2.7. Методика выполнения силового расчета зажимного механизма

Последовательность расчета комбинированного зажимного механизма.

Силовой расчет выполняют на основе анализа исходных данных для определения сил, с которыми взаимодействуют звенья зажимного механизма. В этой задаче его цель - определение минимально необходимого усилия Q на рукоятке приспособления.

Выполните силовой расчет комбинированного зажима как последовательный силовой расчет каждого из элементарных механизмов, входящих в состав комбинированного.

Начните расчет с того механизма, для которого известно действующее на него усилие. В данной задаче это тот элементарный механизм, который контактирует с заготовкой, так как на него действует реакция (противодействие) заготовки, равная и противоположная известной силе зажима W.

Из этого расчета найдите силу взаимодействия данного механизма со следующим зажимом, т.е. силу R, что позволит перейти к расчету второго зажима.

Приложите найденную силу ко второму зажиму в виде реакции со cстороны первого механизма и определите усилие на рукоятке Q.

Силовой расчет элементарного механизма

Для определения неизвестных сил, действующих на элементарный зажим, записывают и решают уравнение статики. В конце зажима каждый элемент механизма неподвижен под действием всех приложенных к нему сил и их моментов. Равновесие неподвижного элемента можно записать в виде уравнений статики: сумма проекций всех сил на оси X и У и сумма моментов этих сил относительно любой точки равна нулю:

F_iz = 0

F_iу = 0

M_о(F_i) = 0

Реально в данной задаче этим приемом вы воспользуетесь только при расчете рычажного механизма, так как для клиновых, винтовых, эксцентриковых удобнее использовать эту зависимость между силами в виде готовой расчетной формулы. Формулы имеются в учебной и справочной литературе для всех зажимных механизмов и приведены в следующем разделе этой главы.

Рассмотрим, как решается система уравнений для рычажного механизма.

Силовой расчет рычажного механизма

Рассмотрим условие равновесия рычага на примере изображенного на рисунке 2.2, чтобы найти неизвестные силы. Рычаг необходимо изолировать от других элементов системы и приложить к нему все действующие силы.

Рисунок 2.3 – Расчетная схема рычага

В конце зажима рычаг неподвижен под действием моментов от силы реакции заготовки W и усилия со стороны гайки R. (см. рис.2.3).

Чтобы найти неизвестную силу R давления гайки на рычаг, равновесие неподвижного рычага можно записать в виде уравнения статики.

Например, отсутствие поворота рычага относительно точки О опоры должно быть записано следующим образом:

M_о(F_i) = 0

W (L₁+L₂) - RL₁ = 0

R = W(L₁+L₂)/ L₁

Чтобы составлять для рычага уравнения в проекциях или рассматривать сумму моментов всех сил относительно любой другой точки кроме шарнирной опоры, необходимо освободить рычаг и от опоры, заменив ее действие реакциями связи.

2.8. Формулы для силового расчета элементарных зажимных механизмов

Наиболее часто в приспособлениях используют клиновой (а), винтовой (б), эксцентриковый (в), рычажный (г) элементарные зажимы (см. рис.2.4).

Рисунок 2.4 - Элементарные зажимные механизмы

Каждый из этих механизмов обеспечивает зажим заготовки с силой W которая зависит от усилия привода (источника энергии) Q и конструктивных параметров зажима (например, от угла клина, размеров плеч рычага).

Когда к зажимному механизму прикладывают внешнюю силу Q, она трансформируется в силу зажима заготовки W, которая обычно больше Q в несколько раз (в «i» раз). W = iQ, или Q = iW. Коэффициент i называют коэффициентом усиления зажима, его варьируют, меняя конструктивные параметры механизма.

Расчетные формулы для винтовых зажимных механизмов

Рис.2.5. Винтовые зажимы

Винтовой зажим с неподвижной гайкой и сферическим торцем (рис.2.5,а)

2.Винтовой зажим с подвижной гайкой (рис.2.5,б)

Принятые условные обозначения в формулах для винтовых зажимов:

- W - сила зажима заготовки винтом или гайкой, Н;

- Q - усилие, приложенное к рукоятке, Н;

- L = (12.. .15)d - длина рукоятки зажима или гаечного ключа, мм;

- d, мм - диаметр резьбы винтового зажима;

- r_ср - средний радиус резьбы винта, мм; r_ср = d_ср/2 , где (d_ср - средний диаметр резьбы (см. Приложение 1);

- угол подъема резьбы, град; tg  = Р /  d_ср,

где Р - шаг резьбы, мм (см. Приложение 1);

_пр - приведенный угол трения в резьбе, град; tg _пр = , / cos₁ = 1,15

где ₁- половина угла при вершине профиля метрической резьбы, ₁=30°;

 - коэффициент трения в резьбе (см. Приложение 2).

При =0,1, tg _пр = 0,115, _пр = 640';

₁- коэффициент трения между торцем гайки и контактирующей с ней поверхностью, ₁ = 0,1...0,15;

D_н, D_в - наружный и внутренний диаметры шайбы или опорного торца гайки, мм (см. Приложение 2, и рис. 2.5, б).

Расчетные формулы для эксцентрикового зажима

Рисунок 2.6 - Эксцентриковый зажим

Формула для расчета усилия на рукоятке Q, Н

Принятые условные обозначения:

- W - сила зажима заготовки винтом или гайкой, Н;

- Q - усилие, приложенное к рукоятке, Н;

- L - длина рукоятки, мм;

-  и ₁ - углы трения соответственно на площадке контакта заготовки и эксцентрика и в цапфе эксцентрика.

-  и ₁ - коэффициент трения между заготовкой и эксцентриком и в цапфе эксцентрика (см. Приложение 2);

- R_ср – радиус эксцентрика, мм; R_ср = D/2,

Где D-диаметр эксцентрика, мм;

- _ср - средний угол клина эксцентрика, град; _ср ~ 4°.