轴向锁紧装置设计报告

12020年4月19日轴向锁紧装置设计报告文档仅供参考，不当之处，请联系改正。22020年4月19日专业班级设计方案报告总4页第页编号：产品名称光轴快速锁紧装置生产纲领件/年团队成员零件名称生产批量件/月1、设计概述轴向锁紧装置在光、电缆生产设备及其它多种行业的生产设备中广泛应用。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：1、螺母锁紧装置：轴端螺纹往往设计得比较长，而螺距又比较小，已造成装拆效率低或造成裸露过长而强度不高的细螺纹的局部损伤。2、紧定螺钉套锁紧装置：为了确保锁紧的可靠性，只有增加螺钉的旋紧力，这样，既增加了拆卸难度，又增加了轴面损伤、螺钉及套螺孔螺纹损坏的可能。3、销套锁紧装置：靠套内弹性定位锁销入轴上锁孔而定位的轴向锁紧装置；特点是可靠性高，但轴向调整连续性差。综上所述，传统的轴向锁紧装置不太适于频繁拆装或轴向调整，且有的锁紧可靠性不高。为此我们要探究制造一种适于频繁拆装或轴向调整，且锁紧可靠性颇高的轴向锁紧装置，更好地服务应用于各行各业中的生产设备。2、设计思路和方案力学中有一类现象称为“自锁现象”，当自锁条件满足时，外力越大，物体保持静止的能力越强．人们利用自锁现象的力学原理开发出了各种各样的机械工具，这些工具广泛应用于工农业生产中；在日常生活中利用这一原理的现象也随处可见。依此现象我们设计了一种光杆轴向快速锁紧装置，它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，图1为内锥形套结构图。当轴向外力作用在该装置外套及内锥形套外端面时，内锥形套经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)淬火钢珠相对轴滑动自锁。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。图二淬火钢珠的临界自锁状态受力图。图中：N——轴对淬火钢珠的法向反作用力；P——外力导致内锥形套经过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；文档仅供参考，不当之处，请联系改正。32020年4月19日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。淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时，必有：0AM''cos1sinRTRPMBA故：0)cos1(sin''RTRPB图1内锥套结构图将PfTB2代入上式，整理得：2'2ftg整理上式，可得滚动自锁角为：2'2arctgf可知，淬火钢珠相对轴滚动自锁条件为：'即22arctgf又有0xFABxTTPF''cossin因此10cossin''ABTTP因为4sincos32''21BBATPNPfTNfT将式(2)、(3)，(4)代人式(1)，整理可得0cossin1'21'21ffff图2淬火钢珠的临界自锁状态受力图则由以上可知，淬火钢珠相对轴滑动自锁条件为：'即2121'1/ffffarctg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：51/,2min21212ffffarctgarctgf材料45钢查得：15.015.021ff，得06.17故15（实际应中，为保证装置反向自锁的可靠性及结构的紧凑性，φ值的选择应比式(5)所求得的值小2～3°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。3、设计结果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（3—4颗)的最小公共内切圆直径D1比锁紧轴直径略小；文档仅供参考，不当之处，请联系改正。42020年4月19日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；4）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。图三光轴快速锁紧装置三维剖分图1-拉帽；2-内套；3-外套；4-内锥形套；5-钢珠；6-弹簧另外，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。两个关键点的简要说明：（1）淬火钢珠的数量随轴向力的增大，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，钢珠取3～4颗即可。至于，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。（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。本设计中弹簧中径为36mm，有效圈数为8圈，长度为26mm，簧丝直径为2mm。。文档仅供参考，不当之处，请联系改正。52020年4月19日4、总结和体会反向自锁式轴向锁紧装置（光轴快速锁紧装置）是适于频繁拆装或轴向调整，且锁紧可靠性颇高的轴向锁紧装置。其与以往传统锁紧装置相比具较大优越性，但在某些方面稍有逊色不足之处，不是十分完美。这需要我们继续深入研究探讨，发散思维，灵活运用科学知识再创新高。专业班级机制本1303班成本分析报告总页第页编号：产品名称光轴快速锁紧装置生产纲领件/年团队成员胡博文、杨超平、李闯、刘卫士、张艳华、零件名称内套生产批量件/月文档仅供参考，不当之处，请联系改正。62020年4月19日1、材料成本分析材料45钢毛坯种类圆钢毛坯外形尺寸140mm45每毛坯可制作件数1每台件数备注查表得45钢的密度为7.853g/cm，市场价为P=4.65元kg/，毛坯体积hr2V=3.141405.222=222.54753cm毛坯质量kg2g174785.75475.222mV则单件材料成本3.9265.4mPF元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1粗车粗车6031外圆311由市场调查得车工工人工资8.5元/小时，铣工工人工资10元/小时，车床机床台时40元/小时。本工序用时5min，由工时计算知：该工序费用为4.04元2精车精车6031外圆211本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元3粗车粗车540凸台外圆20.50.5本工序用时3min，由工时计算知：该工序费用为2.45元4精车精车540凸台外圆211本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元文档仅供参考，不当之处，请联系改正。72020年4月19日5粗车粗车3031外圆311本工序用时5min，由工时计算知：该工序费用为4.04元6精车精车3031外圆211本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元7钻孔钻9520的孔20.50.5本工序用时3min，由工时计算知：该工序费用为2.45元8粗镗粗镗955.25的孔311本工序用时5min，由工时计算知：该工序费用为4.04元9精镗精镗955.25的孔211本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元10孔的定位确定孔的位置011本工序用时2min，由工时计算知：该工序费用为1.62元11钻孔在3031上钻3各尺寸为5.4的通孔，然后用5的钻扩孔，保证6的尺寸211本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元12切断车端面长度为95mm10.50.5本工序用时2min，由工时计算知：该工序费用为1.62元3、总成本工序总成本为4.04+3.5+2.45+3.5+4.04+3.5+2.45+4.04+3.5+1.62+1.62+3.5=37.76元专业班级机制本1303班成本分析报告总页第页编号：产品名称光轴快速锁紧装置生产纲领件/年团队成员胡博文、杨超平、李闯、刘卫士、张艳华、零件名称外套生产批量件/月1、材料成本分析材料45钢毛坯种类圆钢毛坯外形尺寸100mm50每毛坯可制作件数1每台件数备注查表得45钢的密度为7.853g/cm，市场价为P=4.65元kg/，毛坯体积hr2V=3.14100502=1963cm毛坯质量kg6.1g5625.154085.725.196mV则单件材料成本44.76.165.4mPF元文档仅供参考，不当之处，请联系改正。82020年4月19日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1粗车粗车46的外圆211本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元2精车精车46外圆30.50.5本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元3钻孔钻6531的内通孔211本工序用时8min，由工时计算知：该工序费用为7元钻6041内孔2114粗镗粗镗6041外圆211本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元5精镗精镗6141外圆30.50.5本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元6粗镗粗镗6531的孔311本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元7精镗精镗6531的孔211本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元文档仅供参考，不当之处，请联系改正。92020年4月19日8切断车端面长度65mm111本工序用时3min，由工时计算知：该工序费用为2.45元3、总成本工序总成本为3.5+3.5+7+3.5+3.5+3.5+3.5+2.45=30.45元专业班级成本分析报告总页第页编号：产品名称光轴快速锁紧装置生产纲领件/年团队成员、零件名称内锥套生产批量件/月1、材料成本分析材料45钢毛坯种类圆钢毛坯外形尺寸30mm45每毛坯可制作件数1每台件数备注查表得45钢的密度为7.853g/cm，市场价为P=4.65元kg/，毛坯体积hr2V=3.141405.222=222.54753cm毛坯质量kg2g174785.75475.222mV则单件材料成本3.9265.4mPF元文档仅供参考，不当之处，请联系改正。102020年4月19日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1粗车粗车41外圆312本工序用时5min，由工时计算知：该工序费用为4.375元2精车精车41外圆211本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元3钻孔钻30的孔311本工序用时5min，由工时计算知：该工序费用为4.375元4粗镗精车33的孔321本工序用时5min，由工时计算知：该工序费用为4.375元5粗镗粗车33的孔321本工序用时5min，由工时计算知：该工序费用为4.375元6粗镗粗镗15的锥面212本工序用时5min，由工时计算知：该工序费用为4.375元7精镗粗镗15孔，保证小端厚度为1.5mm211本工序用时4min，由工时计算知：该工序费用为3.5元文档仅供参考，不当之处，请联系改正。112020年4月19日8切断车端面长度为30mm111本工序用时3min，由工时计算知：该工序费用为2.45元3、总成本工序总成本为4.375+3.5+4.375+4.375+