机械式精密锁紧机构的设计与分析

2013-04-09中国船舶工业集团公司第六三五四研究所江西九江332000关福州

金属加工(冷加工) 2013年6期

中国船舶工业集团公司第六三五四研究所（江西九江 332000）关福州王俊

机械式精密锁紧机构的设计与分析

中国船舶工业集团公司第六三五四研究所（江西九江 332000）关福州王俊

目前转台轴系锁紧通常采用的方法：电磁铁锁紧方式和薄壁套三点锁紧方式。这两种方式，虽然都可以达到对轴系锁紧的目的，但存在的问题是：电磁铁锁紧方式，时间长了会使转台台体磁化，导致被测件（惯性元件）也受磁性干扰；薄壁套三点锁紧方式，时常发生薄壁套抱轴拉毛主轴并导致抱死主轴的现象。设计一种用于转台轴系的机械式锁紧机构，故为转台轴系提供定位锁紧力，使轴系在任意位置均能锁定。

1.设计原理

这种机械式锁紧机构属于一种纯机械式定位机构，它由一对啮合的齿轮传动来实现其锁紧目的。齿条和沿圆周均布的三件凸轮块有序固定在座环上，凸轮块安装时外圆已形成了渐开式一定的高低差值。凸轮座环在齿轮副的驱动下，凸轮块由低到高或由高到低往返作圆周运动，滑柱通过滚轮挤压旋转变为往返的直线运动，勾形压块受弹簧和调整螺钉的压力，始终紧贴锁紧支座的结合面。但在顶杆的作用下，以销柱为轴转动起来，当滑柱向圆周外运动时，顶杆克服弹簧的压力把勾形压块的尾端也往外位移，此时勾形压块的勾形端部以销柱为支点压向刹车盘，将刹车盘紧压在勾形部位和锁紧支座顶面之内，从而将轴锁紧。

2.工作原理

（1）如附图所示，锁紧时，手柄25转动到锁紧机构，齿轮轴24带动齿轮21转动一定的角度，与齿条1带动凸轮座环6也转动相应的角度，均布在凸轮座环6上三件凸轮块7同时由低点转到最高点，滑柱19在滚轮9的挤压下向圆周外位移到极限位置，勾形压块15同时受到顶杆14的顶压，以销柱8为轴作相应的角度旋转，均布的三件勾形压块15的勾形端部同时顶压着刹车盘20的三个均布位置，因此刹车盘20受勾形压块15顶压发生弹性变形，变形的刹车盘20反面又受到锁紧支座18的台阶顶面的顶撑并产生摩擦力，随着勾形压块15旋转到位，刹车盘20被锁住在勾形压块端部与锁紧支座台阶面之间而不能转动，刹车盘20与主轴2固定为一体，所以转台轴系被锁紧。

（2）脱开时，手柄25转到脱开位置，齿轮轴24带动齿轮21转动一定的角度，与齿条1带动凸轮座环6转动相应的角度，均布在凸轮座环6的三件凸轮块7同时由最高点转到最低点，滑柱19在弹簧12的弹力作用下，跟随向圆周内移到最低点，勾形压块15同样在弹簧12的弹力作用下，以销柱16为支点返回，刹车盘20被松开使之能自由转动，因而转台轴系可以自由旋转。

（3）手柄机构通过与齿轮啮合的齿条带动凸轮座环转位，凸轮块旋转时能够形成渐开式一定的高低差值，使滑柱变为沿直径方向的直线运动，并带动顶杆使勾形压块15以销柱为轴转动，其勾状端部顶压刹车盘20，使刹车盘20产生微量的弹性变形，刹车盘20变形后与锁紧支座18顶面产生摩擦，此摩擦力随着顶压力增大而变大，并利用三点决定一个平面的原理，达到转台轴系在任意角度均能锁紧的目的。

3.结构特点

这种机械式锁紧机构，由锁紧支座组件、凸轮组件和手柄机构组成：

（1）手柄机构包括手柄、齿轮和齿轮轴，其中手柄螺纹端与齿轮轴联接成一体，齿轮安装在齿轮轴轴肩上，用平键和螺母径向和轴向限位，使之与齿轮轴联成一体。齿轮支座固定在基座上，齿轮轴可以在齿轮支座中旋转。

锁紧机构

（2）凸轮组件，包括凸轮块、凸轮座环和齿条，三件凸轮块均布固定在凸轮座环圆周上。齿条固定在其中两件凸轮块中间的位置，与凸轮座环同圆，并联成一体，凸轮座环安装在基座联接成一体的轴承端盖的台阶肩颈上，使齿条与齿轮啮合并设有盖板轴向限位。

（3）锁紧支座组件，包括锁紧支座、锁紧支架、滑柱和勾形压块等，三组锁紧支座组件均布在与凸轮块对应的圆周位置。锁紧支座固定在基座上，锁紧支架固定在锁紧支座的侧面，销柱固定在锁紧支架上。勾形压块套在销柱上，并与销柱为轴转动。调整螺钉穿过勾形压块联接在锁紧支座上，弹簧套在调整螺钉上，将勾形压块尾端压向锁紧支座。顶杆固定在勾形压块中下位置，与滑柱接触，滚轮被销柱活动联接在滑柱的端部开口槽中，可绕销柱作圆周运动。弹簧套在滑柱的尾端上，装入锁紧支座的导向孔内，用弹簧压板压住，通过弹力将滑柱19压向凸轮块7，使滚轮9与凸轮块7可靠接触。

（4）锁紧机构优点：结构简单、紧凑、操作方便、轻松；锁紧力大，定位刚度好，对轴系无任何添加力；利用三点决定一个面的基本原理，由径向直接抱轴改为间接轴向顶压弹性平面的方式，很好地克服了上述两种锁紧方式的缺点和不足。