Dispositifs de serrage excentriques. Pince en bois DIY. Calcul des pinces excentriques

Faciles à fabriquer, avec un gain élevé, les pinces excentriques assez compactes, étant un type de mécanismes à came, présentent sans aucun doute un autre avantage principal : la vitesse.

La surface de travail de la came est le plus souvent réalisée sous la forme d'un cylindre avec un cercle ou une spirale d'Archimède à la base. Dans cet article, nous parlerons de la pince excentrique ronde la plus courante et la plus avancée technologiquement.

Les dimensions des cames excentriques rondes standardisées pour machines-outils sont indiquées dans GOST 9061-68. L'excentricité des cames rondes dans ce document est fixée à 1/20 du diamètre extérieur pour assurer des conditions d'auto-freinage sur toute la plage de fonctionnement des angles de rotation avec un coefficient de frottement de 0,1 ou plus.

La figure ci-dessous montre le schéma géométrique calculé du mécanisme de serrage. La partie fixe est plaquée contre la surface d'appui suite à la rotation de la poignée excentrique dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour d'un axe rigidement fixé par rapport au support.

La position du mécanisme représenté est caractérisée par l'angle maximum possible α , tandis que la droite passant par l'axe de rotation et le centre du cercle excentrique est perpendiculaire à la droite passant par le point de contact de la pièce avec la came et le centre du cercle extérieur.

Si vous tournez la came de 90° dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à la position indiquée sur le schéma, un espace se forme alors entre la pièce et la surface de travail de l'excentrique, d'une ampleur égale à l'excentricité. e. Ce jeu est nécessaire pour une installation et un retrait libres de la pièce.

FORMULES DE CALCUL

Trouver l'angle de frottement (°) « pièce - excentrique » :

φ 1 = arctan (f 1),

Où,
f1- coefficient de frottement « partie - excentrique » ;
0,15 - la valeur du coefficient de frottement « pièce - excentrique » correspondant au cas « acier sur acier sans lubrification ».

Trouver l'angle de frottement (°) "axe - excentrique" :

φ 2 = arctan (f 2),

Où,
f2- coefficient de frottement « axe - excentrique » ;
0,12 - la valeur du coefficient de frottement « axe - excentrique » correspondant au cas « acier sur acier avec lubrification ».

La réduction des frottements aux deux endroits augmente l'efficacité énergétique du mécanisme, mais la réduction des frottements dans la zone de contact entre la pièce et la came entraîne la disparition de l'auto-freinage.

Trouver l'angle maximum (°) du coin circulaire :

α = arctan (2 e / D),

Où,
e- excentricité de la came, mm ;
Pour assurer l'autofreinage sur surfaces en acier, il est souhaitable de remplir la condition : D/e>15.
Dans GOST 9061-68 : D/e=20.
D- diamètre excentrique, mm.

Alors le rayon vecteur (mm) du point de contact sera égal à :

R = D / (2 cos (α)),

Et la distance de l'axe excentrique au support (mm) sera donc :

A = s + R cos(α),

Où,
s- épaisseur de la partie serrée, mm.

La condition d’auto-freinage est la réalisation de la relation :

e ≤ R f 1 + d/2 f 2,

Si la condition est remplie, l'auto-freinage est assuré.

La force de serrage (N) peut être trouvée à l'aide de la formule :

F = P L cos (α) / (R tg (α + φ 1) + d/2 tg (φ 2)),

Où,
P.- force sur la poignée, N ;
L- longueur du manche, mm.

Le coefficient de transfert de force est :

k = F/P

La position de la pince excentrique choisie pour les calculs et représentée sur le schéma est la plus « défavorable » du point de vue de l'auto-freinage et du gain de force. Mais ce choix n’est pas fortuit. Si dans une telle position de travail, la puissance calculée et les paramètres géométriques satisfont le concepteur, alors dans toutes les autres positions, la pince excentrique aura un coefficient de transmission de force encore plus élevé et de meilleures conditions d'auto-freinage.

Lors de la conception, s'éloigner de la position considérée vers la réduction de la taille UN si les autres dimensions restent inchangées, cela réduira l'espace nécessaire à l'installation de la pièce.

Augmenter en taille UN peut créer une situation où l'excentrique s'use pendant le fonctionnement et des fluctuations importantes d'épaisseur s, alors qu'il est tout simplement impossible de serrer la pièce.

GOST 9061-68 recommande d'utiliser de l'acier 20X cimenté en surface résistant à l'usure avec une dureté de surface de 56...61 HRC à une profondeur de 0,8...1,2 mm comme matériau pour fabriquer la came. Mais dans la pratique, une pince excentrique est fabriquée à partir d'une grande variété de matériaux, en fonction du but, des conditions de fonctionnement et des capacités technologiques disponibles.

Utiliser une petite table dans MS Excel créé sur la base de ces formules, vous pouvez apprendre à déterminer rapidement et facilement les principaux paramètres des pinces pour cames en n'importe quel matériau, n'oubliez pas de modifier les valeurs des coefficients de frottement dans les données initiales.

Dans l'exemple montré dans la capture d'écran, en fonction des dimensions données de l'excentrique et de la force appliquée sur la poignée, la taille de montage depuis l'axe de rotation de la came jusqu'à la surface d'appui est déterminée en tenant compte de l'épaisseur de la pièce. , la condition d'auto-freinage est vérifiée, la force de serrage et le coefficient de transfert de force sont calculés.

Ce fichier de calcul est disponible sur le site www.al-vo.ru.

Documents connexes:

GOST 12189-66 : Machines-outils. Les cames sont excentriques. Conception;
GOST 12190-66 : Machines-outils. Cames doubles excentriques. Conception;
GOST 12191-66 : Machines-outils. Patins de fourche excentriques. Conception;
GOST 12468-67 - Excentriques à double support. Conception.

Ce sont les mécanismes de serrage manuels les plus rapides. En termes de vitesse, elles sont comparables aux pinces pneumatiques. Les excentriques fonctionnent selon le principe du coin.

Deux types d'excentriques de conception sont utilisés : circulaires et courbes. Les excentriques circulaires sont un disque ou un rouleau avec un axe de rotation déplacé. Ils sont les plus répandus car ils sont faciles à fabriquer. Les excentriques curvilignes ont un profil tracé le long d'une spirale archimédienne ou logarithmique.

Inconvénients des pinces excentriques :

Petite course, limitée par l'excentricité.

Incohérence de la force de serrage dans un lot de pièces lorsqu'il est fixé avec un excentrique circulaire.

Fatigue accrue des travailleurs en raison des biens.

Ne convient pas aux applications d'impact ou de vibration en raison du risque d'auto-détachement.

Malgré ces inconvénients, les pinces à came sont largement utilisées dans les luminaires, en particulier pour la production à petite échelle et en série. Cela est dû à la simplicité de conception, au faible coût de fabrication et à la productivité élevée.

L'inconstance de la force de serrage de l'excentrique circulaire est associée à l'irrégularité de l'angle de levage de la cale incurvée. L'excentrique circulaire serre la pièce de manière satisfaisante à des angles de rotation de travail β=30...130. Même avec de tels angles de rotation, la force de serrage fluctue en valeur de 20 à 25 %.

La pratique a établi que les excentriques avec R/e 7 fonctionnent bien. Ils assurent une course suffisante à un angle de rotation β inférieur à 135 et assurent l'auto-freinage de l'excentrique.

Les excentriques curvilignes assurent une force de serrage constante, puisque leur angle de levage est constant. Mais ces excentriques sont difficiles à fabriquer et donc leur utilisation est limitée.

Calcul de la force de serrage

La force de serrage d'un excentrique circulaire peut être déterminée avec une précision suffisante pour des calculs pratiques en remplaçant l'action de l'excentrique par l'action d'une cale plate à simple biseau avec un angle α dans l'espace entre le tourillon et la surface de la pièce. Le schéma d'un tel remplacement et les forces agissant sur le coin excentrique et fictif sont présentés sur la Fig. 4.79.

Riz. 4.79. Schéma des forces agissant sur le coin excentrique et fictif

Dans le diagramme, la force W 1 est la force agissant sur le plan de la pince PP selon un angle α. La force T = W 1 α agit le long du plan de serrage. Cette force peut être considérée comme externe, agissant sur le coin KSR avec un angle α. En utilisant la formule de calcul d'un coin plat à simple biseau, on peut écrire :

La force W 1 peut être déterminée en considérant l'équilibre de l'excentrique :

Depuis lors.

Remplaçons la valeur de W 1 dans la formule (1) et omettons α comme valeur proche de l'unité aux petits angles α :

où R 1 et α sont des quantités variables.

Les données initiales pour calculer les dimensions principales d'un excentrique rond (Fig. 8.3) sont : δ - tolérance sur la taille de la pièce depuis sa base de montage jusqu'à l'endroit où la force de fixation est appliquée, mm ; α - angle de rotation de l'excentrique par rapport à la position zéro (initiale) ; Q- force de fixation de la pièce, N.

Riz. 8.3. Pinces excentriques :

A - disque excentrique, b - excentrique avec pince en forme de L

Si l'angle de rotation de l'excentrique n'est pas limité, alors

2e=s 1 +d+s 2 +

où s 1 est l'espace pour la libre entrée de la pièce sous l'excentrique ; s 2 - réserve de marche excentrique, la protégeant du passage par le point mort (prend en compte l'usure excentrique) ; J.- rigidité du dispositif de serrage, N/mm.

Le dernier terme de la formule caractérise l'augmentation de la distance entre l'excentrique et la pièce suite à la déformation élastique du système de serrage. Avec s 1 = 0,2÷0,4 mm et s 2 = 0,4÷0,6 mm

e= +(0,3÷0,5) ​​​​mm

Si l'angle de rotation α est nettement inférieur à 180°,

e= (8.4)

On trouve le rayon de l'axe excentrique (mm) en prenant la largeur d;

r=Q/2bσ cm, (8,5)

Où σ cm - contrainte de roulement admissible (15-20 MPa).

À b = 2r

Rayon excentrique R. nous trouvons à partir des conditions d’auto-freinage. D'après le diagramme des forces agissant sur l'excentrique (Fig. 8.4, UN) il s'ensuit que la résultante T réactions Q et forces de frottement F doit être égale à la réaction de l'essieu passant tangentiellement au cercle de friction de rayon ρ, et dirigé à l'opposé de celui-ci :

où j = angle de frottement statique.

À e≤p R. min = e+ r+ Δ, où Δ est l'épaisseur du cavalier (Fig. 8.4, b).

Riz. 8.4. Schéma de calcul de puissance des excentriques

Le rayon ρ du cercle de friction est déterminé à partir de l'égalité ρ = f"r, Où F" - coefficient de frottement statique dans l'essieu. Valeurs j et F"doit être pris à la plus petite limite. Pour les surfaces semi-sèches, j = 8° peut être pris et F" = 0,12÷0,15.

Angle de rotation α 1 (voir Fig. 8.4, UN) pour la position la moins favorable de l'excentrique on trouvera à l'aide de la formule α 1 = 90° - j.

Largeur de la partie travaillante de l'excentrique DANS on détermine à partir de la formule

σ=0,565

où σ est la contrainte admissible au point de contact de l'excentrique avec la pièce. Pour l'acier trempé, vous pouvez prendre σ = 800÷1200 MPa ; E 1 E 2 - modules d'élasticité, respectivement, des matériaux de l'excentrique et de l'élément en contact avec celui-ci (pièce intermédiaire ou pièce), MPa ; µ 1, µ 2 - Coefficients de Poisson pour les matériaux de l'excentrique et l'élément en contact avec celui-ci.

À E 1 =E 2 =E et µ 1 =µ 2 = 0,25 on obtient

d'où (à R. en mm)

B= 0,17 mm. (8.6)

Dimensions excentriques e, r, R Et DANS coordonné avec GOST.

Établir la relation entre la force de fixation Q et le moment sur la poignée excentrique en fin de fixation de la pièce, nous utiliserons le schéma présenté sur la Fig. 8.4, b. Lors du processus de fixation, trois forces agissent sur l'excentrique : la force sur la poignée N, réaction de la pièce T et la réaction de l'essieu S. Sous l'influence de ces forces, le système est en équilibre. Réaction T représente la force résultante Q et forces de frottement F. La somme des moments de toutes les forces agissantes par rapport à l'axe de rotation excentrique

Nl - Qe péché α" - fQ(R- e cos α") - Sρ = 0,

Où F- coefficient de frottement entre l'excentrique et la pièce.

La force S diffère peu en ampleur de la force normale Q. Prendre S" Q, on obtient le moment sur la poignée excentrique

Nl= Q[FR+ ρ + e(péché α" +F cosα")].

Pour simplifier l'expression résultante, nous acceptons :

1) fR = tg j R."péché jR(à j= 6° l'erreur est inférieure à 1%) ;

2) expression péché α" +F cos α" remplacer sin (α" +j) (erreur 1%). Après substitutions, nous obtenons

Nl=Q(8.7)

Étant donné l'expression de R, on a

Nl= eQ. (8.8)

D'après cette formule, le moment Nl trouvé avec une précision de 10%.

Déplacer le point de contact de l'excentrique avec le plan lorsqu'il tourne d'un angle α par rapport à la position initiale (Fig. 8.5, a)

x = e- Avec= e- e cos α = e(1 - cosα).

Riz. 8.5. Schémas de calcul du mouvement du point de contact de l'excentrique avec l'avion lorsqu'il tourne

En figue. 8.5 b changement affiché X de α. Étant donné que

X=s 1 +d+ ,

parce que α = 1- ; α "=180 o - α

Remplacement de la valeur trouvée α " dans la formule (8.8), on peut exprimer le moment sur la poignée excentrique à travers les valeurs initiales.

Calcul des pinces à coin

Les pinces à coin sont utilisées comme maillon intermédiaire dans les systèmes de serrage complexes. Ils sont faciles à fabriquer, compacts, faciles à placer dans l'appareil et permettent d'augmenter et de modifier la direction de la force transmise. Sous certains angles, le mécanisme à coin a des propriétés d'auto-freinage. Pour le coin à biseau unique le plus courant dans les appareils (Fig. 8.6, a) sous l'action de forces à angle droit, nous avons la dépendance suivante obtenue à partir du polygone de force :

. . (8.9)

Avec un signe moins dans la formule, nous avons une dépendance pour détacher le coin. L'auto-freinage se produit à α< φ 1 + φ 2 . Если φ 1 = φ 2 .= φ 3 = φ. то зависимость упрощается:

Riz. 8.6. Action des forces dans le mécanisme de coin :

a - avec un angle de 90° ; b - avec un angle supérieur à 90°

Lors de la transmission de forces sous un angle β > 90° (Fig. 8.6, b) la relation entre P et Q à partir du polygone de force a la forme (à 90 + α > β)

Si l’angle de frottement est constant et égal à φ, alors

.

Calcul des pinces à levier

Les pinces à levier, similaires aux pinces à coin, sont utilisées en combinaison avec d'autres pinces élémentaires, formant des systèmes de serrage plus complexes. À l'aide d'un levier, l'ampleur et la direction de la force transmise sont modifiées et la pièce est fixée simultanément et uniformément à deux endroits.

Facile à fabriquer, avec un gain élevé, une pince excentrique assez compacte, qui est un type de mécanismes à came, présente un autre avantage, sans doute principal...

... – des performances instantanées. Si pour « allumer et éteindre » une pince à vis, il est souvent nécessaire de faire au moins quelques tours dans un sens puis dans l'autre, alors lors de l'utilisation d'une pince excentrique, il suffit de tourner la poignée d'un quart seulement tourner. Bien sûr, ils sont supérieurs aux excentriques en termes de force de serrage et de course de travail, mais avec une épaisseur constante des pièces fixées en production de masse, l'utilisation d'excentriques est extrêmement pratique et efficace. L'utilisation généralisée de pinces excentriques, par exemple dans les stocks d'assemblage et de soudage de structures métalliques de petite taille et d'éléments d'équipements non standard, augmente considérablement la productivité du travail.

La surface de travail de la came est le plus souvent réalisée sous la forme d'un cylindre avec un cercle ou une spirale d'Archimède à la base. Plus loin dans l'article, nous parlerons de la pince excentrique ronde la plus courante et la plus avancée technologiquement.

Les dimensions des cames rondes excentriques pour machines-outils sont normalisées dans GOST 9061-68*. L'excentricité des cames rondes dans ce document est réglée à 1/20 du diamètre extérieur pour assurer des conditions d'auto-freinage sur toute la plage de fonctionnement des angles de rotation à un coefficient de frottement de 0,1 ou plus.

La figure ci-dessous montre le schéma géométrique du mécanisme de serrage. La partie fixe est plaquée contre la surface d'appui suite à la rotation de la poignée excentrique dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour d'un axe rigidement fixé par rapport au support.

La position du mécanisme représenté est caractérisée par l'angle maximum possible α , tandis que la droite passant par l'axe de rotation et le centre du cercle excentrique est perpendiculaire à la droite passant par le point de contact de la pièce avec la came et le centre du cercle extérieur.

Si vous tournez la came de 90˚ dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à la position indiquée sur le schéma, un espace se forme entre la pièce et la surface de travail de l'excentrique, égal en ampleur à l'excentricité. e. Ce jeu est nécessaire pour une installation et un retrait libres de la pièce.

Programme sous MS Excel :

Dans l'exemple montré dans la capture d'écran, en fonction des dimensions données de l'excentrique et de la force appliquée sur la poignée, la taille de montage depuis l'axe de rotation de la came jusqu'à la surface d'appui est déterminée en tenant compte de l'épaisseur de la pièce. , la condition d'auto-freinage est vérifiée, la force de serrage et le coefficient de transfert de force sont calculés.

La valeur du coefficient de frottement « pièce - excentrique » correspond au cas « acier sur acier sans lubrification ». La valeur du coefficient de frottement « axe - excentrique » est retenue pour l'option « acier sur acier avec lubrification ». La réduction des frottements aux deux endroits augmente l'efficacité énergétique du mécanisme, mais la réduction des frottements dans la zone de contact entre la pièce et la came entraîne la disparition de l'auto-freinage.

Algorithme:

9. φ 1 =arctg (f 1 )

10. φ 2 =arctg (f 2 )

11. α =arctg (2*e /D )

12. R =D/ (2*cos (α ))

13. A =s +R *cos (α )

14. e ≤ R*f 1+ (j/2)* f2

Si la condition est remplie, l'auto-freinage est assuré.

15. F = P. * L * parce que(α )/(R. * tg(α +φ 1 )+(d /2)* tg(φ 2 ))

1 6 . k = F/P

Conclusion.

La position de la pince excentrique choisie pour les calculs et représentée sur le schéma est la plus « défavorable » du point de vue de l'auto-freinage et du gain de force. Mais ce choix n’est pas fortuit. Si dans une telle position de travail, la puissance calculée et les paramètres géométriques satisfont le concepteur, alors dans toutes les autres positions, la pince excentrique aura un coefficient de transmission de force encore plus élevé et de meilleures conditions d'auto-freinage.

Lors de la conception, s'éloigner de la position considérée vers la réduction de la taille UN si les autres dimensions restent inchangées, cela réduira l'espace nécessaire à l'installation de la pièce.

Augmenter en taille UN peut créer une situation où l'excentrique s'use pendant le fonctionnement et des fluctuations importantes d'épaisseur s, alors qu'il est tout simplement impossible de serrer la pièce.

Jusqu'à présent, l'article n'a délibérément rien mentionné sur les matériaux à partir desquels les cames peuvent être fabriquées. GOST 9061-68 recommande d'utiliser de l'acier 20X cimenté en surface résistant à l'usure pour augmenter la durabilité. Mais dans la pratique, une pince excentrique est fabriquée à partir d'une grande variété de matériaux, en fonction du but, des conditions de fonctionnement et des capacités technologiques disponibles. Le calcul présenté ci-dessus dans Excel permet de déterminer les paramètres des pinces pour cames en n'importe quel matériau, mais il suffit de penser à modifier les valeurs des coefficients de frottement dans les données initiales.

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Les pinces excentriques sont faciles à fabriquer et pour cette raison elles sont largement utilisées dans les machines-outils. L'utilisation de pinces excentriques peut réduire considérablement le temps de serrage d'une pièce, mais la force de serrage est inférieure à celle des pinces filetées.

Les pinces excentriques sont fabriquées en combinaison avec et sans pinces.

Considérons une pince excentrique avec une pince.

Les pinces excentriques ne peuvent pas fonctionner avec des écarts de tolérance importants (±δ) de la pièce. En cas d'écarts de tolérance importants, la pince nécessite un réglage constant avec la vis 1.

Les matériaux utilisés pour la fabrication de l'excentrique sont U7A, U8A Avec traitement thermique jusqu'à HR de 50....55 unités, acier 20X avec carburation jusqu'à une profondeur de 0,8... 1,2 Avec durcissement HR de 55...60 unités.

Regardons le diagramme excentrique. La ligne KN divise l'excentrique en deux ? moitiés symétriques constituées, pour ainsi dire, de 2x cales vissées sur le « cercle initial ».

L'axe de rotation excentrique est décalé par rapport à son axe géométrique de l'excentricité « e ».

La section Nm de la cale inférieure est généralement utilisée pour le serrage.

En considérant le mécanisme comme un mécanisme combiné constitué d'un levier L et d'une cale avec frottement sur deux surfaces sur l'axe et le point « m » (point de serrage), on obtient une relation de force pour calculer la force de serrage.

où Q est la force de serrage

P - force sur la poignée

L - poignée épaule

r - distance de l'axe de rotation excentrique au point de contact Avec

pièce à usiner

α - angle de montée de la courbe

α 1 - angle de frottement entre l'excentrique et la pièce

α 2 - angle de frottement sur l'axe excentrique

Pour éviter que l'excentrique ne s'éloigne pendant le fonctionnement, il est nécessaire de respecter la condition d'auto-freinage de l'excentrique.

où α - angle de frottement du glissement au point de contact avec la pièce ø - coefficient de friction

Pour des calculs approximatifs de Q - 12P, considérez le schéma d'une pince double face avec un excentrique

Pinces à coin

Les dispositifs de serrage à coin sont largement utilisés dans les machines-outils. Leur élément principal est constitué de cales à un, deux et trois biseaux. L'utilisation de tels éléments est due à la simplicité et à la compacité des conceptions, à la rapidité d'action et à la fiabilité de fonctionnement, à la possibilité de les utiliser comme élément de serrage agissant directement sur la pièce à fixer, et comme lien intermédiaire, par exemple, une liaison amplificateur dans d'autres dispositifs de serrage. Des cales auto-freinantes sont généralement utilisées. La condition d'auto-freinage d'une cale à simple biseau s'exprime par la dépendance

α > 2ρ

Où α - angle de coin

ρ - l'angle de frottement sur les surfaces G et H de contact entre la cale et les pièces d'accouplement.

L'auto-freinage est assuré sous l'angle α = 12°, cependant, pour éviter que les vibrations et les fluctuations de charge lors de l'utilisation de la pince ne fragilisent la pièce, des cales avec un angle α sont souvent utilisées<12°.

Étant donné que la diminution de l'angle entraîne une augmentation

propriétés d'auto-freinage de la cale, il est nécessaire lors de la conception de l'entraînement du mécanisme de cale de prévoir des dispositifs qui facilitent le retrait de la cale de l'état de fonctionnement, car libérer une cale chargée est plus difficile que de la mettre en état de fonctionnement.

Ceci peut être réalisé en connectant la tige de l'actionneur à une cale. Lorsque la tige 1 se déplace vers la gauche, elle passe le chemin « 1 » au ralenti, puis, frappant la goupille 2 enfoncée dans la cale 3, pousse cette dernière vers l'extérieur. Lorsque la tige recule, elle pousse également la cale en position de travail en heurtant la goupille. Ceci doit être pris en compte dans les cas où le mécanisme de coin est entraîné par un entraînement pneumatique ou hydraulique. Ensuite, pour assurer un fonctionnement fiable du mécanisme, différentes pressions de liquide ou d'air comprimé doivent être créées sur différents côtés du piston d'entraînement. Cette différence lors de l'utilisation d'actionneurs pneumatiques peut être obtenue en utilisant un réducteur de pression dans l'un des tubes alimentant le cylindre en air ou en liquide. Dans les cas où l'auto-freinage n'est pas requis, il est conseillé d'utiliser des rouleaux sur les surfaces de contact de la cale avec les pièces d'accouplement du dispositif, facilitant ainsi l'insertion de la cale dans sa position d'origine. Dans ces cas-là, il est nécessaire de verrouiller la cale.