А. Расчет винтовых зажимов

Винтовые зажимы являются наиболее простыми универсальными устройствами для станочных приспособлений. Они широко применяются в единичном и серийном типах производства. Недостатками винтовых зажимов являются медленность действия, большие потери на трение и непостоянство зажимной силы.

Крутящий момент, приложенный к гайке или головке винта,

М_кр = Q_рук ∙ L_рук,

где Q_рук – сила, приложенная на конце рукоятки или гаечному ключу, Н,
Q_рук = 140... 200 Н; L_рук – длина рукоятки ключа (L_рук ≈ 14 ∙ D_р, где D_р – номинальный наружный диаметр резьбы), мм.

Номинальные диаметры метрической резьбы выбирают в зависимости от допускаемой силы зажима W_в обрабатываемой заготовки:

При конструировании зажимных элементов приспособления необходимо определять силу зажима обрабатываемой заготовки.

Сила зажима

,

где r_ср – средний радиус резьбы, мм (устанавливается по таблицам);

α_п – угол подъема витка резьбы (у стандартных метрических резьб с крупным шагом
α_п = 2° 30');

φ_т – угол трения в резьбовом соединении (для метрических резьб φ_т = 6° 34');

К_ф – коэффициент, зависящий от формы и размеров поверхности соприкосновения зажимного элемента с зажимной поверхностью (рис. 1); для винта со сферическим опорным торцом (рис. 1,а) Кф = 0, с плоским опорным торцом (рис. 1,б)

К_ф = 0,6 ∙ f_т ∙ r_т,

где f_т – коэффициент трения на торце винта или гайки, f_т = 0,1-0,15; r_т – радиус опорного торца винта, мм (r_т = 0,40 ∙ d_вн резьбы).

Рис. 1. Виды опорных поверхностей зажимных механизмов приспособлений

Коэффициент К_ф для винта со сферическим опорным тор­цом, соприкасающимся с конусным углублением (рис. 1,в)

К_ф = f_т ∙ r_с ∙ ctg (β/2),

где r_с – радиус сферы опорного торца винта, мм; β – угол при вершине конусного углубления (β = 120°).

Коэффициент К_ф для винта с кольцевым опорным торцом или гайкой (рис. 1, г, д)

где D_нар и D_вн – наружный и внутренний диаметры опорного кольцевого торца винта или гайки, мм.

Если принять f_т = 0,15, то для основной метрической резьбы можно с достаточной точностью определить силу зажима

где D_нар.р – наружный диаметр резьбы, мм.

Наружный диаметр винта в зависимости от требуемой силы зажима и допускаемого напряжения винта на растяжение

где [σ]_р – допускаемое напряжение на растяжение винта при переменной нагрузке, Н/м, [σ]_р = 58... 98 Н/м.

Пример. Определить силу зажима W_в, создаваемую винтом М20 со сферическим опорным торцом при действии на плоскость. Сила, прилагаемая к рукоятке ключа, Q_р = 140 Н.

Решение. Определим крутящий момент, приложенный к головке винта

М_кр = Q_рук ∙ L_рук = 140 ∙ 280 = 39200 Н∙мм.

Длину рукоятки ключа определим из отношения L_рук = 14 ∙ D_р.

L_рук = 14 ∙ 20 = 280 мм.

Сила зажима, создаваемая винтом,

Н.

Устанавливаем средний радиус резьбы винта по справочным таблицам на типы резьб, r_ср = 9,19 мм. Угол подъема витка для метрических резьб составляет α_п = 2°30'. Угол трения в резьбовом соединении принимаем φ_т = 6°34'.

Коэффициент, зависящий от формы поверхности соприкосновения зажимного элемента с зажимной поверхностью, принимаем К_ф = 0 (для сферической поверхности). Коэффициент трения на торце винта принимаем f_т = 0,15.