ЦАНГОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Российский патент 1996 года по МПК F16B2/18 B23B31/02 

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к разъемным соединениям деталей машин.

Известно цанговое соединение [1] содержащее корпус и цангу в виде разрезной втулки. Втулка установлена в корпусе с возможностью относительного поворота, ее поперечное сечение выполнено в виде радиального клина, зажимная поверхность образует на сечении линию постоянной кривизны.

Недостатком известного устройства является ограниченность его использования при зажиме инструмента, имеющего хвостовик не круглого сечения.

Целью настоящего изобретения является универсальность цангового соединения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид цангового соединения, на фиг. 2 радиальное сечение А А, на фиг. 3 схема действия соединения, на фиг. 4 схема взаимодействия деталей цангового соединения.

Цанговое соединение включает цангу 1 в виде втулки с продольными разрезами 2. Наружная нажимная поверхность цанги, взаимодействующая с корпусом 3, выполнена переменной кривизны. Внутренняя зажимная поверхность цанги, взаимодействующая с зажимной деталью 4 выполнена также переменной кривизны.

Цанговое соединение работает следующим образом.

Цанга 1 свободно с зазором вставляется в корпус 3. Внутрь цанги 1 вставляется также с зазором деталь 4. При приложении момента М к корпусу 3 цанга 1 поворачивается вокруг собственной оси и оси всего соединения на некоторый угол. Наружная криволинейная поверхность цанги ОНС, имеющая переменную кривизну относительно оси (r Var), взаимодействует с криволинейной поверхностью корпуса 3 и, расклиниваясь, во-первых, самотормозится от относительного обратного поворота, а во-вторых, сжимает цангу в месте продольных разрезов 2, захватывая деталь 4. При этом никаких относительных осевых смещений деталей не происходит. Чтобы освободить деталь 4 от цанги, достаточно изменить направление приложения момента М, при этом произойдет размыкание криволинейной поверхности корпуса с наружной нажимной поверхностью цанги, цанга упруго распрямляется и освобождает деталь 4. Между корпусом и зажимаемой деталью цанга играет роль радиального криволинейного клина. Вид криволинейной поверхности корпуса выбирается таким, чтобы обеспечить взаимозаклинивание цанги и корпуса.

Рассмотрим такую возможность (см. фиг. 4). При развороте цанги 1 по направлению момента М, корпус 3 и цанга 1 после выборки имеющегося между деталями зазора, встретятся в точках Н и Е. Дальнейшее приложение момента М, обеспечит возникновение нормальных реакций в точках Н и Е. Момент М прикладывается такой, чтобы силы N, взаимно противоположно направленные, сжали цангу до надежного закрепления детали 4. После этой операции зажима цангового соединения момент М снимается. В точках Н и Е остаются силы: N - нормальные реакции и F_т силы трения. Силы трения препятствуют самопроизвольному рассоединению деталей. Известно, что F_т f•N (1)
где f коэффициент трения.

Относительно оси О возникнут два момента, а именно N•a и F_т•b,
где а расстояние между параллельными силами N в точках Н и Е,
b расстояние между параллельными силами F_т в тех же точках, т.е. а и b есть плечи пар сил N N и F_т F_т. Момент N•a стремится рассоединить детали 1 и 3, а момент F_т•b удерживает детали от рассоединения. Чтобы гарантировать невозможность рассоединения, т.е. эффект самоторможения, достаточно добиться соотношения
F_т•b>N•a (2)
Учитывая (1), запишем f•N•b>N•a и сократив на N, найдем, что отношение
(3)
откуда следует, что самоторможение будет обеспечено, если отношение a/b будет меньше коэффициента трения f. Если принять, например, коэффициент трения f 0,1 (сталь по стали без смазки), то следует выбрать
a/b<0,1, т.е. a<0,1b (4)
Так как b есть кратчайший размер между касательными в точках Н и Е, то его легко связать с радиусами зажимной цанги. Он определенно будет более двух наименьших радиусов зажимной части цанги, т.е. двух величин ОЕ, т.е.

b>2ОЕ
тогда на основании (4) уже при
a≅0,2•ОЕ (5)
будет обеспечено самоторможение. По (5) можно выбрать сколь угодно малое значение а, с гарантией дающее самоторможение. В свою очередь а определит кривизну образующей радиального клина цанги, которая надежно, без дополнительных усилий извне будет удерживать деталь 4.

Важно отметить следующее. При повороте цанги относительно корпуса, после того как произойдет их контакт, дальнейшая затяжка поворот происходит в ситуации, когда сила трения F_т препятствует затяжке. Учитывая (1) можно утверждать, что F_т будет тем меньше, чем меньше N, т.к. f величина для данной пары трения постоянная. В свою очередь, при заданном моменте M=N•a, уменьшение N достигается увеличением плеча а. Т.е. в процессе затяжки, плечо а должно изменяться, а точнее уменьшаться с увеличением угла затяжки. Изменения а можно добиться только тем, что наружная образующая радиального клина будет иметь переменную кривизну. Принципиально возможно выполнение такого радиального клина, у которого кривизна и внутренней образующей будет переменной.

Использование: разъемное соединение деталей машин, зажим хвостовиков инструментов в обрабатывающих станках. Сущность изобретения: цанговое соединение включает корпус, в котором установлена цанга в виде втулки с продольными разрезами. Нажимная поверхность цанги, взаимодействующая с корпусом, выполнена переменной кривизны. Внутренняя поверхность цанги, взаимодействующая с зажимаемой деталью, также выполнена переменной кривизны. 4 ил.

Цанговое соединение деталей машин, содержащее корпус, в отверстии которого соосно установлена с возможностью поворота цанга, выполненная в виде втулки с продольными разрезами, нажимной поверхностью для взаимодействия с поверхностью, ограничивающей отверстие в корпусе, и зажимной поверхностью для взаимодействия с соединяемой деталью, отличающееся тем, что нажимная поверхность цанги в поперечном сечении выполнена переменной кривизны, образуя самотормозящий клин, зажимная поверхность цанги выполнена также переменной кривизны.