Конструкции фиксаторов

Конструкции фиксаторов

Фиксаторы применяют для стопорения детали, движущейся относительно другой детали в прямолинейных направляющих или вращающейся относительно последней на оси.

Фиксация может быть бесступенчатой — с остановкой подвижной детали в любом положении, или ступенчатой — с остановкой через заданные интервалы.

Фиксация может быть упругой или жесткой. В первом случае фиксатор удерживает деталь с определенной силой (обычно небольшой). Для перевода детали из одного положения в другое требуется преодоление этой силы. Во втором случае фиксатор вводится в гнезда, расположенные на неподвижной детали, и держит подвижную деталь жестко. Для перевода детали из одного положения в другое нужно предварительно вывести фиксатор из гнезда.

Конструкция шарикового фиксатора

Простейший вид упругого фиксатора — шарик, заложенный в цилиндрическое отверстие в одной из деталей и нагруженный пружиной (рис. 404). Под действием пружины шарик заскакивает в гнездо, проделанное в другой детали, и держит деталь в этом положении с силой, пропорциональной натяжению пружины и углу наклона стенок гнезда. Для перемещения детали в другое положение необходимо приложить усилие в направлении перемещения, достаточное для сжатия пружины и вывода шарика из гнезда.

В конструктивном отношении шариковый фиксатор обладает рядом недостатков. Во избежание заклинивания шарик должен быть погружен в отверстие настолько, чтобы при крайнем положении его центр не доходил до кромок отверстия на расстояние (а) (рис. 404, II), что ограничивает глубину фиксирующего гнезда. Центрирование пружины на шарике нежесткое. Трудно зафиксировать шарик от выпадения из отверстия при разборке соединения.

Цилиндрические фиксаторы со сферической рабочей частью

Такие недостатки не присущи цилиндрическим фиксаторам со сферической рабочей поверхностью (рис. 405, I, II). Задача фиксации плунжера в продольном направлении легко решается, например, способом, изображенным на рис. 405, II.

Формы гнезд для цилиндрических фиксаторов

В конструкции на рис. 406, I фиксатор скользит по плоской поверхности. Эта схема применяется для бесступенчатой фиксации. Фиксатор в данном случае играет роль тормоза; деталь удерживается силой трения фиксатора по плоской поверхности.

В конструкции на рис. 406, II гнездо сферическое. Эта схема нерациональна во многих отношениях. Во-первых, изготовление сферического гнезда затруднительно, во-вторых, сила фиксации неопределенна, она зависит от того, в какой точке сферы происходит касание фиксатора и гнезда, т. е. зависит от точности изготовления охватывающей и охватываемой сфер. В конструкции (рис. 406, III) с гнездом, имеющим диаметр, больший диаметра сферы фиксатора, фиксация положения детали нежесткая. Лучше конструкции с коническим гнездом (рис. 406, IV—VII). Изменяя угол конуса, можно регулировать силу фиксации, т. е. силу, с которой фиксатор держит деталь при полном погружении сферы в гнездо.

Сила, необходимая для срывания с фиксатора, определяется из соотношения T ≈ Q/tg (α/2), где Q — сила затяжки пружины; α — угол конуса гнезда (рис, 406, VII). При уменьшении угла конуса до определенного значения соединение приобретает способность самоторможения; фиксация становится жесткой.

На рис. 406, VIII, IX изображены случаи жесткой фиксации заходом цилиндрической части фиксатора в цилиндрическое гнездо.

Цилиндрические и цилиндроконические фиксаторы

На рис. 407, I—IX показаны цилиндрические и цилиндроконические фиксаторы. Конические фиксаторы обеспечивают более точную фиксацию, чем сферические и цилиндрические. При перемещении детали, несущей фиксатор, относительно неподвижной детали, на конической поверхности фиксатора возникает стремящаяся поднять фиксатор сила (рис. 408)

Fixatory 5

где Q — сила пружины, нагружающей фиксатор; α/2 — половина центрального угла конуса.

Схема сил, действующая на конический фиксатор

Сила Р вызывает в крайних точках направляющих фиксатора реактивные силы

Fixatory 7

Подъему фиксатора противодействуют силы трения N1f и N2f (где f —коэффициент трения), а также осевая составляющая силы трения Рf, возникающая в точке приложения силы Р и равная P·f·cos α/2.

Из условия равновесия

Fixatory 8

Подставив в это уравнение значения N1 и N2 из выражений (132) и (133), получим

Fixatory 9

Это выражение определяет предельный угол α, при котором еще возможен подъем фиксатора. При меньших значениях угла α соединение получается самотормозящим.

Для фиксаторов с небольшим вылетом конуса относительно направляющей отношение L/l обычно равно 1,2—1,3. Коэффициент трения f можно принять равным 0,1.

Подставив эти значения в выражение (134), получим tg α/2 = 0,24—0,26, откуда α/2 ≈ 15° и угол при вершине конуса α ≈ 30°.

В приведенных выше соотношениях не учтены реактивные силы трения в направляющих детали, несущей фиксатор. Если деталь поворотная, то это сила трения на оси поворота детали, равная f·P· cos α/2 и создающая на оси фиксатора силу, противодействующую повороту, равную f·Р·r·(cos α/2)/R, где r — радиус оси поворота, R — расстояние от фиксатора до оси поворота. Если деталь, несущая фиксатор, движется прямолинейно, то это — силы трения, противодействующие прямолинейному перемещению детали и зависящие от конструкции и расположения направляющих. Из-за наличия этих дополнительных сил самоторможение практически наступает уже при центральном угле конуса α = 35 —40°.

Однако, учитывая возможные колебания коэффициента трения, следует для уверенного самоторможения принимать значения α < 25°. Если же соединение, напротив, должно срываться под действием сдвигающих сил, то следует принимать a > 60°. Те же соотношения справедливы и для сферических фиксаторов (в данном случае α — центральный угол конического отверстия, в которое входит сфера фиксатора).

Конструктивные разновидности фиксаторов

Конструктивные разновидности фиксаторов приведены на рис. 409. На рис. 409, I—V показаны шариковые фиксаторы; на рис 409, II — фиксатор с регулировкой силы затяжки пружины.

Выпадение шарика из отверстия предупреждают подвальцовкой кромок отверстия (рис. 409, III) в детали (если деталь выполнена из пластичного металла) или в промежуточном корпусе из пластичного металла (рис. 409, IV, V).

Конструкции, изображенные на рис 409, IV, V — агрегатированные: фиксатор устанавливается на деталь в сборе как отдельный узел.

На рис. 409, VI—XIII показаны цилиндросферические фиксаторы. Конструкции на рис. 409, VII—IX — агрегатированные. В конструкции на рис. 409, IX фиксатор застрахован от выпадения цилиндрическим штифтом, пропущенным через отверстия в корпусе и окна в стержне фиксатора.

На рис. 409, X—XIV показаны цилиндрические фиксаторы для жесткой фиксации. Обязательны конус-искатель на цилиндре и заходная фаска в гнезде. Как и во всякой конструкции с жесткой фиксацией, должны быть предусмотрены средства извлечения фиксатора из гнезда.

На рис. 409, XV—XVII изображены цилиндроконические фиксаторы; конструкция на рис. 409, XVII — агрегатированная.

Клиновой фиксатор (рис. 409, XVIII), входящий в треугольную прорезь детали, должен быть застрахован от проворачивания в отверстии. В конструкции фиксатор удерживается от поворота лысками на хвостовике, пропущенном через фигурное отверстие в корпусе.

Фиксации втулок на валах

На рис. 410 показаны примеры фиксации втулок на валах. В конструкциях на рис. 410, I, II фиксация упругая, в конструкциях на рис. 410, III—VI — жесткая. В случае жесткой фиксации должны быть предусмотрены отверстия для утопления фиксаторов при разборке соединения.

В конструкциях на рис. 410, I—IV втулка фиксируется только в осевом направлении заходом фиксаторов в кольцевую выточку и имеет свободу вращения относительно вала; в конструкциях на рис. 410, V, VI фиксаторы заходят в отверстие втулки; втулка зафиксирована в осевом и угловом направлениях.

В конструкциях, подобных изображенным на рис. 410, IV, V, желательно упорные буртики фиксаторов выполнять по сфере диаметром, равным диаметру внутренней полости вала, для обеспечения надежного прилегания буртиков к стенкам полости.

Фиксации концентричных деталей пружинными кольцами

Концентричные цилиндрические детали часто фиксируют в осевом направлении относительно друг друга разными пружинными кольцами. Кольцо устанавливается в выточку наружной детали (рис. 411, I) и при введении одной детали в другую заскакивает в кольцевую выточку вала Возможна и обратная схема; кольцо устанавливается в выточку вала (рис. 411, II) и заскакивает в выточку наружной детали.

Фиксация пружинным кольцом

Для надежного действия фиксатора необходимо, чтобы в первом случае внутренний диаметр d1 кольца в свободном состоянии (рис. 412, I) был несколько меньше внутреннего диаметра выточки на валу. В рабочем состоянии кольцо должно несколько утопать в выточке наружной детали (величина а, рис. 412, III).

Фиксация пружинным кольцом

Во втором случае наружный диаметр D1 кольца в свободном состоянии (рис. 413, I) должен быть несколько больше наружного диаметра D2 выточки в корпусе. В рабочем состоянии кольцо должно несколько утопать в выточке вала (величина а, рис. 413, III).

Фиксация пружинным кольцом

Фиксация кольцами круглого сечения — упругая. При необходимости жесткой фиксации применяют кольца прямоугольного сечения (рис. 414, I, II, III).

При кольцах с биконической поверхностью (рис. 415, I, II, III) фиксация может быть в зависимости от угла конуса упругой или жесткой.

Фиксация пружинным кольцом

На рис. 416 изображены типовые конструкции фиксирующих поворотных рукояток. В конструкции на рис. 416, I фиксирующий штырь (а), скользящий во втулке (б), укрепленной на рукоятке (в), заходит в конические отверстия на неподвижном лимбе (г). Для выхода фиксатора из отверстия необходимо оттянуть ручку (д), после чего фиксатор может быть установлен в другое отверстие лимба.

Поворотные фиксирующие рукоятки

Удобнее в обращении конструкция на рис. 416, II, где фиксирующий штырь соединен с ручкой (д) многозаходной резьбой. Вывод фиксатора из отверстия лимба осуществляется поворотом ручки (д) вокруг оси.

На рис. 416, III изображена рукоятка с бесступенчатой фиксацией. В этом случае фиксирующий штырь перемещается в пазу лимба, выполненном по дуге окружности с центром, совпадающим с осью вращения рукоятки. Фиксация в любом положении осуществляется поворотом ручки (д) вокруг ее оси, что сопровождается затяжкой рукоятки на лимб. Для освобождения фиксатора ручку поворачивают в обратном направлении.