Эксцентриковые зажимные устройства

Эксцентриковые зажимные устройства, основными элементами которых являются цилиндрические или криволинейные кулачки и кулачковые валики, распространены также достаточно широко. Зажим с помощью этих устройств осуществляется, значительно быстрее, чем с помощью винтовых, но возможность их применения более ограничена по сравнению с винтовыми. Объясняется это тем, что эксцентриковые зажимы хорошо работают только при незначительных отклонениях размеров поверхностей, по которым обрабатываемые детали укрепляются, и при отсутствии вибраций деталей в процессе обработки.

В приспособлениях обычно применяют эксцентрики в виде кулачков и валиков (рис. 7.4). Цилиндрический эксцентриковый зажим 1 имеет широкое применение, так как он прост в изготовлении. Недостатками такой конструкции являются малый ход и непостоянство тормозящих свойств.

Рис. 7.4. Эксцентриковые зажимы

Зажим 2 отличается от зажима 1 наличием среза для увеличения хода при установке и снятии обрабатываемой детали. Расположение среза относительно эксцентриситета выбирается по конструктивным соображениям. Так как при использовании эксцентриков обычно ограничиваются поворотом рукоятки на 100—120°, отпадает необходимость в выполнении кулачка по замкнутой окружности. Чаще всего рабочая поверхность эксцентрика ограничивается сектором 60—90°, остальная же поверхность срезается по форме кулачка 3. Поэтому конструкция кулачка 3 с тормозящим ходом на дуге 90° имеет в практике наибольшее распространение. Такой кулачок особенно целесообразно применять в тех случаях, когда для удобства снятия и установки обрабатываемой детали зажимной механизм надо отводить на значительное расстояние. При повороте кулачка на 120—180° механизм может отодвигаться на 14—45 мм. Отодвигание механизма обычно производится автоматически под действием пружины.

Зажим 4 представляет собой сдвоенный кулачок 3 и применяется в центрирующих механизмах и в плавающих тисках. Все рассмотренные конструкции кулачков закрепляются на валу и при помощи рукоятки, прикрепленной к валу, вращаются вместе с ним.

Зажимы 7 и 8 представляют собой эксцентриковые рычаги, так как в них эксцентриковые кулачки соединены с рукоятками. В отличие от предыдущих они устанавливаются на неподвижном валу свободно. Диапазон их действия меньше, чем кулачков.

Эксцентриковые валики 5 и 6применяют главным образом в качестве запирающих механизмов для точно исполненных подвижных частей приспособлений. Объясняется это тем, что в таких случаях не требуется значительный эксцентриситет, а, следовательно, можно применить валик сравнительно малого диаметра. Предпочтение следует отдавать двухопорным валикам 5, как более жестким и надежным против изгиба.

Половину цилиндрического кулачка или валика, поворачиваемого силой Р относительно оси О, удаленной от геометрической оси О ' на величину е, можно считать односкосным клином. Этот клин под действием момента М = Рl продвигается между неподвижной осью II эксцентрика и перемещающейся или упруго деформирующейся под действием этого клина обрабатываемой деталью I. Так как после создания необходимой силы W зажима сила Р срукоятки кулачка снимается, то надежная работа зажима будет обеспечена только при условии, если момент сил трения, действующих на поверхностях контакта кулачка (клина) с обрабатываемой деталью и с осью, будет несколько превышать момент сил упругости обрабатываемой детали и оси кулачка, стремящихся возвратить кулачок в исходное положение, т. е. при условии, если кулачок будет самотормозящимся.

Если принять коэффициент трения f = tgρ = 0,1 (для стали по стали при хорошо обработанных поверхностях соприкосновения), то получаем ρ = 5°43'. Следовательно, по формуле (7.1) находим α < 2ρ = 11°26'. При конструировании круговых эксцентриков обычно принимают α = 8°32'. При этом tg α = 0,15. Необходимый угол поворота φ кулачка для обеспечения самоторможения зависит от отношения величины эксцентриситета e к радиусу кулачка R.

Расчёты показывают, что при и угле α < 2ρ, эксцентрик будет самотормозящимся при любом угле φ.

При отношении самоторможение наступит при угле φ = 90° + β, где β = 90° - (α + β).

Величину эксцентриситета практически принимают не более полуторакратной величины допуска размера Н (рис. 7.4) обрабатываемой детали в месте зажима. Приблизительно величину е можно подсчитать по формуле

, (7.2)

где s₁ — необходимый зазор для свободной установки закрепляемой детали под эксцентрик (s₁ = 0,2÷0,4); s₂ — запас хода (s₂ = 0,3÷0,5) для предотвращения перехода эксцентрика через мертвую точку; δ — допуск на размер Н детали; Δ — дополнительная величина хода для компенсации податливости системы «зажим — обрабатываемая деталь».

Основным недостатком кругового эксцентрика является непостоянство угла подъема. К недостаткам следует также отнести малый ход эксцентрика (не более 2 е). В результате изменения угла α эксцентрика при положении линии эксцентриситета, близком к горизонтальному, зажим может ослабиться, а при положении, близком к вертикальному,— заклиниться. В том и в другом случае приходится ударять по рукоятке эксцентрика для того, чтобы надежно закрепить деталь или легче освободить ее.

При соблюдении соотношения и при стремлении увеличить ход требуется увеличивать е, а это приводит к значительному увеличению R. Например, при е = 4,5 мм R =4.5/ 0.15 = 30 мм, а если е = 10 мм, то R = 10/ 0.15 = 66,7 мм, что может не соответствовать общим габаритным размерам приспособления. Однако круговые эксцентрики имеют несложную конструкцию.

Криволинейные кулачки в отличие от круговых эксцентриков характеризуются постоянством угла подъема, что обеспечивает самотормозящие свойства при любом угле поворота кулачка.

Рабочая поверхность таких кулачков чаще всего выполняется в виде логарифмической спирали или по архимедовой спирали ρ = aθ,

где ρ — радиус-вектор кулачка; С — постоянная величина; е — основание натуральных логарифмов; a — коэффициент пропорциональности; θ — полярный угол.

Если первое уравнение представить в логарифмическом виде, то оно, как и второе уравнение, в декартовых координатах будет представлять прямую линию. Поэтому построение кулачков с рабочими поверхностями в виде логарифмической или Архимедовой спирали можно выполнить с достаточной точностью просто, если значения ρ, взятые по графику в декартовых координатах, отложить от центра окружности в полярных координатах. Диаметр окружности при этом подобрать в зависимости от требующейся величины хода эксцентрика.

Кулачёк с логарифмическим профилем в зависимости от способа построения показан на рис. 7.5.

Рис. 7.5 Построение логарифмических профилей эксцентриков