Зажим из дерева своими руками. Эксцентриковые зажимы

Простые в изготовлении, обладающие большим коэффициентом усиления, достаточно компактные эксцентриковые зажимы, являясь разновидностью кулачковых механизмов, обладают еще одним, несомненно, главным своим преимуществом – быстродействием.

Рабочую поверхность кулачка чаще всего выполняют в виде цилиндра с окружностью или спиралью Архимеда в основании. В данной статье речь пойдет о более распространенном и более технологичном в изготовлении круглом эксцентриковом зажиме.

Размеры стандартизованных кулачков эксцентриковых круглых для станочных приспособлений приведены в ГОСТ 9061-68. Эксцентриситет круглых кулачков в этом документе задан равным 1/20 от наружного диаметра для обеспечения условия самоторможения во всем рабочем диапазоне углов поворота при коэффициенте трения 0,1 и более.

На рисунке ниже показана расчетная геометрическая схема механизма зажима. К опорной поверхности прижимается фиксируемая деталь в результате поворота за рукоятку эксцентрика против часовой стрелки вокруг жестко закрепленной относительно опоры оси.

Показанное положение механизма характеризуется максимально возможным углом α , при этом прямая, проходящая через ось вращения и центр окружности эксцентрика перпендикулярна прямой, проведенной через точку контакта детали с кулачком и точку центра наружной окружности.

Если повернуть кулачок на 90° по часовой стрелке относительно изображенного на схеме положения, то между деталью и рабочей поверхностью эксцентрика образуется зазор равный по величине эксцентриситету e . Этот зазор необходим для свободной установки и снятия детали.

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Находим угол трения (°) "деталь - эксцентрик":

φ 1 = arctg (f 1) ,

где,
f 1 - коэффициент трения "деталь - эксцентрик";
0,15 - значение коэффициента трения «деталь - эксцентрик» соответствующее случаю «сталь по стали без смазки».

Находим угол трения (°) "ось - эксцентрик":

φ 2 = arctg (f 2) ,

где,
f 2 - коэффициент трения "ось - эксцентрик";
0,12 - значение коэффициента трения «ось - эксцентрик» соответствующее случаю «сталь по стали со смазкой».

Уменьшение трения в обоих местах повышает силовую эффективность механизма, но уменьшение трения в области контакта детали и кулачка ведет к исчезновению самоторможения.

Находим максимальный угол (°) кругового клина:

α = arctg (2 · e / D) ,

где,
e - эксцентриситет кулачка, мм;
для обеспечения самоторможения на стальных поверхностях желательно выполнять условие: D/e>15.
В ГОСТ 9061-68: D/e=20.
D - диаметр эксцентрика, мм.

Тогда радиус-вектор (мм) точки контакта будет равен:

R = D / (2 · cos (α)) ,

А расстояние от оси эксцентрика до опоры (мм) соответственно будет:

А = s + R · cos(α) ,

где,
s - толщина зажимаемой детали, мм.

Условием самоторможения является выполнение соотношения:

e ≤ R · f 1 + d/2 · f 2 ,

Если условие выполняется – самоторможение обеспечивается.

Усилие зажима (Н) можно найти по формуле:

F = P · L · cos (α) / (R · tg (α + φ 1) + d/2 · tg (φ 2)) ,

где,
P - усилие на рукоятке, Н;
L - длина рукоятки, мм.

Коэффициент передачи силы равен:

k = F / P

Выбранное для расчетов и изображенное на схеме положение эксцентрикового зажима является самым «невыгодным» с точки зрения самоторможения и выигрыша в силе. Но выбор такой не случаен. Если в таком рабочем положении рассчитанные силовые и геометрические параметры удовлетворяют разработчика, то в любых иных положениях эксцентриковый зажим будет обладать еще большим коэффициентом передачи силы и лучшими условиями самоторможения.

Уход при проектировании от рассмотренного положения в сторону уменьшения размера A при сохранении без изменений прочих размеров приведет к уменьшению зазора для установки детали.

Увеличение размера A может создать ситуацию при износе в процессе эксплуатации эксцентрика и значительных колебаниях толщины s , когда зажать деталь окажется просто невозможно.

Материалом для изготовления кулачка ГОСТ 9061-68 рекомендует использовать износостойкую поверхностно-цементированную сталь 20Х с поверхностной твердостью 56...61 HRC на глубине 0,8...1,2 мм. Но на практике эксцентриковый зажим выполняют из самых разнообразных материалов в зависимости от назначения, условий эксплуатации и располагаемых технологических возможностей.

Используя небольшую таблицу в MS Excel , созданную на основе этих формул, можно научиться быстро и просто определять главные параметры зажимов для кулачков из любых материалов, только нужно не забывать изменять в исходных данных значения коэффициентов трения.

В примере, показанном на скриншоте, по заданным размерам эксцентрика и силе, приложенной к рукоятке, определяется монтажный размер от оси вращения кулачка до опорной поверхности с учетом толщины детали, проверяется условие самоторможения, вычисляются усилие зажима и коэффициент передачи силы.

Данный файл с расчетом можно найти на сайте www.al-vo.ru.

Похожие документы:

ГОСТ 12189-66 - Приспособления станочные. Кулачки эксцентриковые. Конструкция;
ГОСТ 12190-66 - Приспособления станочные. Кулачки эксцентриковые сдвоенные. Конструкция;
ГОСТ 12191-66 - Приспособления станочные. Колодки эксцентриковые вильчатые. Конструкция;
ГОСТ 12468-67 - Эксцентрики двухопорные. Конструкция.

Они являются самыми быстродействующими из всех ручных зажимных механизмов. По быстродействию они сравнимы с пневмозажимами. Эксцентрики работают по принципу клина.

Применяются две конструктивных разновидности эксцентриков – круговые и криволинейные. Круговые эксцентрики представляют собой диск или валик со смещённой осью вращения. Они получили наибольшее распространение, так как просты в изготовлении. У криволинейных эксцентриков профиль очерчен по архимедовой или логарифмической спирали.

Недостатки эксцентриковых зажимов:

Малая величина рабочего хода, ограниченная величиной эксцентриситета.

Непостоянство силы зажима в партии заготовок при закреплении круговым эксцентриком.

Повышенная утомляемость рабочего, обусловленная свойством.

Неприменимость при наличии ударной работы или работе с вибрациями из-за опасности самооткрепления.

Несмотря на эти недостатки, эксцентриковые зажимы широко применяются в приспособлениях, особенно для мелкосерийного и серийного производства. Это объясняется простотой конструкции, невысокой стоимостью изготовления и высокой их производительностью.

Непостоянство силы зажима кругового эксцентрика связано с неравномерностью угла подъёма криволинейного клина. Круговой эксцентрик удовлетворительно зажимает заготовку при рабочих углах поворота β=30…130 . Даже при таких углах поворота сила зажима колеблется по величине на 20…25%.

Практикой установлено, что хорошо работают эксцентрики, у которых R/е 7. Они обеспечивают достаточный ход при угле поворота β в пределах 135 и обеспечивают самоторможение эксцентрика.

Криволинейные эксцентрики обеспечивают постоянство силы зажима, так как угол подъёма у них постоянный. Но эти эксцентрики сложны в изготовлении и поэтому применение их ограничено.

Расчёт силы зажима

Силу зажима круговым эксцентриком с достаточной для практических расчётов точностью можно определить, заменив действие эксцентрика действием плоского односкосого клина с углом α в зазоре между цапфой и поверхностью заготовки. Схема такой замены и сил, действующих на эксцентрик и фиктивный клин, приведены на рис 4.79.

Рис. 4.79. Схема сил, действующих на эксцентрик и фиктивный клин

На схеме сила W 1 - сила, действующая на плоскость зажима РР под углом α. Вдоль плоскости зажима действует сила Т=W 1 α. Эту силу можно рассматривать как внешнюю, действующую на клин КСР с углом α. Используя формулу для расчёта плоского односкосого клина, можно записать:

Силу W 1 можно определить, рассмотрев равновесие эксцентрика:

Так как , то .

Подставим значение W 1 в формулу (1) и опустим α как величину близкую к единице при малых углах α:

где R 1 и α – переменные величины.

Доброго времени суток любителям самодельных приспособлений. Когда под рукой нет тисков или же их просто нет в наличии, то самым простым решением будет собрать что-то похожее самому, так как особых навыков и труднодоступных материалов для сборки зажима не требуется. В этой статье я расскажу, как сделать деревянный зажим.

Для того, чтобы собрать свой зажим необходимо найти крепкую породу дерева, чтобы оно выдерживало большие нагрузки. В данном случае хорошо подойдет дубовая дощечка.

Для того, чтобы приступить к этапу изготовления необходимо:
*Болт, размер которого лучше взять в районе 12-14мм.
*Гайку под болт.
*Бруски из дерева дуба.
*Часть профиля из дерева сечением 15мм.
*Столярный клей или паркетный.
*Эпоксидка.
*Лак, можно заменить на морилку.
*Металлический стержень 3 мм.
*Сверло мелкого диаметра.
*Стамеска или зубило.
*Ножовка по-дереву.
*Молоток.
*Электродрель.
*Наждачка средней зернистости.
*Тиски и струбцина.

Первый шаг. В зависимости от ваших запросов размер зажима можно сделать разный, в данном случае автор выпиливает брусочки размером 3,5 х 3 х 3,5 см - одну штуку и 1,8 х 3 х 7,5 см - две штуки.

1 – цилиндрический эксцентрик имеет широкое применение, т.к. прост в изготовлении. Недостатком такой конструкции является малый ход и непостоянство тормозящих свойств.

2 – отличается наличием среза для увеличения хода при установке и снятии обрабатываемой детали.

3 – имеет наибольшее применение на практике. Рабочая поверхность эксцентрика ограничивается сектором 60 - 90°, остальное срезается. Такой кулачок целесообразно применять для отвода зажимного механизма при установке и снятии детали на значительные расстояния (до 45 мм).

4 – зажим представляет собой сдвоенный кулачок 3 и применяется в центрирующих механизмах и плавающих тисках.

Все эти кулачки закрепляются на валу и при помощи рукоятки, прикрепленной к валу, вращаются вместе с ним.

5 – эксцентриковый рычаг, т.к. эксцентриковый кулачок в нем соединен с рукояткой. Диапазон их действия меньше, чем кулачков.

Сила зажима заготовки:

где Q – сила на рукоятке;

L – длина рукоятки;

j - угол трения покоя (» 8°);

е – эксцентриситет;

a - угол подъема клина;

6 и 7 – эксцентриковые валики. Применяются в качестве запирающих механизмов для точно исполненных подвижных частей приспособлений. В этих случаях не требуется значительный эксцентриситет, а следовательно, можно применить валик малого диаметра. предпочтение следует отдавать двухопорным валикам 6, как более жестким и надежным против изгиба.

Рабочая поверхность эксцентриков может выполняться в виде окружности и криволинейной – в виде эвольвенты и спирали Архимеда. Различие их в том, что в развертке круговых эксцентриков клин получается криволинейным с предельным углом a, отсюда нестабильность зажима. В то же время технология изготовления круговых эксцентриков значительно проще, чем криволинейных. Самотормозящие свойства эксцентриков увеличиваются с увеличением угла поворота. Рекомендуемый угол поворота a э = 30 - 135°

Материал для эксцентриков – сталь 20Х с цементацией на глубину 0,8 – 1,2 мм и закалкой до HRC 55…60.

В приспособлениях применяются два типа эксцентриковых механизмов:

1. Круговые эксцентрики.

2. Криволинейные эксцентрики.

Тип эксцентрика определяется формой кривой на рабочем участке.

Рабочая поверхность круговых эксцентриков – окружность постоянного диаметра со смещенной осью вращения. Расстояние между центром окружности и осью вращения эксцентрика называется эксцентриситетом (е ).

Рассмотрим схему кругового эксцентрика (Рис.5.19). Линия, проходящая через центр окружности О 1 и центр вращения О 2 кругового эксцентрика, делит его на два симметричных участка. Каждый из них это клин, расположенный на окружности, описанной из центра вращения эксцентрика. Угол подъема эксцентрика α (угол между зажимаемой поверхностью и нормалью к радиусу вращения) образуют радиус окружности эксцентрика R и радиус вращения r , проведенные из своих центров в точку касания с деталью.

Угол подъема рабочей поверхности эксцентрика определяется зависимостью

Эксцентриситет; - угол поворота эксцентрика.

Рисунок 5.19 – Расчетная схема эксцентрика

,

где - зазор для свободного ввода заготовки под эксцентрик (S 1 = 0,2 …0,4 мм); T – допуск на размер заготовки в направлении зажима; - запас хода эксцентрика, предохраняющий его от перехода через мертвую точку ( = 0,4…0, 6 мм); y – деформация в зоне контакта;

где Q –усилие в месте контакта эксцентрика; - жесткость зажимного устройства,

К недостаткам круговых эксцентриков относится изменение угла подъема α при повороте эксцентрика (следовательно, и усилия зажима). На рисунке 5.20 приведен профиль развертки рабочей поверхности эксцентрика при его повороте на угол ρ . В начальной стадии при ρ = 0° угол подъема α = 0°. При дальнейшем повороте эксцентрика угол α увеличивается, достигая максимума (α Мах) при ρ = 90°. Дальнейший поворот приводит к уменьшению угла α , и при ρ = 180° угол подъема снова равен нулю α =0°

Рис. 5.20 – Развертка эксцентрика.

Уравнения сил в круговом эксцентрике с достаточной для практических расчетов точностью можно записать, по аналогии с расчетом усилий плоского односкосого клина с углом в точке контакта. Тогда усилие на рукоятке длиной можно определить по формуле

,

где l – расстояние от оси вращения эксцентрика до точки приложения усилия W ; r – расстояние от оси вращения до точки контакта (Q ); - угол трения между эксцентриком и заготовкой; - угол трения на оси вращения эксцентрика.

Самоторможение круговых эксцентриков обеспечивается отношении его наружного диаметра D к эксцентриситету . Это отношение называют характеристикой эксцентрика.

Круглые эксцентрики изготавливают из стали 20Х, цементируют на глубину 0,8…1,2 мм и затем закаливают до твердости HRC 55…60. Размеры круглого эксцентрика необходимо применять с учетом ГОСТ 9061-68 и ГОСТ 12189-66. Стандартные круговые эксцентрики имеют размеры D= 32-80 мм и е = 1,7 – 3,5 мм . К недостаткам круговых эксцентриков следует отнести небольшой линейный ход, непостоянство угла подъема, а, следовательно, и зажимного усилия при закреплении заготовок с большими колебаниями размеров в направлении зажима.

На рисунке 5.21 показан нормализованный эксцентриковый прихват для зажима деталей . Обрабатываемая деталь 3 установлена на неподвижных опорах 2 и прижимается к ним планкой 4. При зажиме детали к рукоятке эксцентрика 6 прикладывается усилие W ,и он проворачивается относительно своей оси, опираясь на пяту 7. Возникающая при этом на оси эксцентрика сила Р передается через планку 4 к детали.

Рисунок 5.21 – Нормализованный эксцентриковый прихват

В зависимости от размеров планки (l 1 и l 2 ) получим зажимное усилие Q . Планка 4 прижимается к головке 5 винта 1 пружиной. Эксцентрик 6 с планкой 4 после разжима детали перемещается вправо.

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

Рабочая поверхность таких кулачков выполняется в виде ло­гарифмической или архимедовой спирали.

При рабочем профиле в виде логарифмической спирали радиус-вектор кулачка ( р ) определяется зависимостью

р = Се а G

где С- постоянная величина; е - основание натуральных логарифмов; а - коэффициент пропорциональности; G - полярный угол.

Если используется профиль, выполненный по архимедовой спирали, то

р=аG .

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 р, взятые по графику в де­картовых координатах, отложить от центра окружности в полярных коор­динатах. При этом диаметр окружности подбирают в зависимости от тре­бующейся величины хода эксцентрика (h ) (Рис. 5.22).

Рисунок 5.22 – Профиль криволинейного кулачка

Эти эксцентрики изготавливают из сталей 35 и 45. Наружные рабочие поверхности подвергают термообработке до твердости HRC 55…60. Основные размеры криволинейных эксцентриков нормализованы.