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（34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；*152.1 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*203.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。*243.1 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：*263.2 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23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。*303.3 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。*314 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5-8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），提交纸质档和电子档。 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。 进度安排*37时 间任务安排备 注第8周周五下午先进制造技术任务安排、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404，分组表电 子档发：etchpu.edu.cn。第9-10周周五下午设计方案审核方案交负责指导老师；仪器设备操作 练习。第11周周五下午设计图纸审核、确定加工材料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，需要用到其他标准 件的如弹簧等，及时上报，参数需要 各组自行确定。第14-18周周二下 午工程管理课程讲解、零件加工 制作工程管理课程由经管学院老师授课， 时间另行通知。车削加工找车削组负 责人闫金霞，钳工加工找负责人李红 霞安排。加工时，服从指导老师安排 。第19周周二下午四大设计报告提交、分组答辩四大报告提交工程训练中心办公室404 ，由指导教师统一批改；答辩方式另 行通知。成绩考核*38考核成绩=作品（50%）+四大报告（30%）+答辩（ 20%） （任何一个环节不及格者，本课程不及格。 考核由刘宝、李安铭、李章东、赵武等老师负责。 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