительность труда.

Приведенные соображения заставляют, там где это возможно, заменять ручные винтовые зажимы быстродействующими.

Наибольшее распространение получили и .

Хотя и отличается быстродействием, но не обеспечивает большой силы зажима детали, поэтому его применяют лишь при сравнительно небольших силах резания.

Преимущества:

• простота и компактность конструкции;
• широкое использование в конструкции стандартизованных деталей;
• удобство в наладке;
• способность к самоторможению;
• быстродействие (время срабатывания привода около 0.04 мин).

Недостатки:

• сосредоточенный характер сил, что не позволяет применять эксцентриковые механизмы для закрепления нежестких заготовок;
• силы закрепления круглыми эксцентриковыми кулачками нестабильны и существенно зависят от размеров заготовок;
• пониженная надежность в связи с интенсивным изнашиванием эксцентриковых кулачков.

Рис. 113. Эксцентриковый зажим: а - деталь не зажата; б - положение при зажатой детали

Конструкция эксцентрикового зажима

Круглый эксцентрик 1, представляющий собой диск со смещенным относительно его центра отверстием, показан на рис. 113, а. Эксцентрик свободно устанавливается на оси 2 и может вращаться вокруг нее. Расстояние е между центром С диска 1 и центром О оси называется эксцентриситетом.

К эксцентрику прикреплена рукоятка 3, поворотом которой осуществляется зажим детали в точке А (рис. 113, б). Из этого рисунка видно, что эксцентрик работает как криволинейный клин (см. заштрихованный участок). Во избежание отхода эксцентриков после зажима они должны быть самотормозящим и. Свойство самоторможения эксцентриков обеспечивается правильным выбором отношения диаметра D эксцентрика к его эксцентриситету е. Отношение D/e называется характеристикой эксцентрика.

При коэффициенте трения f = 0,1 (угол трения 5°43") характеристика эксцентрика должна быть D/e ≥ 20 ,а при коэффициенте трения f = 0,15 (угол трения 8°30")D/e ≥ 14.

Таким образом, все эксцентриковые зажимы, у которых диаметр D больше эксцентриситета е в 14 раз, обладают свойством самоторможения, т. е. обеспечивают надежный зажим.

Рисунок 5.5 - Схемы для расчета эксцентриковых кулачков: а – круглых, нестандартных; б- выполненных по спирали Архимеда.

В состав эксцентриковых зажимных механизмов входят эксцентриковые кулачки, опоры под них, цапфы, рукоятки и другие элементы. Различают три типа эксцентриковых кулачков: круглые с цилиндрической рабочей поверхностью; криволинейные, рабочие поверхности которых очерчены по спирали Архимеда (реже – по эвольвенте или логарифмической спирали); торцевые.

Круглые эксцентрики

Наибольшее распространение, из-за простоты изготовления, получили круглые эксцентрики.

Круглый эксцентрик (в соответствии с рисунком 5.5а) представляет собой диск или валик, поворачиваемый вокруг оси, смещенной относительно геометрической оси эксцентрика на величину А, называемой эксцентриситетом.

Криволинейные эксцентриковые кулачки (в соответствии с рисунком 5.5б) по сравнению с круглыми обеспечивают стабильную силу закрепления и больший (до 150°) угол поворота.

Материалы кулачков

Эксцентриковые кулачки изготавливают из стали 20Х с цементацией на глубину 0.8…1.2 мм и закалкой до твердости HRCэ 55-61.

Эксцентриковые кулачки различают следующих конструктивных исполнений: круглые эксцентриковые (ГОСТ 9061-68), эксцентриковые (ГОСТ 12189-66), эксцентриковые сдвоенные (ГОСТ 12190-66), эксцентриковые вильчатые (ГОСТ 12191-66), эксцентриковые двухопорные (ГОСТ 12468-67).

Практическое использование эксцентриковых механизмов в различных зажимных устройствах показано на рисунке 5.7

Рисунок 5.7 - Виды эксцентриковых зажимных механизмов

Расчет эксцентриковых зажимов

Исходными данными для определения геометрических параметров эксцентриков являются: допуск δ размера заготовки от ее установочной базы до места приложения зажимной силы; угол a поворота эксцентрика от нулевого (начального) положения; потребная сила FЗ зажима детали. Основными конструктивными параметрами эксцентриков являются: эксцентриситет А; диаметр dц и ширина b цапфы (оси) эксцентрика; наружный диаметр эксцентрика D; ширина рабочей части эксцентрика В.

Расчеты эксцентриковых зажимных механизмов выполняют в следующей последовательности:

Расчет зажимов со стандартным эксцентриковым круглым кулачком (ГОСТ 9061-68)

1. Определяют ход h к эксцентрикового кулачка, мм.:

Если угол поворота эксцентрикового кулачка не имеет ограничений (a ≤ 130°), то

где δ - допуск размера заготовки в направлении зажима, мм;

D гар = 0,2…0,4 мм – гарантированный зазор для удобной установки и снятия заготовки;

J = 9800…19600 кН/м – жёсткость эксцентрикового ЭЗМ;

D = 0,4...0,6 hк мм – запас хода, учитывающий износ и погрешности изготовления эксцентрикового кулачка.

Если угол поворота эксцентрикового кулачка ограничен (a ≤ 60°), то

2. Пользуясь таблицами 5.5 и 5.6 подбирают стандартный эксцентриковый кулачок. При этом должны соблюдаться условия: Fз ≤ F з max и h к ≤ h (размеры, материал, термическая обработка и другие технические условия по ГОСТ 9061-68. Проверять стандартный эксцентриковый кулачок на прочность нет необходимости.

Таблица 5.5 -Стандартный круглый эксцентриковый кулачок (ГОСТ 9061-68)

3. Определяют длину рукоятки эксцентрикового механизма, мм

Значения M max и P з max выбираются по таблице 5.5.

Таблица 5.6 - Кулачки эксцентриковые круглые (ГОСТ 9061-68). Размеры, мм

Рисунок - чертеж эксцентрикового кулачка

Эксцентриковый зажим своими руками

Видео подскажет как сделать самодельный эксцентриковый зажим, предназначенный для фиксации заготовки. Эксцентриковый прижим, изготовленный своими руками.

При больших программах выпуска изделий широко применяют быстродействующие зажимы. Одним из видов таких ручных зажимов являются эксцентриковые, в которых поворотом эксцентриков создаются усилия зажима.

Значительные усилия при малой площади касания рабочей поверхности эксцентрика могут вызвать повреждение поверхности детали. Поэтому обычно эксцентрик действует на деталь через подкладку, толкатели, рычаги или тяги.

Зажимные эксцентрики могут быть с различным профилем рабочей поверхности: в виде окружности (круглые эксцентрики) и со спиральным профилем (в виде логарифмической или архимедовой спирали).

Круглый эксцентрик представляет собой цилиндр (валик или кулачок), ось которого расположена эксцентрично по отношению к оси вращения (фиг. 176, а, бив). Такие эксцентрики наиболее просты в изготовлении. Для поворота эксцентрика служит рукоятка. Эксцентриковые зажимы выполняют часто в виде кривошипных валиков с одной или двумя опорами.

Эксцентриковые зажимы всегда ручные, поэтому основным условием правильной работы их является сохранение углового положения эксцентрика после его поворота для зажатия - «самоторможение эксцентрика». Это свойство эксцентрика определяется отношением диаметра О цилиндрической рабочей поверхности к эксцентриситету е. Это отношение называется характеристикой эксцентрика. При определенном отношении – условие самоторможения эксцентрика выполняется.

Обычно диаметром Б круглого эксцентрика задаются из конструктивных соображений, а эксцентриситет е рассчитывают исходя из условий самоторможения.

Линия симметрии эксцентрика делит его на две части. Можно представить себе два клина, одним из которых при повороте эксцентрика закрепляется деталь. Положение эксцентрика при его контакте с поверхностью детали минимального размера.

Обычно положение участка профиля эксцентрика, который участвует в работе, выбирают так. чтобы при горизонтальном положении линий 0\02 эксцентрик касался бы точкой с2 зажимаемой летали средних размеров. При зажиме деталей с максимальными и минимальными размерами детали будут касаться соответственно точек сI и с3 эксцентрика, симметрично расположенных относительно точки с2. Тогда активным профилем эксцентрика будет дуга С1С3. При этом часть эксцентрика, ограниченную на фигуре штриховой линией, можно удалить (при этом ручку надо переставить в другое место).

Угол а между зажимаемой поверхностью и нормалью к радиусу вращения называют углом подъема. Он различен при разных угловых положениях эксцентрика. Из развертки видно, что при касании детали и эксцентрика точками а и Б угол а равен нулю. Его величина наибольшая при касании эксцентрика точкой с2. При малых углах клиньев возможно заедание, при больших - самопроизвольное ослабление. Поэтому зажим при касании с деталью точек эксцентрика а и б нежелателен. Для спокойного и надежного закрепления детали необходимо, чтобы эксцентрик соприкасался на участке С\С3 с деталью, когда угол а не бывает равен нулю и не может колебаться в широких пределах.