Dispositivos de fixação excêntricos. Braçadeira de madeira DIY. Cálculo de pinças excêntricas

Fáceis de fabricar, com alto ganho, as pinças excêntricas bastante compactas, sendo uma espécie de mecanismo de came, apresentam outra, sem dúvida, principal vantagem - a velocidade.

A superfície de trabalho do came é geralmente feita na forma de um cilindro com um círculo ou espiral de Arquimedes na base. Neste artigo falaremos sobre a pinça excêntrica redonda mais comum e tecnologicamente mais avançada.

As dimensões dos cames excêntricos redondos padronizados para máquinas-ferramentas são fornecidas no GOST 9061-68. A excentricidade dos cames redondos neste documento é definida como 1/20 do diâmetro externo para garantir condições de autofrenagem em toda a faixa operacional de ângulos de rotação com um coeficiente de atrito de 0,1 ou mais.

A figura abaixo mostra o diagrama geométrico calculado do mecanismo de fixação. A parte fixa é pressionada contra a superfície de suporte girando a alça excêntrica no sentido anti-horário em torno de um eixo rigidamente fixado em relação ao suporte.

A posição do mecanismo mostrado é caracterizada pelo ângulo máximo possível α , enquanto a linha reta que passa pelo eixo de rotação e pelo centro do círculo excêntrico é perpendicular à linha reta traçada pelo ponto de contato da peça com o came e o ponto central do círculo externo.

Se você girar o came 90° no sentido horário em relação à posição mostrada no diagrama, será formada uma folga entre a peça e a superfície de trabalho do excêntrico igual em magnitude à excentricidade e. Esta folga é necessária para a livre instalação e remoção da peça.

FÓRMULAS DE CÁLCULO

Encontre o ângulo de atrito (°) “parte - excêntrico”:

φ 1 = arctano (f 1),

Onde,
f1- coeficiente de atrito “parte excêntrica”;
0,15 - valor do coeficiente de atrito “parte - excêntrico” correspondente ao caso “aço sobre aço sem lubrificação”.

Encontre o ângulo de atrito (°) "eixo - excêntrico":

φ 2 = arctano (f 2),

Onde,
f2- coeficiente de atrito “eixo - excêntrico”;
0,12 - valor do coeficiente de atrito “eixo - excêntrico” correspondente ao caso “aço sobre aço com lubrificação”.

A redução do atrito em ambos os locais aumenta a eficiência energética do mecanismo, mas a redução do atrito na área de contato entre a peça e o came leva ao desaparecimento da autofrenagem.

Encontre o ângulo máximo (°) da cunha circular:

α = arctano (2 e/D),

Onde,
e- excentricidade do came, mm;
Para garantir a autotravagem em superfícies de aço, é desejável cumprir a condição: D/e>15.
Em GOST 9061-68: D/e=20.
D- diâmetro excêntrico, mm.

Então o vetor raio (mm) do ponto de contato será igual a:

R = D / (2 cos (α)),

E a distância do eixo excêntrico ao suporte (mm) será respectivamente:

UMA = s + R cos(α),

Onde,
é- espessura da peça fixada, mm.

A condição para a autofrenagem é o cumprimento da relação:

e ≤ R f 1 + d/2 f 2,

Se a condição for atendida, a autofrenagem é garantida.

A força de fixação (N) pode ser encontrada usando a fórmula:

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

Onde,
P- força no cabo, N;
eu- comprimento do cabo, mm.

O coeficiente de transferência de força é:

k=F/P

A posição da pinça excêntrica escolhida para os cálculos e mostrada no diagrama é a mais “desfavorável” do ponto de vista da autofrenagem e ganho de resistência. Mas esta escolha não é acidental. Se em tal posição de trabalho a potência calculada e os parâmetros geométricos satisfizerem o projetista, então em qualquer outra posição o grampo excêntrico terá um coeficiente de transmissão de força ainda maior e melhores condições de autofrenagem.

Ao projetar, afastando-se da posição considerada para reduzir o tamanho A se outras dimensões forem mantidas inalteradas, reduzirá a folga para instalação da peça.

Aumento de tamanho A pode criar uma situação em que o excêntrico se desgasta durante a operação e flutuações significativas na espessura é, quando é simplesmente impossível fixar a peça.

GOST 9061-68 recomenda o uso de aço cimentado superficial resistente ao desgaste 20X com uma dureza superficial de 56...61 HRC a uma profundidade de 0,8...1,2 mm como material para fazer o came. Mas, na prática, uma pinça excêntrica é feita de uma ampla variedade de materiais, dependendo da finalidade, das condições de operação e das capacidades tecnológicas disponíveis.

Usando uma pequena mesa em Excel criado com base nessas fórmulas, você pode aprender a determinar de forma rápida e fácil os principais parâmetros das pinças para cames feitos de qualquer material, bastando lembrar de alterar os valores dos coeficientes de atrito nos dados iniciais.

No exemplo mostrado na captura de tela, com base nas dimensões fornecidas do excêntrico e na força aplicada ao cabo, é determinado o tamanho de montagem do eixo de rotação do came até a superfície de apoio, levando em consideração a espessura da peça , a condição de autofrenagem é verificada, a força de fixação e o coeficiente de transferência de força são calculados.

Este arquivo de cálculo pode ser encontrado no site www.al-vo.ru.

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Eles são os mecanismos de fixação manuais de ação mais rápida. Em termos de velocidade, são comparáveis ​​às pinças pneumáticas. Os excêntricos trabalham com base no princípio da cunha.

São usados ​​​​dois tipos de design de excêntricos - circulares e curvos. Os excêntricos circulares são um disco ou rolo com um eixo de rotação deslocado. Eles são mais difundidos porque são fáceis de fabricar. Os excêntricos curvilíneos têm um perfil delineado ao longo de uma espiral arquimediana ou logarítmica.

Desvantagens dos grampos excêntricos:

Curso pequeno, limitado pela excentricidade.

Inconsistência da força de fixação em um lote de peças quando fixadas com excêntrico circular.

Aumento da fadiga do trabalhador devido à propriedade.

Inaplicável ao trabalhar com choques ou vibrações devido ao risco de desprendimento.

Apesar dessas desvantagens, os grampos de came são amplamente utilizados em acessórios, especialmente para produção em pequena escala e em massa. Isto se deve à simplicidade do projeto, baixo custo de fabricação e alta produtividade.

A inconstância da força de fixação do excêntrico circular está associada à irregularidade do ângulo de levantamento da cunha curva. O excêntrico circular fixa a peça de trabalho satisfatoriamente em ângulos de rotação de trabalho β=30...130. Mesmo em tais ângulos de rotação, o valor da força de fixação flutua em 20...25%.

A prática estabeleceu que os excêntricos com R/e 7 funcionam bem. Eles fornecem deslocamento suficiente em um ângulo de rotação β dentro de 135 e garantem a autofrenagem do excêntrico.

Os excêntricos curvilíneos garantem uma força de fixação constante, uma vez que o seu ângulo de elevação é constante. Mas estes excêntricos são difíceis de fabricar e, portanto, a sua utilização é limitada.

Cálculo da força de fixação

A força de fixação de um excêntrico circular pode ser determinada com precisão suficiente para cálculos práticos, substituindo a ação do excêntrico pela ação de uma cunha plana de bisel único com um ângulo α na folga entre o munhão e a superfície da peça de trabalho. O diagrama de tal substituição e as forças que atuam nas cunhas excêntrica e fictícia são mostrados na Fig.

Arroz. 4,79. Diagrama de forças atuando na cunha excêntrica e fictícia

No diagrama, a força W 1 é a força que atua no plano da pinça PP em um ângulo α. A força T=W 1 α atua ao longo do plano de fixação. Esta força pode ser considerada externa, atuando na cunha KSR com ângulo α. Usando a fórmula para calcular uma cunha plana de bisel único, podemos escrever:

A força W 1 pode ser determinada considerando o equilíbrio do excêntrico:

Desde então.

Vamos substituir o valor de W 1 na fórmula (1) e omitir α como um valor próximo da unidade em pequenos ângulos α:

onde R 1 e α são quantidades variáveis.

Os dados iniciais para o cálculo das dimensões principais de um excêntrico redondo (Fig. 8.3) são: δ - tolerância no tamanho da peça desde sua base de montagem até o local onde é aplicada a força de fixação, mm; α - ângulo de rotação do excêntrico a partir da posição zero (inicial); P- força de fixação da peça, N.

Arroz. 8.3. Grampos excêntricos:

A - excêntrico de disco, b - excêntrico com pinça em forma de L

Se o ângulo de rotação do excêntrico não for limitado, então

2e=s 1 +d+s 2 +

onde s 1 é a folga para entrada livre da peça sob o excêntrico; s 2 - reserva de marcha do excêntrico, protegendo-o de passar pelo ponto morto (leva em consideração o desgaste do excêntrico); J.- rigidez do dispositivo de fixação, N/mm.

O último termo da fórmula caracteriza o aumento da distância entre o excêntrico e a peça em decorrência da deformação elástica do sistema de fixação. Com s 1 = 0,2÷0,4 mm e s 2 = 0,4÷0,6 mm

e= +(0,3÷0,5)mm

Se o ângulo de rotação α for significativamente menor que 180°,

e= (8.4)

Encontramos o raio do pino excêntrico (mm) tomando a largura d;

R=P/2bσ centímetros, (8,5)

Onde σ cm - tensão de rolamento admissível (15-20 MPa).

No b = 2r

Raio excêntrico R encontramos nas condições de autofrenagem. A partir do diagrama de forças que atuam no excêntrico (Fig. 8.4, A) segue-se que a resultante T reações P e forças de atrito F deve ser igual à reação do eixo que passa tangencialmente ao círculo de atrito de raio ρ e direcionado em direção oposta a ele:

onde j = ângulo de atrito estático.

No e≤p R min = e+ R+ Δ, onde Δ é a espessura do jumper (Fig. 8.4, b).

Arroz. 8.4. Esquema para cálculo de potência de excêntricos

O raio ρ do círculo de atrito é determinado a partir da igualdade ρ = f"r, Onde f" - coeficiente de atrito estático no eixo. Valores j e f"deve ser considerado no menor limite. Para superfícies semi-secas, j = 8° pode ser considerado e f" = 0,12÷0,15.

Ângulo de rotação α 1 (ver Fig. 8.4, A) para a posição menos vantajosa do excêntrico encontramos usando a fórmula α 1 = 90° - j.

Largura da parte funcional do excêntrico EM determinamos a partir da fórmula

σ=0,565

onde σ é a tensão admissível no ponto de contato do excêntrico com a peça. Para aço endurecido, você pode considerar σ = 800÷1200 MPa; E 1 E 2 - módulos elásticos, respectivamente, dos materiais do excêntrico e do elemento em contato com ele (parte intermediária ou peça), MPa; µ 1, µ 2 - Razões de Poisson para os materiais do excêntrico e do elemento em contato com ele.

No E 1 =E 2 =E e µ 1 =µ 2 = 0,25 obtemos

de onde (em R em mm)

B= 0,17 milímetros. (8.6)

Dimensões excêntricas e, r, R E EM coordenado com GOST.

Para estabelecer a relação entre a força de fixação P e o momento no manípulo excêntrico no final da fixação da peça, utilizaremos o diagrama mostrado na Fig. 8.4, b. Durante o processo de fixação, três forças atuam no excêntrico: a força na alça N, reação da peça T e a reação do eixo S. Sob a influência dessas forças, o sistema está em equilíbrio. Reação T representa a força resultante P e forças de atrito F. A soma dos momentos de todas as forças atuantes em relação ao eixo de rotação excêntrico

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

Onde f- coeficiente de atrito entre o excêntrico e a peça.

A força S difere pouco em magnitude da força normal Q. Tomando S" Q, temos o momento na alça excêntrica

Nl= P[fR+ ρ + e(pecado α" +f cos α")].

Para simplificar a expressão resultante, aceitamos:

1) fR = tg j R"pecado jR(em j= 6° o erro é menor que 1%);

2) expressão pecado α" +f cos α" substitua sin (α" +j) (erro 1%). Após as substituições obtemos

Nl=Q(8.7)

Dada a expressão para R, Nós temos

Nl= eQ. (8.8)

De acordo com esta fórmula, o momento Nl encontrado com uma precisão de 10%.

Movendo o ponto de contato do excêntrico com o plano quando ele é girado em um ângulo α a partir da posição inicial (Fig. 8.5, a)

x = e- Com= e- e cos α = e(1 - cosα).

Arroz. 8.5. Esquemas para calcular o movimento do ponto de contato do excêntrico com o plano durante sua rotação

Na Fig. 8,5 b alteração mostrada X de α. Considerando que

x=s 1 +d+ ,

porque α = 1- ; α "=180º - α

Substituindo o valor encontrado α "na fórmula (8.8), podemos expressar o momento na alavanca excêntrica através dos valores iniciais.

Cálculo de grampos de cunha

Os grampos em cunha são usados ​​como elo intermediário em sistemas de fixação complexos. São fáceis de fabricar, compactos, facilmente colocados no dispositivo e permitem aumentar e alterar a direção da força transmitida. Em certos ângulos, o mecanismo de cunha possui propriedades de autofrenagem. Para a cunha de bisel único mais comum em dispositivos (Fig. 8.6, a) sob a ação de forças em ângulo reto, temos a seguinte dependência obtida do polígono de forças:

. . (8.9)

Com sinal de menos na fórmula, temos uma dependência para desprender a cunha. A autofrenagem ocorre em α< φ 1 + φ 2 . Если φ 1 = φ 2 .= φ 3 = φ. то зависимость упрощается:

Arroz. 8.6. Ação das forças no mecanismo de cunha:

a - com ângulo de 90°; b - com um ângulo superior a 90°

Ao transmitir forças em um ângulo β > 90° (Fig. 8.6, b) a relação entre P e Q do polígono de forças tem a forma (em 90 + α > β)

Se o ângulo de atrito for constante e igual a φ, então

.

Cálculo de braçadeiras de alavanca

Os grampos de alavanca, semelhantes aos grampos de cunha, são usados ​​em combinação com outros grampos elementares, formando sistemas de fixação mais complexos. Usando uma alavanca, a magnitude e a direção da força transmitida são alteradas e a peça de trabalho é fixada simultânea e uniformemente em dois lugares.

Fácil de fabricar, com alto ganho, uma pinça excêntrica bastante compacta, que é uma espécie de mecanismo de came, tem outra, sem dúvida, principal vantagem...

... – desempenho instantâneo. Se para “ligar e desligar” uma pinça de parafuso muitas vezes é necessário dar pelo menos algumas voltas em uma direção e depois na outra, então ao usar uma pinça excêntrica basta girar a manivela apenas um quarto vez. É claro que eles são superiores aos excêntricos em termos de força de fixação e curso de trabalho, mas com espessura constante das peças fixadas na produção em massa, o uso de excêntricos é extremamente conveniente e eficaz. O uso generalizado de pinças excêntricas, por exemplo, em estoques para montagem e soldagem de estruturas metálicas de pequeno porte e elementos de equipamentos não padronizados, aumenta significativamente a produtividade do trabalho.

A superfície de trabalho do came é geralmente feita na forma de um cilindro com um círculo ou espiral de Arquimedes na base. Mais adiante neste artigo falaremos sobre a pinça excêntrica redonda mais comum e tecnologicamente mais avançada.

As dimensões dos cames redondos excêntricos para máquinas-ferramentas são padronizadas em GOST 9061-68*. A excentricidade dos cames redondos neste documento é definida como 1/20 do diâmetro externo para garantir condições de autofrenagem em toda a faixa operacional de ângulos de rotação com um coeficiente de atrito de 0,1 ou mais.

A figura abaixo mostra o diagrama geométrico do mecanismo de fixação. A parte fixa é pressionada contra a superfície de suporte girando a alça excêntrica no sentido anti-horário em torno de um eixo rigidamente fixado em relação ao suporte.

A posição do mecanismo mostrado é caracterizada pelo ângulo máximo possível α , enquanto a linha reta que passa pelo eixo de rotação e pelo centro do círculo excêntrico é perpendicular à linha reta traçada pelo ponto de contato da peça com o came e o ponto central do círculo externo.

Se você girar o came 90˚ no sentido horário em relação à posição mostrada no diagrama, uma lacuna será formada entre a peça e a superfície de trabalho do excêntrico igual em magnitude à excentricidade e. Esta folga é necessária para a livre instalação e remoção da peça.

Programa em MS Excel:

No exemplo mostrado na captura de tela, com base nas dimensões fornecidas do excêntrico e na força aplicada ao cabo, é determinado o tamanho de montagem do eixo de rotação do came até a superfície de apoio, levando em consideração a espessura da peça , a condição de autofrenagem é verificada, a força de fixação e o coeficiente de transferência de força são calculados.

O valor do coeficiente de atrito “parte - excêntrico” corresponde ao caso “aço sobre aço sem lubrificação”. O valor do coeficiente de atrito “eixo - excêntrico” é selecionado para a opção “aço sobre aço com lubrificação”. A redução do atrito em ambos os locais aumenta a eficiência energética do mecanismo, mas a redução do atrito na área de contato entre a peça e o came leva ao desaparecimento da autofrenagem.

Algoritmo:

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. UMA =s +R *cos (α )

14. e ≤ R*f 1+ (d/2)* f2

Se a condição for atendida, a autofrenagem é garantida.

15. F = P * eu * porque(α )/(R * tg(α +φ 1 )+(d /2)* tg(φ2))

1 6 . k = F/P

Conclusão.

A posição da pinça excêntrica escolhida para os cálculos e mostrada no diagrama é a mais “desfavorável” do ponto de vista da autofrenagem e ganho de resistência. Mas esta escolha não é acidental. Se em tal posição de trabalho a potência calculada e os parâmetros geométricos satisfizerem o projetista, então em qualquer outra posição o grampo excêntrico terá um coeficiente de transmissão de força ainda maior e melhores condições de autofrenagem.

Ao projetar, afastando-se da posição considerada para reduzir o tamanho A se outras dimensões forem mantidas inalteradas, reduzirá a folga para instalação da peça.

Aumento de tamanho A pode criar uma situação em que o excêntrico se desgasta durante a operação e flutuações significativas na espessura é, quando é simplesmente impossível fixar a peça.

O artigo deliberadamente não mencionou nada até agora sobre os materiais com os quais os cames podem ser feitos. GOST 9061-68 recomenda o uso de aço cimentado superficialmente resistente ao desgaste 20X para aumentar a durabilidade. Mas, na prática, uma pinça excêntrica é feita de uma ampla variedade de materiais, dependendo da finalidade, das condições de operação e das capacidades tecnológicas disponíveis. O cálculo apresentado acima no Excel permite determinar os parâmetros de pinças para cames feitos de qualquer material, basta lembrar de alterar os valores dos coeficientes de atrito nos dados iniciais.

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As pinças excêntricas são fáceis de fabricar e por isso são amplamente utilizadas em máquinas-ferramenta. O uso de grampos excêntricos pode reduzir significativamente o tempo de fixação de uma peça de trabalho, mas a força de fixação é inferior aos grampos roscados.

Os grampos excêntricos são fabricados em combinação com e sem grampos.

Considere uma pinça excêntrica com pinça.

Os grampos excêntricos não podem trabalhar com desvios de tolerância significativos (±δ) da peça de trabalho. Para grandes desvios de tolerância, o grampo requer ajuste constante com o parafuso 1.

Os materiais utilizados para a fabricação do excêntrico são U7A, U8A Com tratamento térmico para HR de 50....55 unidades, aço 20X com carburação até uma profundidade de 0,8...1,2 Com endurecimento HR de 55...60 unidades.

Vejamos o diagrama excêntrico. A linha KN divide o excêntrico em dois? metades simétricas consistindo, por assim dizer, de 2 x cunhas aparafusadas no “círculo inicial”.

O eixo de rotação excêntrico é deslocado em relação ao seu eixo geométrico pela quantidade de excentricidade “e”.

A seção Nm da cunha inferior é normalmente usada para fixação.

Considerando o mecanismo como um mecanismo combinado composto por uma alavanca L e uma cunha com atrito em duas superfícies do eixo e ponto “m” (ponto de fixação), obtemos uma relação de forças para cálculo da força de fixação.

onde Q é a força de fixação

P - força na alça

L - alça de ombro

r - distância do eixo de rotação excêntrico ao ponto de contato Com

peça de trabalho

α - ângulo de subida da curva

α 1 - ângulo de atrito entre o excêntrico e a peça

α 2 - ângulo de atrito no eixo excêntrico

Para evitar o afastamento do excêntrico durante a operação, é necessário observar a condição de autofrenagem do excêntrico

onde α - ângulo de atrito deslizante no ponto de contato com a peça de trabalho ø - coeficiente de fricção

Para cálculos aproximados de Q - 12P, considere o diagrama de uma pinça dupla-face com excêntrico

Grampos de cunha

Dispositivos de fixação por cunha são amplamente utilizados em máquinas-ferramentas. Seu elemento principal é uma, duas e três cunhas chanfradas. A utilização de tais elementos se deve à simplicidade e compacidade dos projetos, rapidez de ação e confiabilidade na operação, possibilidade de utilizá-los como elemento de fixação atuando diretamente na peça a ser fixada, e como elo intermediário, por exemplo, um link amplificador em outros dispositivos de fixação. Normalmente são usadas cunhas de autofrenagem. A condição para autofrenagem de uma cunha de bisel único é expressa pela dependência

α > 2ρ

Onde α - ângulo de cunha

ρ - o ângulo de atrito nas superfícies G e H de contato entre a cunha e as peças correspondentes.

A autofrenagem é garantida no ângulo α = 12°, no entanto, para evitar que vibrações e flutuações de carga durante o uso do grampo enfraqueçam a peça de trabalho, cunhas com um ângulo α são frequentemente usadas<12°.

Devido ao fato de que a diminuição do ângulo leva ao aumento

propriedades de autofrenagem da cunha, é necessário, ao projetar o acionamento do mecanismo de cunha, fornecer dispositivos que facilitem a remoção da cunha do estado de trabalho, uma vez que liberar uma cunha carregada é mais difícil do que colocá-la no estado de trabalho.

Isto pode ser conseguido conectando a haste do atuador a uma cunha. Quando a haste 1 se move para a esquerda, ela passa pelo caminho “1” até a marcha lenta e, a seguir, ao atingir o pino 2, pressionado na cunha 3, empurra esta para fora. Quando a haste se move para trás, ela também empurra a cunha para a posição de trabalho ao bater no pino. Isso deve ser levado em consideração nos casos em que o mecanismo de cunha é acionado por acionamento pneumático ou hidráulico. Então, para garantir a operação confiável do mecanismo, diferentes pressões de líquido ou ar comprimido devem ser criadas em diferentes lados do pistão de acionamento. Essa diferença na utilização de atuadores pneumáticos pode ser alcançada através da utilização de uma válvula redutora de pressão em um dos tubos que fornecem ar ou líquido ao cilindro. Nos casos em que não seja necessária a autofrenagem, é aconselhável utilizar roletes nas superfícies de contato da cunha com as partes correspondentes do dispositivo, facilitando assim a inserção da cunha em sua posição original. Nestes casos é necessário travar a cunha.