河南理工大学 机械与动力工程学院 李章东 *3 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。 *4 *5 *6 *7 *8 *9 *10 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。 1驱动轴 ； 2盘具； 3锁紧 套；*1光轴 2. 光轴快速锁紧装置 *12 *13 光 轴 快 速 锁 紧 装 置 三 维 图 *14 光 轴 快 速 锁 紧 装 置 三 维 剖 分 图 1-外套；2-内锥形套；3-淬火钢珠；4-内套；5-弹簧；6-拉帽 1）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； *15 2.1 结构特点 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。 *16 *17 两个关键点的简要说明： (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34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。 *18 (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。 *19 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。 2.2 使用方法 *20 3.光轴快速锁紧装置反向自锁条件受力分析 光轴快速锁紧装置的核心部件是内锥形套，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，下图为内锥形套结构图。 *21 当轴向外力作用在该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)淬火锕珠相对轴滑动自锁。 *22 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。 *23 图中： 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 。 另设： 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。 *24 3.1 淬火钢珠相对轴滚动自锁 淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时，必有： 又知： 故有： *25 将代入上式，整理得： 整理上式，可得滚动自锁角为： 可知，淬火钢珠相对轴滚动自锁条件为： 即： *26 3.2 淬火钢珠相对轴滑动自锁 如钢珠的临界自锁状态受力图所示，淬火钢钢 珠相对轴临对轴临 界滑动动自锁锁状态时态时 ，必有： 可知： 故有： *27 因为为： 将式(2)、(3)，(4)代人式(1)，整理可得： 整理上式，即得： *28 则由前两图可知，淬火钢珠相对轴滑动自锁条件为 ： 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： 即： *29 实际应中，为保证装置反向自锁的可靠性及结 构的紧凑性，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。 *30 3.3 结 论 (1) 反向自锁锁式轴轴向锁紧锁紧 装置操作简单简单 、便捷，可明 显显降低操作强度，提高工作效率； (2) 反向自锁锁式轴轴向锁紧锁紧 装置轴轴向调调整连续连续 性好； (3) 反向自锁锁式轴轴向锁紧锁紧 装置的反向自锁锁特性大大提 高了锁紧锁紧 的可靠性； (4) 反向自锁锁式轴轴向锁紧锁紧 装置筒化了锁紧轴锁紧轴 的加工过过 程，降低了加工成本； (5) 反向自锁锁式轴轴向锁紧锁紧 装置结结构紧紧凑，具有免维维修 的特性 。 总总之 反向自锁锁式轴轴向锁紧锁紧 装置是适于频频繁拆装 或轴轴向调调整，且锁紧锁紧 可靠性颇颇高的轴轴向锁紧锁紧 装置。 * 31 4 一种简捷快速螺母锁紧结构 快速移动时的姿态 *32 快速旋紧螺母是在正常螺母的基础上，又加 工了一个轴线与螺纹孔轴线相交成一定角度的孔 ，而该孔的直径略大于锁紧轴的直径。 快速旋紧螺母结构特点 ： *33 快速移动时姿态三维剖分图 *34 快速旋紧螺母三维结构图 *35 快速旋紧螺母锁紧时的姿态 *36 二、任务及要求 1.作 品 设计并制作“快速螺杆、光杠（轴）锁紧装置”，被锁轴三 种尺寸：20、25、30。 2.分 组 每个团队按照4-6人进行组队，可以跨班组队，但需要注明 班级（不是同一班的），每队设置一负责人，各班组队名 单由班长统一汇总上报工程训练中心（每个团队有负责人 联系电话，并注明负责人是谁，同时各班班长电话需要注 明），第10周周四下午6:00前，纸质档交工程训练中心办 公室314，电子档发52701443 （邮件注明班级 ）。 3.要求 每个团队完成作品“快速螺杆、光杠（轴）锁紧装置”的设 计、制作，同时每个团队提交四大报告（设计方案、工艺 方案、成本分析、工程管理）及上交作品，锁紧机构中的 拉帽零件要求用快速成型制作。 进度安排 *37 时 间任务安排备 注 第9周任务安排、学生分组要求。 分组表由班长统计、签字后，纸质档交工程训练中心办公室314，分组 表电子档发：52701443 （邮件注明班级，第10周周四下午6:00前发 送）。 第10周设计方案审核。方案交负责指导老师审核 第11周设计图纸审核及修改、确定加工材料和加工机床。 1.图纸交负责教师审核；2.材料以圆钢为主，设计零件尺寸圆钢直径最大尺 寸不得超过60mm；3.需要加工的地方进行分组熟悉场地。4.到现场分组，所 有组分成两半，一半在数控车加工，一半在普通车加工。 第12-15周 到车削、数控等教学组进行分组安排零件的车削、数控车削加工 制作等。 车削加工找车削组负责人闫金霞，数控车削安排找程会营，加工时服从指 导老师安排。 第16-17周 零件钻孔、弹簧参数上报等。 1.钳工加工找负责人李红霞安排； 2.弹簧参数在16周前，由各班上报，具体格式见附件。 第17-18周 快速成型加工、装配、分组答辩。 1.钳工加工完毕的，到快速成型进行加工，快速成型加工找负责人肖伟安排 ；2.答辩方式及地点另行通知；3.四大设计报告提交中心教务管理办公室314 。 备 注 1.零件加工主要在实训中心完成，设计图纸、设计方案经指导老师审核后，方可进行加工；锁紧机构中所用到的标准件弹簧，丝径选用为 2，弹簧统一购买，每个弹簧需要确定弹簧中径尺寸、有效圈数、自由长度（弹簧参数上报需要核算清楚，一旦上报出错，由团队自己承担 责任，不再安排制作）。 2.请各团队严格按照时间节点进行加工，若在规定时段内，不能提交作品的，成绩不及格。 3.中心可提供20、30、40、45、50、60的圆钢。 4.锁紧用到的钢珠，请到钳工领取。 成绩考核 *38 考核成绩=作品（60%，其中拉帽零件需要快速成型 制作，占作品成绩的10%）+四大报告（30%）+答 辩（10%）。 六、其他事宜 1.制作产品需要的圆钢材料必须在直径60以内； 3.第10周周四上午，指导教师在机械楼407指导学生设计、图纸审核； 4.各班要抓紧时间设计和制作，必须在规定时间内完成，四大报告不得抄 袭，否则按0分处理； 5.有疑问可和工程训练中心联系，电话：3986392，联系人：邓老师；指导 教师：李章东，联系电话：13569165769； 6.分组名单格式模板： *39 分组 负责人成 员负责人电话 第一组 (锻压 2班) 第二组 第三组 第四组 第五组 锻压13-1班分组名单 注：1.（锻压13-1班班长），电话：。 专业班 级 零件名称总 页 第 页 编号： 产品 名称 生产 纲领 件/ 年 学生姓 名 零件 名称 生产批 量 件/月 1、设计设计 概述 2、设计设计 思路和方案 3、设计结设计结 果 4、总结总结 和体会 设计方案报告模板 专业班级零件名称总 页第 页 编号： 产品名称生产 纲领 件/年 学生姓名 生产 批量 件/月 1、材料成本分析 材料毛 坯 种 类 毛坯外形尺 寸 每毛坯 可制作 件数 每台件 数 备注 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 3、总成本