Excentrické svorky. DIY dřevěná svorka

Snadno vyrobitelné, s vysokým ziskem, poměrně kompaktní excentrické svorky, které jsou typem vačkového mechanismu, mají další nepochybně hlavní výhodu - rychlost.

Pracovní plocha vačky je nejčastěji vyrobena ve formě válce s kruhem nebo Archimédovou spirálou na základně. V tomto článku budeme hovořit o běžnějším a technologicky vyspělejším kruhovém excentrickém upínači.

Rozměry normalizovaných kruhových excentrických vaček pro obráběcí stroje jsou uvedeny v GOST 9061-68. Excentricita kruhových vaček v tomto dokumentu je nastavena na 1/20 vnějšího průměru, aby byly zajištěny podmínky samobrzdění v celém provozním rozsahu úhlů otáčení při koeficientu tření 0,1 nebo více.

Níže uvedený obrázek ukazuje vypočítaný geometrický diagram upínacího mechanismu. Pevná část je přitlačena k nosné ploše v důsledku otáčení excentrické rukojeti proti směru hodinových ručiček kolem osy pevně fixované vzhledem k podpěře.

Zobrazená poloha mechanismu je charakterizována maximálním možným úhlem α , zatímco přímka procházející osou otáčení a středem excentrické kružnice je kolmá k přímce vedené bodem dotyku součásti s vačkou a středem vnější kružnice.

Pokud otočíte vačkou o 90° ve směru hodinových ručiček vzhledem k poloze znázorněné na obrázku, vytvoří se mezi dílem a pracovním povrchem excentru mezera, jejíž velikost je stejná jako excentricita. E. Tato vůle je nezbytná pro volnou montáž a demontáž dílu.

VÝPOČTOVÉ VZORCE

Najděte úhel tření (°) „část - excentr“:

φ 1 = arctan (f 1),

Kde,
f 1- koeficient tření "část - excentr";
0,15 - hodnota součinitele tření „část - excentr“ odpovídající případu „ocel ​​na oceli bez mazání“.

Najděte úhel tření (°) "osa - excentr":

φ 2 = arctan (f 2),

Kde,
f 2- koeficient tření "osa - excentr";
0,12 - hodnota součinitele tření „osa - excentr“ odpovídající případu „ocel ​​na oceli s mazáním“.

Snížení tření na obou místech zvyšuje výkonovou účinnost mechanismu, ale snížení tření v oblasti kontaktu mezi dílem a vačkou vede k zániku samobrzdění.

Najděte maximální úhel (°) kruhového klínu:

α = arctan (2 e / D),

Kde,
E- excentricita vačky, mm;
Pro zajištění samobrzdění na ocelových plochách je žádoucí splnit podmínku: D/e>15.
V GOST 9061-68: D/e=20.
D- excentrický průměr, mm.

Potom bude vektor poloměru (mm) kontaktního bodu roven:

R = D / (2 cos (α)),

A vzdálenost od excentrické osy k podpěře (mm) bude podle toho:

A = s + R cos(α),

Kde,
s- tloušťka upnuté části, mm.

Podmínkou samobrzdění je splnění vztahu:

e ≤ Rf1 + d/2f2,

Pokud je podmínka splněna, je zajištěno samobrzdění.

Upínací sílu (N) lze zjistit pomocí vzorce:

F = PL cos (α) / (R tg (α + φ 1) + d/2 tg (φ 2)),

Kde,
P- síla na rukojeť, N;
L- délka rukojeti, mm.

Koeficient přenosu síly je:

k = F/P

Poloha excentrické svorky zvolená pro výpočty a znázorněná v diagramu je „nejpříznivější“ z hlediska samobrzdění a nárůstu pevnosti. Tato volba ale není náhodná. Pokud v takové pracovní poloze uspokojí vypočtené výkonové a geometrické parametry konstruktéra, pak v jakýchkoliv jiných polohách bude mít excentrický upínač ještě větší koeficient přenosu síly a lepší podmínky samobrzdění.

Při navrhování se pohybujte od uvažované polohy směrem ke zmenšení velikosti A pokud ostatní rozměry zůstanou nezměněny, zmenší se mezera pro instalaci součásti.

Zvětšení velikosti A může vytvořit situaci, kdy se excentr během provozu opotřebuje a výrazné kolísání tloušťky s, kdy je prostě nemožné upnout díl.

GOST 9061-68 doporučuje jako materiál pro výrobu vačky použít povrchově cementovanou ocel 20X odolnou proti opotřebení s povrchovou tvrdostí 56...61 HRC v hloubce 0,8...1,2 mm. V praxi se však excentrická svorka vyrábí z nejrůznějších materiálů v závislosti na účelu, provozních podmínkách a dostupných technologických možnostech.

Pomocí malého stolku v MS Excel vytvořené na základě těchto vzorců se můžete naučit rychle a snadno určovat hlavní parametry svorek pro vačky vyrobené z jakýchkoli materiálů, jen nezapomeňte změnit hodnoty koeficientů tření v počátečních datech.

V příkladu zobrazeném na snímku obrazovky se na základě daných rozměrů excentru a síly působící na rukojeť určí montážní velikost od osy otáčení vačky k nosné ploše s přihlédnutím k tloušťce součásti , zkontroluje se stav samobrzdění, vypočte se upínací síla a koeficient přenosu síly.

Tento výpočetní soubor lze nalézt na webových stránkách www.al-vo.ru.

Související dokumenty:

GOST 12189-66 Obráběcí stroje. Vačky jsou excentrické. Design;
GOST 12190-66 Obráběcí stroje. Dvojité excentrické vačky. Design;
GOST 12191-66: Obráběcí stroje. Excentrické podložky vidlic. Design;
GOST 12468-67 - Excentry s dvojitou podpěrou. Design.

Excentrické svěrky jsou rychle působící, ale vyvíjejí menší upínací sílu než šroubové svěrky a mají omezený lineární pohyb.

U obráběcích strojů se používají kulaté a zakřivené excentrické upínače. Kruhový výstředník použitý v navrhovaném návrhu je kotouč otočený kolem osy O, posunutý vzhledem ke geometrické ose výstředníku o určitou hodnotu e, nazývanou excentricita. Pro zajištění obrobku musí být excentrické upínače samosvorné.

Kulaté excentry jsou vyrobeny z oceli 20X, cementované do hloubky 0,6....1,2 mm a následně kalené na tvrdost 58....62HRC e. Některé typy kulatých excentrů jsou vyrobeny podle GOST 9061-68

Z teoretické mechaniky je známo, že podmínky pro samozabrzdění dvou třecích těles jsou následující: úhel tření je větší nebo roven úhlu elevace, při kterém dochází ke tření. Pokud tedy úhel zdvihu excentru v určité poloze není větší než úhel tření, pak je excentr samobrzdný. Samobrzdné excentry po upnutí obrobku nemění svou polohu. Samobrzdění excentrických svěrek je zajištěno při určitém poměru jejího vnějšího průměru a excentricity e.

Při výpočtu hlavních rozměrů kruhového excentru je nutné mít následující hodnoty.

Kulatá excentrická excentricita (44):

Poloměr vnějšího povrchu excentru je určen ze stavu jeho samobrzdění:

Úhel natočení excentru odpovídající poloze svěrky, která je pro vlastní brzdění nejméně příznivá.

Pro velké výrobní programy se široce používají rychloupínače. Jedním typem takových ručních upínačů jsou excentrické, u kterých jsou upínací síly vytvářeny otáčením excentrů.

Významné síly s malou kontaktní plochou pracovní plochy excentru mohou způsobit poškození povrchu součásti. Proto obvykle excentr působí na součást prostřednictvím obložení, tlačníků, pák nebo tyčí.

Upínací excentry mohou mít různé profily pracovní plochy: ve tvaru kruhu (kulaté excentry) a se spirálovým profilem (ve formě logaritmické nebo Archimedovy spirály).

Kruhový excentr je válec (váleček nebo vačka), jehož osa je umístěna excentricky vzhledem k ose otáčení (obr. 176, a, b). Výroba takových excentrů je nejjednodušší. K otáčení excentru se používá rukojeť. Excentrické svorky se často vyrábějí ve formě klikových hřídelů s jednou nebo dvěma podpěrami.

Excentrické upínače jsou vždy ruční, takže hlavní podmínkou jejich správné funkce je zachování úhlové polohy excentru po jeho otočení pro upnutí - „samobrzdění excentru“. Tato vlastnost excentra je určena poměrem průměru O válcové pracovní plochy k excentricitě e. Tento poměr se nazývá excentrická charakteristika. Při určitém poměru je splněna podmínka pro samobrzdění excentru.

Typicky je průměr B kruhového excentru nastaven z konstrukčních důvodů a excentricita e je vypočítána na základě podmínek samočinného brzdění.

Linie symetrie excentru jej rozděluje na dvě části. Můžete si představit dva klíny, z nichž jeden zajišťuje díl při otáčení excentru. Poloha excentru při kontaktu s povrchem dílu minimální velikosti.

Typicky se poloha úseku excentrického profilu, který je zapojen do práce, volí následovně. takže když jsou rysky 0\02 ve vodorovné poloze, excentr by se dotýkal upnuté středně velké mušky bodem c2. Při upínání dílů s maximálními a minimálními rozměry se díly dotýkají bodů cI a c3 excentru, symetricky umístěných vzhledem k bodu c2. Pak bude aktivní profil excentra oblouk C1C3. V tomto případě lze část excentru, omezenou na obrázku přerušovanou čarou, odstranit (v tomto případě je nutné přesunout rukojeť na jiné místo).

Úhel a mezi upnutým povrchem a normálou k poloměru otáčení se nazývá elevační úhel. Pro různé úhlové polohy excentru je to různé. Ze skenu je zřejmé, že když se součást a excentr dotknou bodů a a B, úhel a je roven nule. Jeho hodnota je největší, když se excentr dotkne bodu c2. Při malých úhlech klínu je možné vzpříčení, při velkých úhlech je možné samovolné uvolnění. Proto je upínání, když se excentrické body aab dotýkají součásti, nežádoucí. Pro klidné a spolehlivé upevnění dílu je nutné, aby se excentr dostal do kontaktu s dílem v řezu C\C3, kdy úhel a není roven nule a nemůže kolísat v širokých mezích.

1 – válcový excentr je široce používán, protože snadné vyrobit. Nevýhodou této konstrukce je malý zdvih a nejednotné brzdné vlastnosti.

2 – vyznačující se přítomností řezu pro zvýšení zdvihu při instalaci a demontáži obrobku.

3 – má největší uplatnění v praxi. Pracovní plocha excentru je omezena na sektor 60 - 90°, zbytek je odříznut. Je vhodné použít takovou vačku k zatažení upínacího mechanismu při montáži a demontáži dílů na velké vzdálenosti (až 45 mm).

4 – upínač je dvojitá vačka 3 a používá se ve středicích mechanismech a plovoucích svěrákech.

Všechny tyto vačky jsou upevněny na hřídeli a pomocí rukojeti připevněné k hřídeli se s ní otáčejí.

5 – excentrická páka, protože excentrická vačka v něm je spojena s rukojetí. Jejich akční rádius je menší než u vaček.

Upínací síla obrobku:

kde Q je síla působící na rukojeť;

L – délka rukojeti;

j je úhel statického tření (» 8°);

e – excentricita;

a - úhel zdvihu klínu;

6 a 7 – excentrické válečky. Používají se jako uzamykací mechanismy pro precizně provedené pohyblivé části zařízení. V těchto případech není nutná výrazná excentricita, a proto lze použít váleček s malým průměrem. přednost by měla být dána dvojitým opěrným válečkům 6, protože jsou tužší a spolehlivější proti ohybu.

Pracovní plocha excentrů může být vyrobena ve formě kruhu a zakřivená - ve formě evolventy a Archimedovy spirály. Jejich rozdíl spočívá v tom, že při vývoji kruhových excentrů se klín ukazuje jako zakřivený s omezujícím úhlem a, proto je nestabilita svorky. Technologie výroby kruhových excentrů je přitom mnohem jednodušší než zakřivených. Samobrzdné vlastnosti excentrů se zvyšují s rostoucím úhlem natočení. Doporučený úhel natočení ae = 30 - 135°

Materiál pro excentry je ocel 20X, nauhličená do hloubky 0,8 - 1,2 mm a kalená na HRC 55...60.

Zařízení používají dva typy excentrických mechanismů:

1. Kruhové excentry.

2. Křivočaré excentry.

Typ excentru je určen tvarem křivky v pracovní oblasti.

Pracovní plocha kruhové excentry– kružnice konstantního průměru s posunutou osou otáčení. Vzdálenost mezi středem kruhu a osou rotace excentru se nazývá excentricita ( E).

Uvažujme schéma kruhového excentru (obr. 5.19). Čára procházející středem kruhu O 1 a střed otáčení O 2 kruhové excentry, rozdělte jej na dvě symetrické části. Každý z nich je klín umístěný na kružnici popsané od středu otáčení excentru. Excentrický úhel zvedání α (úhel mezi upnutým povrchem a normálou k poloměru otáčení) tvoří poloměr excentrické kružnice R a poloměr otáčení r, nakreslené od jejich středů k bodu kontaktu se součástí.

Úhel elevace excentrické pracovní plochy je určen vztahem

Excentricita; - úhel natočení excentru.

Obrázek 5.19 – Návrhové schéma excentru

,

kde je mezera pro volné vložení obrobku pod excentr ( S 1= 0,2...0,4 mm); T – tolerance velikosti obrobku ve směru upnutí; - excentrická výkonová rezerva, chránící ji před průchodem přes úvrať ( = 0,4...0,6 mm); y– deformace v kontaktní zóně;

kde Q je síla v bodě dotyku výstředníku; - tuhost upínacího zařízení,

Mezi nevýhody kruhových excentrů patří změna úhlu elevace α při otáčení excentru (a tedy upínací síly). Obrázek 5.20 ukazuje profil vývoje pracovní plochy excentru při jeho natočení o úhel ρ . V počáteční fázi, kdy ρ = 0° elevační úhel α = 0°. Při dalším otáčení excentru se úhel α se zvyšuje a dosahuje maxima (α Max) při ρ = 90°. Další rotace vede ke zmenšení úhlu α , a na ρ = 180° je elevační úhel opět nulový α =0°

Rýže. 5.20 – Vystružování excentru.

Rovnice sil v kruhovém excentru mohou být zapsány s dostatečnou přesností pro praktické výpočty analogicky s výpočtem sil plochého jednoúkosového klínu s úhlem v bodě dotyku. Potom lze pomocí vzorce určit sílu na délku rukojeti

,

Kde l– vzdálenost od excentrické osy otáčení k bodu působení síly W; r– vzdálenost od osy otáčení k bodu kontaktu ( Q); - úhel tření mezi excentrem a obrobkem; - úhel tření na excentrické ose otáčení.

Samobrzdění kruhového excentru je zajištěno ve vztahu k jeho vnějšímu průměru D k výstřednosti. Tento poměr se nazývá excentrická charakteristika.

Kulaté excentry jsou vyrobeny z oceli 20X, cementovány do hloubky 0,8...1,2 mm a následně kaleny na tvrdost HRC 55...60. Rozměry kulatého excentru musí být použity s ohledem na GOST 9061-68 a GOST 12189-66. Standardní kruhové excentry mají rozměry D = 32-80 mm a e = 1,7 - 3,5 mm. Mezi nevýhody kruhových excentrů patří malý lineární zdvih, nestálost úhlu zdvihu a tím i upínací síly při upevňování obrobků s velkými výkyvy velikosti ve směru upínání.

Obrázek 5.21 ukazuje normalizovanou excentrickou svorku pro upínání dílů. Obrobek 3 je upevněn na pevných podpěrách 2 a je k nim přitlačován tyčí 4. Při upínání obrobku působí síla na excentrickou rukojeť 6 W a otáčí se kolem své osy, spočívá na patě 7. Síla vznikající na excentrické ose R přenášený přes tyč 4 na díl.

Obrázek 5.21 – Normalizovaná excentrická svorka

V závislosti na velikosti lišty ( l 1 A l 2) získáme upínací sílu Q. Tyč 4 je přitlačována k hlavě 5 šroubu 1 pružinou. Excentr 6 s tyčí 4 se po uvolnění dílu přesune doprava.

Zakřivené čelisti, na rozdíl od kruhových excentrů se vyznačují konstantním úhlem zdvihu, který zajišťuje stejné samobrzdné vlastnosti při jakémkoliv úhlu natočení vačky.

Pracovní plocha takových vaček je vyrobena ve formě logaritmické nebo Archimedovy spirály.

S pracovním profilem ve formě logaritmické spirály je vektor poloměru vačky ( R) je určena závislostí

p = Ce a G

Kde S- konstantní; e - základ přirozených logaritmů; A - faktor proporcionality; G- polární úhel.

Pokud je použit profil vytvořený podél Archimedovy spirály, pak

p=aG .

Pokud je první rovnice uvedena v logaritmickém tvaru, bude, stejně jako druhá rovnice, představovat přímku v kartézských souřadnicích. Konstrukce vaček s pracovními plochami ve formě logaritmické nebo Archimedovy spirály může být proto provedena s dostatečnou přesností jednoduše, pokud jsou hodnoty R, převzato z grafu v kartézských souřadnicích, vyčleněných ze středu kruhu v polárních souřadnicích. V tomto případě se průměr kruhu volí v závislosti na požadované hodnotě zdvihu excentru ( h) (obr. 5.22).

Obrázek 5.22 – Profil zakřivené vačky

Tyto excentry jsou vyrobeny z ocelí 35 a 45. Vnější pracovní plochy jsou tepelně zpracovány na tvrdost HRC 55...60. Hlavní rozměry zakřivených excentrů byly normalizovány.