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1、轴向快速锁紧装置设计方案报告总 5 页第1 页编号：产品名称锁紧装置生产纲领零件名称套筒零件生产批量1、设计概述为克服传统锁紧装置操作复杂，可靠性差的缺点，故设计此类轴向快速锁紧装置，可以实现频繁拆装或轴向调整而且锁紧可靠性较高，以方便在光、电缆生产设备及其多种行业的生产设备中广泛应用。此类产品有广泛的应用前景。2、设计思路和方案首先考虑设计产品用途，故研究产品使用方法如下：轴向锁紧物件时，将该装置内锥形套端套在轴上，直接向内推动外套，即可使整个装置沿轴移动，直至压紧物件为止。整个移动过程中，在轴上任一位置反向拉外套，都不能使该装置产生反向移动。拆卸时，左手握住内套，右手向外拉外套的环形拉帽，
2、即可解除反向自锁，轻松地使整个装置反向移动。光轴快速锁紧装置操作简单，便捷。光轴快速锁紧装置反向自锁条件受力分析光轴快速锁紧装置的核心部件是内锥形套，其内锥面斜度角的合理选择是该装置可靠性(即反向自锁性 )的首要保障，下图为内锥形套结构图。当轴向外力作用在该装置外套及内锥形套外端面时，内锥形套通过锥面与淬火钢珠接触点作用的法向力使钢珠产生沿轴滚动及滑动的趋势。为了实现该装置的反向自锁，内锥形套锥面斜度角必须满足以下两个条件：(1)淬火钢珠相对轴滚动自锁；(2)淬火锕珠相对轴滑动自锁。下面以淬火钢珠为研究对象，分别就这两方面进行受力分析。下图淬火钢珠的临界自锁状态受力图。图中： N轴对淬火钢珠的
3、法向反作用力；P外力导致内锥形套通过B点作用于淬火钢珠的法向力；TA轴面作用于淬火钢珠的最大静摩擦力；TB 内锥形套作用于淬火钢珠的最大静摩擦力。另设：f1 轴面与淬火钢珠间的静摩擦系数；f2 内锥形套锥面与淬火钢珠问的静摩擦系数；R 淬火钢珠的半径。淬火钢珠相对轴临界滚动自锁状态时，必有：如钢珠的临界自锁状态受力图所示，淬火钢珠相对轴临界滑动自锁状态时，必有：综合上述受力分析的结果，可得反向自锁式轴向锁紧装置实现反向自锁的条件为：实际应中，为保证装置反向自锁的可靠性及结构的紧凑性，值的选择应比式 (5) 所求得的值小 23为宜。有一点需说明，上述受力分析过程中，不需要考虑弹簧反力对钢珠的作用
4、，其值亦与自锁角大小无关。两个关键点的简要说明 ：(1)淬火钢珠的数量淬火钢珠是该装置实现锁紧功能的最终执行者，钢珠的数目与装置的锁紧可靠性密切相关。从装置所承受的轴向力方面考虑，随轴向力的增大，钢珠的数目宜适当增加。其目的是对于表面硬度相对较低的轴而言，不至于因承力过于集中而造成表面划伤，从而导致锁紧失效。但就线缆行业盘具装卡而言，绝太多数情况下轴向力均为较小的附属力，不需要过分考虑，钢珠取34颗即可。至于，用于具有较大轴向力的装卡时，钢珠数目应适当增加，并需适当提高锁紧轴的表面硬度。(2) 圆柱螺旋压缩弹簧的作用弹簧在该装置中起着不可忽视的作用，它使钢珠与内锥面保持接触， 并在二者之问产生
5、适当的预压力。 这避免了装置使用中，因钢珠与内锥面间存在间隙，而不能及位锁紧的可能；同时，也避免了轴向力不稳定时，钢珠与内锥面间歇接触，从而导致钢珠逐步后退，使锁紧失效的可能。而弹簧的可压缩性又为便捷地解除自锁，简化操作提供了条件。3、设计结果1、外套与内锥形套间，内套与拉帽间均为过盈配合、压力装配；2、外套与内锥形套端面比内套端面略微突出；3、内套孔径 D2=26mm，锁紧轴直径 25mm，均布钢珠 4 颗的最小公共内切圆直径比锁紧轴直径略小；4、内锥形套圆柱面内孔直径比均布钢珠的最小公共外切圆直径略小，并与其内套配合面呈间隙配合；5、圆柱螺旋压缩弹簧保证淬火钢珠与内锥形套内锥面有效接触，且
6、操作灵活。4、总结和体会反向自锁式轴向锁紧装置是适于频繁拆装或轴向调整，且锁紧可靠性颇高的轴向锁紧装置。从设计原理可以看出这个方案很巧妙，充分利用零件自锁原理以及利用锥面钢珠的配合锁紧装置，达到快速锁紧的目的。在整个方案的设计到最后加工生产中，我们七个组员同志密切配合，我作为组长，首先，制定了详细的计划，在多次开会讨论后最终确定方案，我的感受是优秀的作品要经过很多次精密的计算和很多次修整，才能达到预期效果，而且前期的准备工作一定要充分，对工件数据处理上一定要完成符合机械原理，切不可想当然，一定要有理有据，所以数据要经过查找相关资料和机械设计手册，而且要了解目前加工机床的加工水平和材料的尺寸，刀
7、具的型号等，因为我们组开始设计的时候没有考虑到刀具的问题，一直到加工时要修改必要的尺寸，浪费了大量的时间，所有作为一名机械设计师一定要统筹兼顾，不仅要看资料查手册，而且要了解生产实践的加工水平，才能保证加工。其次，在图纸的制作过程中主要由我们组王改娣负责，在图纸的制作过程中也遇到很多问题，不过前期充分的准备已经给图纸制作铺垫好基础，但是在加工的过程中还是有些问题，尺寸无法加工，经过修改和校正才能使用。最后加工过程中，也遇到不少问题，主要负责的是组员王培军，我们辅助，在加工过程中，开始时对机床使用熟练度不高，掌握起来慢，前期加工缓慢，第一天在老师的指导下完成第一个内套零件，后几天逐渐熟悉加工工具
8、和机床，但是有些加工手法还是不行，在师傅的指导下完成扩孔操作，当终于完成车床上加工工艺时，我们异常兴奋，最后一项是钳工处理，在钳工处理那里完成工件的打线和钻孔。专业班级工艺方案报告总页第页编号：产品名称轴向锁紧装置生产纲领件/年学生姓名零件名称外套生产批量单件材料45 号钢毛坯种类棒材毛坯尺寸60mm68 每毛坯可制作件数1 每台件数1 备 注单 件序 号工序 名称工序内容工序简图机床 夹具刀具量 具 附 具工时（ min）10 车以外圆定位夹紧，粗车外圆至55 mm 68mm，用30mm 的钻头，钻出通孔，再换刀，扩出34mm的孔，然后将棒料掉转，在棒料另一端用43mm的钻头，钻出深度为62
9、 孔，再换刀，扩出45mm的孔。CA6136 三爪卡盘钻夹头外圆车刀中心钻麻花钻拉刀切断刀游标卡尺0-150 钢直尺 150 7.8 20 钳手工去毛刺，用煤油擦洗钳工台锉刀砂纸、毛刷2.4 30 检按图样要求检查各部尺寸及精度质检台2.5 编制（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）专业班级工艺方案报告总页第页编号：产品名称轴向锁紧装置生产纲领件/年学生姓名零件名称内套生产批量单件材料45 号钢毛坯种类棒材毛坯尺寸86mm45 每毛坯可制作件数1 每台件数1 备 注单 件序 号工序 名称工序内容工序简图机床 夹具刀具量 具 附 具工时（ min）10 车以外圆定位夹紧，粗车外圆至 42
10、 mm 86mm，用20mm 的钻头， 钻出通孔， 然后将孔扩为26mm的通孔。粗车 42mm 外圆至 32mm 38mm，将棒料调转，粗车 42mm 外圆至 32mm 43mm CA6136 三爪卡盘钻夹头外圆车刀中心钻麻花钻切断刀游标卡尺0-150 钢直尺 150 7.5 20 钳手工去毛刺，用煤油擦洗钳工台锉刀砂纸、毛刷3.5 30 检按图样要求检查各部尺寸及精度质检台3.1 编制（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期专业班级工艺方案报告总页第页编号：产品名称轴向锁紧装置生产纲领件/年学生姓名零件名称内锥套生产批量单件材料45 号钢毛坯种类棒材毛坯尺寸4
11、5mm38 每毛坯可制作件数1 每台件数1 备 注单 件序 号工序 名称工序内容工序简图机床 夹具刀具量 具 附 具工时（ min）10 车以外圆定位夹紧，粗车外圆至45mm 38mm，用30mm 的钻头，钻出通孔，再换刀，扩出33mm的孔，然后将棒料掉转，在棒料另一端用镗刀镗出深 18，锥度为13 的锥面CA6136 三爪卡盘钻夹头外圆车刀中心钻麻花钻拉刀切断刀游标卡尺0-150 钢直尺 150 7.8 20 钳手工去毛刺，用煤油擦洗钳工台锉刀砂纸、毛刷2.4 30 检按图样要求检查各部尺寸及精度质检台2.5 编制（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）专业班级成本分析报告总页第页编
12、号：产品名称轴向锁紧装置生产纲领件/年学生姓名 零件名称外套生产批量件/月1、材料成本分析材料45 号钢毛坯种类棒材毛坯外形尺寸60mm68mm 每毛坯可制作件数1 每台件数1 备注单件查 表45号 钢 密 度 为7.85g/cm3 ， 45号 钢 的 市 场 价P=4.65元 / kg ； 45号 钢 毛 坯 的 体 积V=r2 h=3.14 602 46=519984mm3=519.984cm3； 毛 坯 质 量m=V =519.984 7.85=4081.8744g=4.1 （kg） ；则单件的材料成本F=P m=4.65 4.1=19.065（元）2、人工费和制造费分析序号工序名称工序
13、内容工时（ min） 工序成本分析 机动时间辅助时间终准时间10 车以外圆定位夹紧，粗车外圆至55 mm 68mm，用30mm 的钻头，钻出通孔，再换刀，扩出34mm 的孔，然后将棒料掉转，在棒料另一端用43mm 的钻头，钻出深度为62 孔， 再换刀，扩出45mm 的孔。 。2 2 0.8 单件生产对工人技术水平要求较高，由市场调研，车工人工资8.5 元/小时，铣工人工工资10 元/小时；车床机床台时20 元/小时，铣床机床台时40 元 /小时。由工时计算知：本工序人工费S1=8.5 4/60=0.56（元）本工序制造费：20mm 的钻头 20 元 1 个=20 元车刀 10 元 2 把=20
14、 元20 钳手工去毛刺，用煤油擦洗1 0.7 0.5 经计算知本工序费用为0.35 元30 检按图样要求检查各部尺寸及精度1 0.8 0.5 经计算知本工序费用为0.35 元3、总成本(1)材料成本F=19.065 元； (2)人工费 S=S1 = 0.7（元） ； (3)制造费 M=40+0.35+0.35 =40.70 （元）(4)总成本 C=F+S+M=60.325 （元）专业班级 成本分析报告总页第页编 号：产品名称轴向锁紧装置生产纲领件/年学生姓名 零件名称内套生产批量件/月1、材料成本分析材料45 号钢毛坯种类棒材毛坯外形尺寸50mm62mm 每毛坯可制作件数1 每台件数1 备注单
15、件查 表45号 钢 密 度 为7.85g/cm3 ， 45号 钢 的 市 场 价P=4.65元 / kg ； 45号 钢 毛 坯 的 体 积V=r2 h=3.14 502 62=486700mm3=486.7cm3； 毛 坯 质 量m=V =486.7 7.85=3820.595g=3.85 （kg） ；则单件的材料成本F=P m=4.65 3.85=18.0（元）2、人工费和制造费分析序号工序名称工序内容工时（ min） 工序成本分析 机动时间辅助时间终准时间10 车以外圆定位夹紧，粗车外圆至 42 mm 86mm，用20mm 的钻头，钻出通孔，然后将孔扩为26mm 的通 孔 。 粗 车 4
16、2mm外 圆 至 32mm 38mm，将棒料调转，粗车 42mm 外圆至 32mm 43mm 5 1 0.5 单件生产对工人技术水平要求较高，由市场调研，车工人工资8.5 元/小时，铣工人工工资10 元/小时；车床机床台时20 元/小时，铣床机床台时40 元 /小时。由工时计算知：本工序人工费S1=8.5 8/60=1.13（元）本工序制造费：20mm 的钻头 20 元 1 个=20 元车刀 10 元 2 把=20 元20 钳手工去毛刺，用煤油擦洗1.5 1.0 0.8 经计算知本工序费用为0.50 元30 检按图样要求检查各部尺寸及精度1.5 1.0 0.6 经计算知本工序费用为0.44 元3、总成本(1)材料成本F=18.0 元； (2)人工费 S=S1 = 1.13（元） ；(3)制造费 M=40+0.50+0.44 =40.94 （元）(4)总成本 C=F+S+M=60.07 （元）专业班级 成本分析报告总页第
