БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ЗАЖИМ Российский патент 1994 года по МПК B25B1/10 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для закрепления деталей при обработке.

Известны зажимы для быстрого закрепления деталей при обработке [1,2,3], содержащее С-образный корпус с неподвижным упором с одной стороны и резьбовым отверстием с другой стороны, в отверстии находится резьбовая втулка с ручкой, сквозь втулку проходит стержень с подвижным упором и ручкой. Втулку (стержень) быстро перемещают за ручку до соприкосновение подвижного упора с закрепляемой деталью и фиксируют в корпусе (во втулке), после чего деталь зажимают стержнем (втулкой), перемещая их за ручку.

Недостатком известных устройств является то, что для закрепления детали в зажиме необходимо произвести две операции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа быстродействующий зажим [4], содержащий корпус, установленные на нем неподвижную и подвижную губки, винт, один конец которого имеет резьбу с мелким шагом и соединен с подвижной губкой, а другой соединен с корпусом и выполнен в виде хвостовика и соединенной с ним посредством предохранительной муфты и упорного подшипника втулки, имеющей на наружной поверхности резьбу большего шага и разнонаправленную с резьбой винта.

Недостатки известного устройства: наличие движущейся по пазам корпуса подвижной губки приводит к усложнению конструкции зажима, а также к необходимости точной обработки направляющих корпуса и подвижной губки; наличие зажима разнонаправленных резьб провидит к технологическим трудностям при изготовлении зажима; наличие опорного подшипника приводит к усложнению конструкции зажима, а также к необходимости его регулярного технического обслуживания; исполнение предохранительной муфты со стержнем, неподвижным в осевом направлении относительно фиксирующих элементов муфты, приводит к снижению долговечности зажима за счет износа предохранительной муфты, а также к снижению эффективности работы зажима за счет возникновения дополнительного момента трения в муфте при закреплении детали; исполнение зажима с одной втулкой приводит к снижению эксплуатационных возможностей зажима за счет низкой скорости закрепления упругих деталей.

Цель изобретения - повышение надежности работы быстродействующего зажима, облегчение его технического обслуживания и технологичности изготовления путем упрощения конструкции зажима, увеличение срока службы зажима, увеличение эффективности работы зажима путем уменьшения необходимого усилия на ручке при закреплении детали, расширение эксплуатационных возможностей путем увеличения скорости закрепления упругих деталей.

Указанная цель достигается тем, что у быстродействующего зажима, состоящего из корпуса с неподвижным упором с одной стороны и резьбовым отверстием с другой, зажимного винта с опорной пяткой с одной стороны и выполненного в виде хвостовика с ручкой с другой стороны, соединенного с корпусом через резьбовые втулки посредством предохранительных муфт, втулок с предохранительными муфтами выполнено несколько. Втулки вложены друг в друга и имеют внешнюю с крупным шагом и внутреннюю мелкошаговую однонаправленные резьбы. Стержни предохранительных муфт выполнены подвижными в осевом направлении относительно фиксирующих элементов муфт.

На фиг. 1 представлен быстродействующий зажим с одной втулкой и предохранительной муфтой; на фиг. 2 - кинематическая схема построения быстродействующего зажима с двумя и более втулками и предохранительными муфтами; на фиг. 3 - график, поясняющий преимущество зажимов с несколькими втулками.

Устройство и принцип работы быстродействующего зажима рассмотрены на варианте выполнения зажима с одной втулкой и муфтой.

Быстродействующий зажим состоит из С-образного корпуса 1 с неподвижным упором, служащего силовой рамой зажима, втулки 2 с внешней и внутренней однонаправленными резьбами, ввинченной в резьбовое отверстие корпуса зажима и служащей корпусом предохранительной муфты. Муфта состоит из фиксирующих элементов (шариков) 3, пружин 4 и регулировочных винтов 5 и соединяет втулку с зажимным винтом 6, который содержит упорную пятку 7 и ручку 8. Хвостовик винта является стержнем предохранительной муфты. Винт помещен во внутреннее резьбовое отверстие втулки 2 и служит для прижима деталей к неподвижному упору корпуса 1.

Устройство работает следующим образом. Закрепляемая деталь помещается между неподвижным упором корпуса 1 и пяткой 7 зажимного винта 6. Вращением ручки винта 8 через муфту перемещаем втулку 2 по резьбе корпуса с крупным шагом в направлении зажимаемой детали. При этом фиксирующие шарики 3 муфты находятся в зацеплении с углублениями срежня предохранительной муфты. При касании пятки 7 закрепляемой детали момент на ручке винта возрастает, срабатывает предохранительную муфту и дальнейшее зажатие детали происходит при перемещении винта 6 по внутренней резьбе с мелким шагом втулки 2. Втулка 2 стопорится при этом в резьбовом отверстии корпуса 1 за счет самотормозящих свойств резьбы. Фиксирующие шарики 3 муфты, выйдя из зацепления с углублениями стержня муфты, обкатывают гладкую поверхность стержня, не попадая в углубления вследствие смещения стержня муфты в осевом направлении относительно фиксирующих элементов, не создавая дополнительного момента сопротивления при закреплении детали и не изнашивая углубления стержня муфты. При высвобождении детали, вращением винта 6 по внутренней резьбе с мелким шагом втулки 2 отжимают упорную пятку 7 от закрепляемой детали. При дальнейшем вращении винта 6 он продолжает перемещаться по резьбе втулки 2 (поскольку момент трения в наружной резьбе втулки больше, чем момент трения в ее внутреней резьбе) до тех пор, пока плоскость углублений стержня муфты не совместится с плоскостью фиксирующих шариков 3 и шарики не войдут в зацепление с углублениями. Потом втулка с винтом быстро отводятся от высовобождаемой из зажима детали по внешней крупношаговой резьбе втулки.

Принцип построения быстродействующего зажима с двумя и более втулками состоит в том, что во втулку, соединенную с корпусом, помещается аналогичная втулка меньшего диаметра и соединяется с внешней втулкой предохранительной муфтой по аналогии с соединением втулки и винта в вышеописанном устройстве. Во внутреннюю втулку таким же образом помещается втулка еще меньшего диаметра и т.д. В последнюю вложенную втулку помещается зажимной винт.

Преимущество зажима, содержащего несколько втулок по сравнению с зажимом с одной втулкой при закреплении упругих деталей покажем, сравнивая зажимы с одной и двумя втулками. Предположим, что необходимо закрепить в зажиме упругую деталь с усилием прижима F_пр, крутящий момент на ручке зажима не должен превышать при этом значения М_пр. Поскольку шаг резьбы внешней поверхности наружной втулки для наиболее быстрого перемещения прижимной пятки необходимо брать максимальным, но с условием непревышения углом поднятия резьбы угла трения β < ρ^I (1), где β - угол принятия резьбы, ρ^I - угол трения, для обеспечения самоторможения винтовой пары, и при этом значение внешнего диаметра наружной втулки ограничивается геометрией корпуса зажима, то при условии равенства габаритов обоих зажимов параметры резьбы наружных поверхностей внешних втулок обоих зажимов будут одинаковы: β = (2), где t - шаг резьбы, d - наружный диаметр резьбы.

Поскольку соотношение диаметра и шага зажимного винта выбирается из условия обеспечения при крутящем моменте на ручке М_пр зажимного усилия F_пр, что отражено в формуле F_пр= (3), то после подстановки (2) и преобразования получим:
t = - dΠρ′. (4)
Из соотношения видно, что больший шаг винта, а следовательно, и большая скорость зажима детали при соблюдении вышеприведенных требований получится при меньшем диаметре винта, а поскольку он ограничивается снизу условиями прочности, параметры резьбы зажимных винтов обоих зажимов будут также одинаковы. Предохранительные муфты зажимов положим отрегулированными на величину 0,5 Мпр. Изобразим диаграмму зажатия упругой детали в зажимах в виде зависимости силы прижима детали от количества оборотов ручки прижимного винта (фиг. 3).Диаграмма 1-2-3 отражает процесс закрепления детали в зажиме с одной втулкой, а диаграмма 1-2-4-5 -4 в зажиме с двумя втулками. Точка 1 на диаграмме соответствует касанию упорной пятки зажимного винта зажимаемой детали. Точки 2 и 4 соответствуют моменту срабатывания предохранительных муфт, причем как совпадение моментов срабатывания муфт обоих зажимов в точке 2, так и более позднее срабатывание точки 4 внутренней муфты в зажиме с двумя муфтами объясняется формулой (3). Из диаграммы видно, что необходимого усилия зажима детали зажим с двумя втулками достигает за меньшее количество оборотов ручки прижимного винта. Разница тем больше, чем моложе диаграммы 1-2-3 и 1-2-4-5, что соответствует закреплению в зажимах детали с более упругими свойствами.

Использование: для закрепления детали при ее механической обработке, склейке и т.п. Сущность: C - образный корпус имеет неподвижный упор на одной полке и резьбовое отверстие на другой. В резьбовое отверстие вставлена втулка с однонаправленными резьбами на внешней и внутренней поверхностях, с крупным и мелким шагом соответственно. Резьба на внутренней поверхности втулки взаимодействует с резьбой зажимного винта, выполненного в виде хвостовика с ручкой. Винт соединяется с втулкой через предохранительную муфту. Предусмотрена установка дополнительных втулок с однонаправленными резьбами на внешней и внутренней поверхностях, вложенных одна в другую. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ЗАЖИМ, содержащий скобообразный корпус с неподвижным упором на одной полке и отверстием с первой резьбой с крупным шагом на другой полке, размещенную в отверстии корпуса основную втулку с ответной резьбой на ее внешней поверхности, предохранительную муфту и зажимной резьбовой винт с опорной пяткой, выполненный в виде хвостовика с ручкой, установленной с возможностью соединения с втулкой через предохранительную муфту, отличающийся тем, что втулка выполнена с второй резьбой на ее внутренней поверхности с мелким шагом, однонаправленной с первой резьбой, а зажимной винт образует с внутренней поверхностью основной втулки резьбовое соединение и установлен с возможностью перемещения относительно фиксирующих элементов муфты. 2. Зажим по п.1, отличающийся тем, что он снабжен по крайней мере одной дополнительной втулкой с предохранительной муфтой, установленной в отверстии корпуса и охватывающей первую втулку, выполненную с соответствующими внутренней и внешней однонаправленными резьбами.