一种适用于大尺寸孔用卡簧的简易卡簧钳设计.pdf

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工芝/工装/想目/断/別/组修/改适 SOLUTION
种适用于大尺寸孔用卡簧的简易卡簧设计
李杰,胡军科2,周创辉2
(1.三一智能控制设备有限公司,长沙4101002.中南大学机电工程学院,长沙410083)
摘要:分析了孔用卡簧拆卸时的受力状态,对普通卡簧钳工作状态进行了受力分析,建立了相应的数学方程,针对普通
卡簧钳不能很好地用于大尺寸卡簧的拆卸,提出了一种り型简易卡簧的设计方案,并进行了受力分析,给出了设计实例。
关键词卡簧;受力分析;挠度
中图分类号:TS914.5
文献标识码:A
文章编号:1002-233(201110-0139-02
1引言
卡簧钳是机械设备维修中一种常用工具,卡簧错有
孔用和轴用两种,常态时针口打开的是孔用卡簧钳,钳口
闭合的是轴用卡簧钳。对于小尺寸的卡簧,变形应力较
小,操作工人在卡簧钳上施加不太大的力即可完成对卡
簧的拆装。但随着机械设备大型化,有些场合用到的孔用
卡簧尺寸较大,因材料硬度高,弹性模量大,拆装时需要
图2普通卡簧钳工作图
很大的力。市面上普通的孔用卡簧钳都是按通用结构设
则由莫尔积分法可得切口变形量与施加的外力F之
计成锥形,不具针对性,不能自锁,手柄上施加的力越大,间的关系为:
卡簧钳头部越容易从卡簧的小孔中滑脱出来。对于大尺
寸的卡簧拆装,需要操作人员手臂力气足够大,而且操作
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时要小心翼翼,稍有不慎卡簧就会弹出伤人。部分设备生
产厂家有专门的操作台,也有相应的专用设备,不存在上
。FR- cosgp)IR(1-cos)lRl
述问题,但对于普通维修,不便于运回原厂,因费用较高,
=FR[(2cse+1)(m-a)+3sn(2a)]
(3)
耗时很久,一些进口设备更是如此。更多时需要现场维
E
修,此时,设备生产厂家的专用设备根本用不上。针对这
式中,E为卡簧材料的弹性模量,为截面惯性矩。
种情况,以博世力士乐A6VM355马达売体上的孔用卡簧
对式(3)稍做变形可得F力的计算公式为:
为例,本文提出了一种简易卡簧钳设计方案,经过实践验
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4
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证效果不错。
2卡簧变形应力分析
式中,K=(2eose+)(ma)+3sin(2a),是与a有关的系数。
如图1所示,实际3普通卡簧钳结构分析
的卡簧截面大小不是
为了适应不同尺寸的卡簧,普通卡簧钳钳口结构如
H
均匀的,从最底部到开图2所示为锥形,夹持状态时,卡簧小孔不是全部与钳头
口位置附近逐渐变小,接触,只有内侧相接触的一小部分面上受力。
底部受应力最大,尺寸
做出其等效受力示意图,卡簧与钳头之间的作用力F
也最大。为了计算方垂直于钳头锥形的母线。Fカ可分解为ー个水平方向的分
便,可将卡簧等效为均力F,该力的作用是使卡簧开口捏合变形;沿卡簧轴向的
图1孔用卡簧结构图
匀圆环,在非精确计算分力,在,力作用下钳头有从卡簧小孔中滑出的趋势。
时是可以的。
与F之间满足:F= P, tana,半圆锥角a一般约为8°
由于轴力和剪力对变形的影响很小,可以忽略,只考15°。摩擦力F与正压力、有关,当摩擦系数μ与钳头圆
虑卡簧钳施加的F力产生的弯矩影响。依据材料力学莫锥角a满足ル≥tana,则可以实现自锁,即不存在F力作
尔积分法建立物理模型,沿钳头部作用力F方向作用ー用下钳头从卡簧小孔中滑出的问题。但事实上,钢和钢之
对方向相反的单位力。根据对称性只考虑半环,最后将结间的干摩擦系数从=0.15,而tan10°-0.176,a一般大于
果乘以2。图2中表示卡簧上半部分受力的情况,由载荷10°,所以自锁是不会实现的。
F可得(R为卡簧半径):M(q)=FR(1-cosp)
在拆装卡簧过程中,除了捏合钳子的横向力,还需施
由单位力可得M(9)=R(1-cosp
(2)加轴向力以防止错头从卡簧小孔中滑出。钳子的设计按
机械工程师2011年第10期139
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照杠杆原理计算,大概可省力2/3,即手柄上施加的横向
钳头B处的变形量至少应与式(3)中卡簧开口的变
捏合力为F、的13大小。半圆锥角a为10°左右,パ=形量一致、所以a=ユ6,将相应的值带入式(6),可得螺
0.176F,由于接触面积极小,几乎是线接触,卡与卡簧
小孔加工的很光滑,摩擦力很小,因此还需对钳子施加的栓的拉应力F,再通过机械设计手册进行常规校核即可。
纵向力约为F的16大小。
5应用实例
对于小尺寸的卡簧,由式(3)可知,变形量较小时,F
德国力士乐公司A6VM355液压马达売体孔用卡簧,
也比较小,即需捏合力较小,F的16就会更小,也就不会材料为65Mn钢。自由状态下,卡簧圆环外直径D2=
出现打滑的情况。当卡簧尺寸较大时,使其变形的横向力228mm,内直径D1=216mm,两小孔之间距离H=69.4m
F,很大,可达到600N以上,有的甚至可达1000以上,小孔直径为6mm。卡簧环截面为一矩形,卡簧厚度b=
同时纵向力F,也达100N按照前述的物理关系,每只手4.6m,等效内外径尺す差h=lm由于安装卡簧的马
上仍需使上约200N的横向力和近100N的纵向力。很显达壳体孔径为216m,理论上必须使卡簧外径缩小至
然,在拆装大尺寸卡簧时,使用普通卡簧钳操作非常费216mm,卡簧才能从孔中取出或装入。此时,两孔之间的
力,稍有不慎,卡簧钳滑出,甚至卡簧弹出伤人。
距离F=49.,2mm,D2'=216mm,D1'=204mm。
4U型卡簧钳设计思路
切口变形量8=20.2m,环的截面惯性矩I=
由以上分析可知,F、是使卡簧变形必需的作用力,不584m1,65Mm钢的弹性模量E=206GPa,等效半径R=
能减少,但可以用机械来替代人力:而F是由于针头的圆216mm,代入式(4)可得F-800N。普通卡簧钳按照13的
锥形状引起的,通过减少半圆锥角a是可以消除的,针头省力结构计算,每只手至少需施加横向力230N,织向力
可设计成圆锥Q=0°,则F=0。
120N。这么大的力对于一个体力较好、经常干体力活的工
如图3所示,人而言不算很大,但多数维修人员均不具有这么大的臂
U型结构钳身制力,况且对于尺寸更大的马达或者是其他设备,卡簧尺す
造简单,与普通钳更大,所需的捏合力也会更大,超出人力范围是很正常
子相比不省力,但的。所以,必须使用新的卡簧错。
是螺栓可提供足
初步选取钳身截面尺寸为d8mm,螺栓处钳身增至
够的拉力,拧扳手12mm,削成扁平结构,钳头和卡簧小孔同尺す为的6mmo
图3U型卡簧结构图
所用的力远比捏通过式(6)进行校核计算,最后选择螺栓尺寸为M6即可
合卡簧钳小得多。在不发生干涉的条件下,螺栓越靠近钳满足条件。
头,则螺栓上受到的拉力越小。由于卡簧上小孔的尺寸限6结论
制,钳子头部直径很小,一般只有5~8mm,而针身的尺寸
基于卡簧拆卸时的应力分析,给出了卡簧应变力的
一般较大,为了避免应力集中,错头和钳身之间要设计成计算公式。针对普通卡簧钳工作状态下的应力分析,解
圆锥过渡。另外,U型钳身是由直钢材弯折的,冷作完成释了普通卡簧钳打