Клиновые механизмы

Рис. 2.31. Схема механизма с плоским односкосным клином и силы, действующие на клин

Клин очень широко используют в зажимных механизмах приспособ­лений, этим обеспечивается простота и компактность конструкции, на­дежность в работе. Клин может быть как простым зажимным элемен­том, действующим непосредственно на заготовку, так и входить в со­четание с любым другим простым при создании комбинированных, ме­ханизмов. Применение в зажимном механизме клина обеспечивает:

· увеличение исходной силы привода;

· перемену направления исходной силы;

· самоторможение механизма (способность сохранять силу зажи­ма Q

при прекращении действия силы W, создаваемой приводом).

Если клиновой механизм применяют для перемены направления силы зажима, то угол клина обычно равен 45°, а если для увеличения силы зажима или повышения надежности, то угол клина принимают равным 6—15° (углы самоторможения).

Клин применяют в следующих конструктивных вариантах зажимов:

а) механизмы с плоским односкосым клином (рис. 2.31);

б) многоклиновые (многоплунжерные) механизмы (рис. 2.32);

в) эксцентрики (механизмы с криволинейным клином) (рис. 2.33);

г) торцовые кулачки (механизмы с цилиндрическим клином) (рис. 2.34).

На рис. 2.31 приведена схема комбинированного зажима. Он образо­ван последовательным соединением плоского односкосого клина 1, на который действует через шток 2 привода сила W, и рычажного зажима 3, передающего на заготовку силу зажима Q.

При зажиме заготовки клин под действием силы W движется влево, поворачивая рычаг вокруг оси вращения. При движении клина на его плоскостях возникают нормальные силы Q и N и силы трения F_l и F₂, (рис. 2.31, а), причем

; ,

где и , и - углы и коэффициенты трения на соответствую­щих поверхностях клина.

В конечном положении, когда заготовка зажата, клин находится в равновесии.

Рассмотрим равновесие клина под действием всех приложенных к нему сил. Для этого равнодействующую R₁ сил N и F₁ разложим на силы Q и Р. Так как в зажатом состоянии клин находится в равнове­сии, то вертикальная составляющая по величине равна Q. Горизонталь­ная составляющая Р из силового многоугольника равна

. (2.45)

Сумма проекций всех сил на направление силы W

или ,

откуда

. (2.46)

Если трение существует только на наклонной поверхности клина, т. е. закрепляемая заготовка перемещается вместе с клином в направлении действия силы W, то и

. (2.47)

Существенным недостатком рассмотренного механизма является низкий коэффициент полезного действия (КПД), т. е. большие потери на трение, резко увеличивающиеся с уменьшением угла клина.

Для повышения КПД клинового механизма на поверхностях клина трение скольжения заменяют трением качения, применяя опорные ро­лики (рис. 2.31, б). Схема действующих сил принципиально ничем не от­личается от механизма с плоским односкосым клином без роликов, по­этому для расчета этого механизма вполне можно применить формулу (2.46), заменив углы трения скольжения и на приведенные углы трения качения и :

. (2.48)

Углы и можно определить, рассмотрев в отдельности равно­весие роликов. Рассмотрим равновесие нижнего ролика, приравняв нулю сумму моментов всех сил относительно оси ролика:

,

где - сила трения качения между роликом и клином;

- сила трения скольжения между роликом и осью,

отсюда

или

; .

Соответственно для верхнего ролика . В конструк­циях с роликами потери на трение снижаются, а сила зажима возрас­тает на 30—50% по сравнению с клином без роликов.

Уравнение перемещений рассматриваемых механизмов (рис. 2.31, в)

. (2.49)