Схемы, предотвращающие проворачивание заготовки.

3 – схема группа схем характерна для схем базирования, с контактом заготовки и базирующих элементов «цилиндр-цилиндр». Исходное уравнение равновесия для расчета силы закрепления W: kМ = Wf_зR_з + (W + P_ос)f_оR_o,

	Схема 9, предотвращающая проворачивание от действия крутящего момента М и осевой силы Р
При достаточной тангенциальной жесткости приспособления
При малой тангенциальной жесткости приспособления
где Pос – осевая сила резания; Rз – расстояние от оси вращения заготовки до точки приложения силы зажима; Ro – расстояние от оси вращения заготовки до центра опоры.
	Схема 10 в которой заготовка центрируется с помощью оправки (с зазором) и удерживается от проворота моментами трения на кольцевой площадке бурта оправки и прижимной шайбы
Расчетная формула такая же, как в схеме 9, при достаточной и мало жесткостях, но отдельно рассчитываются параметры Rз и Ro ; .
	Схема 11, предотвращающая проворачивание от действия крутящего момента М и осевой силы Р Расчетная формула такая же, как в схеме 9, при достаточной и мало жесткостях, но отдельно рассчитываются параметр Ro
	Схема 12, предотвращающая проворачивание от действия крутящего момента М. Схема характерна в случаях кода отсутствует продольная подача инструмента, например, при токарной обработке при проточке или расточке канавки.
	Схема 13, предотвращающая проворачивание и сдвиг от действия крутящего момента М и осевой сила резания Pос. Схема характерна в случаях кода присутствует продольная подача инструмента, например, при токарной обработке при точении или расточке.
где: параметр Ro рассчитывается как в схеме 10
	Схема 14, предотвращающая проворачивание от действия крутящего момента М Схема характерна при финишной обработке отверстий в зубчатых колесах с зажимом по делительному диаметру зубчатого венца, где для расчета силового механизма и привода является не общая сила зажима W, а сила зажима на одном кулачке W¢, т.е. , где п – число кулачков
	Схема 15, предотвращающая проворачивание от действия крутящего момента М при установке заготовок на оправку с креплением в двух конусах, стягиваемых осевой силой W
	Схема 16, предотвращающая проворачивание от действия крутящего момента М при установке заготовки в самоцентрирующих призмах
	Схема 17, предотвращающая проворачивание от действия крутящего момента М при установке заготовки на оправоки с натягом и гидропластовые оправоки

Практическая работа №2. Определение необходимого усилия закрепления

Задача №1

Задача №1 Определить силу зажима заготовки в приспособлении с пневматическим зажимом для чернового (В1) и чистового (В2) растачивания отверстия, ось которого перпендикулярна направлениям сил W, Р_y, и Р_z, с учетом исходных данных, приведенных в таблицах.

а	б	в

Решение. При растачивании отверстия сила резания изменяет свое направление вместе с расточной борштангой со шпинделем. Поэтому для определения силы зажима заготовки нужно найти ее наибольшее значение

Составим расчетные уравнения для определения зажимной силы в соответствии со схемой, представленной на рис. а. Сила Р_z отрывает заготовку от опор. Силы Р_x и Р_y действующие в горизонтальном направлении, дают равнодействующую R, которая стремится сдвинуть заготовку относительно опор и прижимного элемента. Удержать заготовку должны силы трения в местах контакта, возникшие под действием зажимной силы W₁. Исходя из вышеизложенного составляем расчетные уравнения.

Сдвигающая сила

Сила трения между зажимным элементом и верхней плоскостью заготовки

Сила трения между нижними опорными элементами и заготовкой

Расчетное уравнение в общем виде:

В развернутом виде уравнение примет вид:

Откуда сила W:

[1]

Определим W₂ для схемы рис. б. В этом случае сдвигает заготовку та же сила нос другими составляющими

Сила трения между зажимным элементом и верхней плоскостью заготовки

Сила трения между нижними опорными элементами и заготовкой

Расчетное уравнение в общем виде:

В развернутом виде уравнение примет вид:

Откуда сила W:

[2]

Определим W₃ для схемы рис. в. В этом случае сдвигает заготовку та же сила нос другими составляющими

Сила трения между зажимным элементом и верхней плоскостью заготовки

Сила трения между нижними опорными элементами и заготовкой

Расчетное уравнение в общем виде:

В развернутом виде уравнение примет вид:

Откуда сила W₃:

[3]

Подставив исходные данные в формулы 1, 2, 3 получим

W₁ =44332Н; W₂ = 48518Н; W₃ = 46048Н

Задача №2, 3

Задача №2, 3 Определить необходимое усилие зажима при чистовом и черновом фрезеровании плоскости призматической заготовки цилиндрической фрезой на горизонтально фрезерном станке при условиях, приведенных в таблице. Обрабатываемая заготовка установлена в тисках с пневмоприводом. Схема установки изображена на рисунке.

К задаче №2	К задаче №3

Решение. №2 В 0.0. Определим коэффициент запаса. В соответствии с таблицами:
k₀ = 1,5; k₁ = 1,2 – для чернового фрезерования; k₁ = 1,0 – для чистового фрезерования; k₂ = 1,4 – для чернового фрезерования; k₂ = 1,2 – для чистового фрезерования; k₃ = 1,2 – при фрезеровании; k₄ = 1,3 – для ручных зажимов;
k₅ = 1,0 – для маленьких диапазона поворота рукояти тисков; k₆ = 1,5 – при установке заготовки на пластины.

При черновом фрезеровании:

k = 1,5 1,2 1,4 1,2 1,3 1,0 1,5 = 5,8.

При чистовом фрезеровании:

k = 1,5 1,0 1,2 1,2 1,3 1,0 1,5 = 4,2.

Учитывая динамику процесса обработки в котором = 0,5...0,8, при среднем значении n = 2, реальные коэффициенты трения будут равны 0,14

Исходя из условия задачи и схемы обработки, воспользуемся следующей формулой для определения необходимого усилия закрепления заготовки

Подставив значения в соответствии с вариантом получим:

При черновом фрезеровании

= 5306Н

При чистовом фрезеровании

= 3597Н

Решение. №3 В 0.0. Определим коэффициент запаса. В соответствии с таблицами:

k₀ = 1,5; k₁ = 1,2 – для чернового фрезерования; k₁ = 1,0 – для чистового фрезерования; k₂ = 1,4 – для чернового фрезерования; k₂ = 1,2 – для чистового фрезерования; k₃ = 1,2 – при фрезеровании; k₄ = 1,3 – для ручных зажимов;
k₅ = 1,0 – для маленьких диапазона поворота рукояти тисков; k₆ = 1,5 – при установке заготовки на пластины.

При черновом фрезеровании:

k = 1,5 1,2 1,4 1,2 1,3 1,0 1,5 = 5,8.

При чистовом фрезеровании:

k = 1,5 1,0 1,2 1,2 1,3 1,0 1,5 = 4,2.

Учитывая динамику процесса обработки в котором = 0,5...0,8, при среднем значении n = 2, реальные коэффициенты трения будут равны 0,14

Исходя из условия задачи и схемы обработки, воспользуемся следующей формулой для определения необходимого усилия закрепления заготовки

Подставив значения в соответствии с вариантом получим:

При черновом фрезеровании

= 7936Н

При чистовом фрезеровании

= 5746Н

Задача №3, 4, 5

Задача №4, 5, 6, 7, 8. Определить необходимое усилие зажима, реализуемое пневмоцилиндром на вертикально-сверлильном станке, при чистовом и черновом развертывании отверстия, в крышке при следующих исходных данных, которые приведены в таблицах

К задаче №4, 5

К задаче №6	К задаче №7	К задаче №8

Решение. №4 В 0.0. Определим коэффициент запаса. В соответствии с таблицами:

k₀ = 1,5; k₁ = 1,2 – для чернового развертывания; k₁ = 1,0 – для чистового развертывания; k₂ = 1 – для развертывания; k₃ = 1 – при развертывании;
k₄ = 1 – для механических зажимов; k₅ = 1,0 – для маленьких диапазона поворота рукояти тисков; k₆ = 1,5 – при установке заготовки на пластины.

При черновом фрезеровании:

k = 1,5 1,2 1 1 1 1 1,5 = 2,7.

При чистовом фрезеровании:

k = 1,5 1 1 1 1 1 1,5 = 2,25.

Учитывая динамику процесса обработки в котором = 0,5...0,8, при среднем значении n = 2, реальные коэффициенты трения будут равны

0,14

0,15

Исходя из условия задачи и схемы обработки, воспользуемся следующей формулой для определения необходимого усилия закрепления заготовки

Подставив значения в соответствии с вариантом получим:

При черновом фрезеровании

= 7936Н

При чистовом фрезеровании

= 5746Н

Винтовые зажимы

Применяется как самостоятельный механизм для непосредственного закрепления заготовок или в качестве одного из звеньев в более сложных механизмах. Областью их применения являются ручные и механизированные приспособления, работающие в основном в «тяжелых» условиях с длительным машинным временем на обработку, а также приспособления-спутники для гибких автоматизированных производств и автоматических линий. Наиболее широко применяются механизмы с резьбой на винте М8 – М42. В общем случае момент, который необходимо приложить к винту для получения необходимой силы закрепления определяется из соотношения:

, (1)

где: – средний радиус резьбы;

W – сила закрепления;

α – угол подъема витков, для резьбы М8 – М42

;

φ – угол трения, ;

М_тр – момент трения на опорном торце винта или гайки.

Момент трения на опорном конце винта определяется из соотношения

, (2)

где: f – коэффициент трения; D_H – наружный диаметр резьбы; d_B – внутренний диаметр резьбы.

Для определения внутреннего диаметра резьбы из условий прочности винта пользуются соотношением.

(3)

где: С – коэффициент пропорциональности, для метрической резьбы С = 5,6; дюймовой резьбы С = 5,3; упорной резьбы С = 4,9; σ – напряжения растяжения (сжатия).

Тип механизма	Расчетная схема	Расчетные формулы
Винт со сферическим торцом		Q –исходное усилие, в Н; l –плечо, на котором прилагается усилие Q, в мм; W –усилие закрепления, в Н; 2rcp = d – средний диаметр резьбы винтов, в мм α – угол подъема резьбы винта в град (для метрической резьбы с крупным шагом ); φnp –приведенный угол трения в резьбе, в град ( ).
Винт с плоским торцом		DН– наружный диаметр опорного торца винта или гайки, в мм; f – коэффициент трения между опорным торцом и заготовкой.
Винт с кольцевой поверхностью опорного торца		DВ – внутренний диаметр опорного торца винта или гайки, в мм;
Винт с башмаком		R – радиус закругления торца винта,
Винт (шпилька) при использовании гайки и гайки-звездочки

Здесь и в последующих таблицах используются следующие условные обозначения:

Q –усилие закрепления, в Н;

W –исходное усилие, в Н;

l –плечо, на котором прилагается усилие W, в мм;

i –передаточное отношение зажимного механизма;

2r_cp – средний диаметр резьбы винтов, в мм;

α – угол подъема резьбы винта в град (для метрической резьбы с крупным шагом );

φ_np –приведенный угол трения в резьбе, в град ( );

d_в – диаметр резьбы винта, в мм;

f – коэффициент трения между опорным торцом и заготовкой,
f = 0.1…0.15;

D_Н–наружный диаметр опорного торца винта или гайки, в мм;

D_В –внутренний диаметр опорного торца винта или гайки, в мм;

φ – угол трения в месте приложения зажимного усилия, в град; ;

l₁и l₂– плечи рычагов, в мм;

η – КПД, учитывающий потери на трение в опоре (на оси) рычага,
η = 0,85.

Рычажные механизмы

Рычажные механизмы в основном применяют как промежуточные узлы в сложных зажимных системах. С помощью рычагов можно изменить как значение, так и направление действия силы зажима, а также обеспечить равномерное прижатие заготовки в двух и более точках одновременно.

В рычажных механизмах, потери на трение в опорах рычага и в точках его контакта с заготовкой с одной стороны, и, штоком привода с другой стороны, составляют 5…10%. Для учета потерь в формулах могут вводиться коэффициент полезного действия или угол трения .

1. Рассмотрим прихват, изображенный на рис. 1

Рис. 1

Равенство моментов действующих сил на прихват, относительно оси О имеет вид:

[1]

перепишем [1] тогда

[2]

тогда Q՜ можно записать Q՜ = Q +W [3]

с учетом [3] можно записать

преобразуя получим

[4]

решая [4] относительно Q получим

[5]

Рассмотрим прихваты, изображенные на рис. 2 и 3.

Рис. 2

Рис. 3

Особенностью рычагов на рис. 2 и 3 является наличие дополнительных сил трения Qf₁ и Wf в точках,

воспринимающих и передающих усилия, получим

При l₁ ≥ l, W ≥ Q

[6]

Рассмотрим прихваты, изображенные на рис. 4 – 5

Рис. 4	Рис. 5

при l₁ ≥ l

[7]

при l₁ = l

[8]

Рассмотрим прихват, изображенный на рис. 6

Рис. 6	Рис. 7

при l₁ ≥ l

[9]

при l₁ = l

[10]

Для прихвата на рис. 7 при l₁ = l

[11]

Рассмотрим прихват, изображенный на рис. 8

Рис. 8

Особенностью рычага на рис. 8 является наличие коэффициента трения f₁ на сферической головке винта. С учетом этого

[12]

Рассмотрим прихват, изображенный на рис. 8

	[13]
Рис. 9

При практических расчетах исходной величины усилия для рассмотренных конструкций (рис. 1 – 7) может быть применена приближенная и общая для всех случаев формула, в которую введен коэффициент η учитывающий потери от трения на оси и на участке, воспринимающем и передающем усилие:

[13]

Для случаев, показанных на рис. 8 и 9, при заданном коэффициенте η

[14]

Клиновые механизмы

Эксцентриковые механизмы

Комбинированные механизмы