槽輪間歇回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計

摘 要 槽輪機構(gòu)是由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇運動機構(gòu)，又稱馬爾他機構(gòu)。它常被用來將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成從動件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動。槽輪機構(gòu)有外嚙合和內(nèi)嚙合以及球面槽輪等。外嚙合槽輪機構(gòu)的槽輪和轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)向相反 ,而內(nèi)嚙合則相同，球面槽輪可在兩相交軸之間進行間歇傳動。 傳統(tǒng)的槽輪機構(gòu)在曲柄上的圓銷進入或脫離槽輪嚙合瞬間，其角加速度較大。為使槽輪機構(gòu)傳動平穩(wěn)，減少沖擊現(xiàn)象，本設(shè)計采用采用一種修正槽輪機構(gòu)，它是利用圓銷偏心的行星運動和槽輪嚙合來實現(xiàn)，使傳動更趨平穩(wěn)。 本 設(shè)計中的 修正槽輪機構(gòu)是用于塑料顆粒物用 塑料薄膜制袋充填封口后，將塑料袋進行堆集的簡式集裝入庫裝置中回轉(zhuǎn)柵板部件里的一個轉(zhuǎn)位機構(gòu)。它通過改變柱銷進入或退出嚙合時的撞擊現(xiàn)象，即使其進入或退出嚙合時瞬時角加速度等于零， 從 而使槽輪機構(gòu)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、能傳遞一定的動力，擴大其使用范圍。 在分析了槽輪機構(gòu)工作原理和設(shè)計中所存在的問題基礎(chǔ)上 ,建立 數(shù)學(xué)模型 ,并對參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計 ,能 有效地解決了槽輪機構(gòu)在運動過程中的不平穩(wěn)性 ,最大限度的降低 沖擊 ,為進一步和 CAD 系統(tǒng)的連接提供了有效途徑。 關(guān)鍵詞： 修正槽輪機構(gòu)；間歇；優(yōu)化設(shè)計 Abstract The geneva mechanism is composed of sheaves and cylindrical pin unidirectional intermittent motion mechanism, also known as Malta institutions. It is often used to active continuously rotating parts to convert follower with a one-way stop periodic rotation. Sheave outer meshing with the ring and the spherical sheaves. The external mesh the Geneva mechanism sheave and turn turn in the opposite arm, internal meshing same spherical sheaves intermittent transmission between two intersecting axes. The round pin of the traditional geneva mechanism in the crank on the to enter the or the escape grooves round of meshing an instant, its angular acceleration a larger. In order to so that the groove wheel mechanism smooth transmission, to reduce the impact of the phenomenon, the This design uses to adopt a correction groove wheel mechanism, it is take advantage of to round pin and eccentric the planetary motion of and slot round of meshing to achieve, to make the transmission become more smooth. The correction geneva mechanism is used for filling and sealing of plastic particles with plastic film bag making, simple set of plastic bags piled an indexing mechanism mounted storage device rotary grid plate parts. It works by changing the dowel pin to enter or exit engagement impact phenomenon, even if it enters or exits the engagement instantaneous angular acceleration is equal to zero, the Geneva mechanism smooth rotation can pass a certain power to expand the scope of its application. After analyzed the theory of Geneva Mechanism ,established the mathematical model ,and optimized the parameters. This design can make the Geneva Mechanism run smoothly ,and show an effectivemethod of the link to CAD system. Key words: Corrected geneva mechanism；intermittent；optimization design 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 . 1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 . 1 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 . 2 2 槽輪機構(gòu)的概述 . 3 2.1 槽輪機構(gòu)簡介 . 3 2.1.1 分類 . 3 2.1.2 工作過程 . 5 2.1.3 組成 . 5 2.1.4 作用 . 5 2.1.5 特點 . 5 2.1.6 優(yōu)缺點 . 5 2.2 槽輪機構(gòu)應(yīng)用和研究現(xiàn)狀 . 6 2.2.1 應(yīng)用和研究現(xiàn)狀 . 6 2.2.2 修正槽輪機構(gòu) . 7 3 槽輪機構(gòu)的工作原理 . 14 3.1 工作原理 . 14 3.2 角速度和角加速度分析 . 16 4 槽輪機構(gòu)的設(shè)計方案 . 18 4.1 總設(shè)計方案 . 18 4.2 主要部件的設(shè)計 . 18 4.2.1 槽輪 . 18 4.2.2 主動輪臂 . 19 4.2.3 滾動軸 . 20 4.2.4 槽輪軸 . 21 4.2.5 主要標(biāo)準件的選取 . 23 4.2.6 偏心軸 . 24 4.3 裝配關(guān)系 . 24 5 結(jié)論 . 29 致 謝 . 30 參考文獻 . 31 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容 和 意義 槽輪機構(gòu)是由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇運動機構(gòu)，又稱馬爾他機構(gòu)。它常被用來將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成從動件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動。槽輪機構(gòu)有外嚙合和內(nèi)嚙合以及球面槽輪等。外嚙合槽輪機構(gòu)的槽輪和轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)向相反 ,而內(nèi)嚙合則相同，球面槽輪可在兩相交軸之間進行間歇傳動。 槽輪機構(gòu)是一種步進間歇運動機構(gòu)，由于 結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠 ,能準確地控制轉(zhuǎn)角 , 機械效率高 , 所以在自動和半自動生產(chǎn)線中得到廣泛的應(yīng)用。但是其動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大，有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速，多用來實現(xiàn)不需經(jīng)常調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位角度的轉(zhuǎn)位運動。 本畢業(yè)設(shè)計中的 修正槽輪機構(gòu)是用于塑料顆粒物用塑料薄膜制袋充填封口后，將塑料袋進行堆集的簡式集裝入庫裝置中回轉(zhuǎn)柵板部件里的一個轉(zhuǎn)位機構(gòu)。它通過改變柱銷進入或退出嚙合時的撞擊現(xiàn)象，即使其進入或退出嚙合時瞬時角加速度等于零，而使槽輪機構(gòu)轉(zhuǎn)動平穩(wěn) 、能傳遞一定的動力，擴大其使用范圍。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 槽輪機構(gòu)以結(jié)構(gòu)簡單、工作較為可靠等特點，在自動機械中被廣泛采用。但隨著現(xiàn)代機械運轉(zhuǎn)速度和定位精度要求的不斷提高，傳統(tǒng)形式的直線槽輪機構(gòu)的固有缺陷日益明顯。因此，對直線槽輪機構(gòu)的改進設(shè)計，引起了設(shè)計人員的關(guān)注和重視，出現(xiàn)了多種改進形式。國內(nèi)外很多研究人員對槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和改進設(shè)計，并對改進后的機構(gòu)進行了相關(guān)工作性能分析與研究，為設(shè)計制造高速高精度間歇機構(gòu)提供了理論依據(jù)。 傳統(tǒng)的槽輪機構(gòu)存在有以下兩個缺點 :(1)動力特性差。槽輪在進入嚙合和退出 嚙合瞬間，撥銷的向心加速度使槽輪角加速度發(fā)生突變，從而出現(xiàn)柔性沖擊 ；在槽輪轉(zhuǎn)動過程中加速度變化的瞬間，由于間隙的存在，出現(xiàn)橫越間隙的沖擊 ；轉(zhuǎn)動過程中最大角加速度也較大。 (2)分度數(shù)與動停比有確定的關(guān)系，動停比無選擇余地。 由于槽輪機構(gòu)的角速度曲線連續(xù)，因此，只要制造和裝配精度能夠保證，一般來說，基本不存在剛性沖擊。對槽輪機構(gòu)的研究主要集中在機構(gòu)的改進方面，以槽輪機構(gòu)為基本機構(gòu) (除機架和原動件外還具有零個或一個桿組的機構(gòu)稱為基本機構(gòu) )，在此基礎(chǔ)上串聯(lián)槽輪機構(gòu)或其它基本機構(gòu)以得到連續(xù)的角加速度曲線，從而避免柔性 沖擊，改善機構(gòu)的動力性能。多年來，提出了一些槽輪機構(gòu)的改進方案，如兩級串聯(lián)式槽輪機構(gòu)、行星輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)、完整齒輪和非完整齒輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)、橢圓齒輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)驅(qū)動的槽輪機構(gòu)等組合式槽輪機構(gòu)。其中行星輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，對動力特性有相當(dāng)?shù)母倪M效果，也擴大了動停比的選擇范圍。但對這種機構(gòu)的運動學(xué)分析和參數(shù)分析還有待深入，該機構(gòu)的潛力也未得到充分的發(fā)掘與認識。 無錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 1.3 本課題應(yīng) 達到的要求 閱讀外文資料，翻譯與所學(xué)專業(yè)或課題相關(guān)的外文文獻 5000 字左右，語句通順、流暢、準確。 了解槽輪機構(gòu)的工作原理。 根據(jù)加工產(chǎn)品具體結(jié)構(gòu)和加工要求，擬定分析設(shè)備設(shè)計方案。 繪制整套零件圖，裝配圖，各零件的精度配合。 用三維軟件進行造型，畫出修正槽輪機構(gòu)的 三維圖 。 撰寫論文，要求符合本科論文的格式要求，語言簡潔、流暢、層次分明。整個畢業(yè)設(shè)計過程的技術(shù)工作要嚴謹、靈活、工作要 有主動性，計算方法、計算的程序、計算結(jié)果、結(jié)論要正確。 2 槽輪機構(gòu)的概述 2.1 槽輪機構(gòu)簡介 2.1.1 分類 平面槽輪機構(gòu)有兩種型式：一種是外槽輪機構(gòu)，如圖 2.1 所示，其槽輪上徑向槽的開口是自圓心向外，主動構(gòu)件與槽輪轉(zhuǎn)向相反；另一種是內(nèi)槽輪機構(gòu)，如圖 2.2 所示，其槽輪上徑向槽的開口是向著圓心的，主動構(gòu)件與槽輪的轉(zhuǎn)向相同。這兩種槽輪機構(gòu)都用于傳遞平行軸的運動。 圖 2.2 內(nèi)槽輪機構(gòu) 圖 2.1 外槽輪機構(gòu) 無錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 圖 2.3 所示為球面槽輪機構(gòu)，它是用于傳遞兩垂直相交軸的間歇運動機構(gòu)，從動槽輪2 呈半球形，主動構(gòu)件 1 的軸線與銷 3 的軸線都通過球心 O，當(dāng)主動構(gòu)件 1 連續(xù)轉(zhuǎn)動時，球面槽輪 2 得到間歇轉(zhuǎn)動。 圖 2.3 球面槽輪機構(gòu) 圖 2.4 修正槽輪機構(gòu) 2.1.2 工作過程 如圖 2.4 所示，修正槽輪機構(gòu)由具有徑向槽的槽輪 2 和具有偏心軸的主動臂輪 1 以及機架所組成。當(dāng)主動臂輪 1 的偏心軸 G 未進入槽輪 2 的徑向槽時，由于槽輪 2 的內(nèi)凹鎖住弧2S被主動臂輪 1 的外凸圓弧1S卡住，故槽輪 2 靜止不動。圖 2.4 所示為偏心軸 G 開始進入槽輪徑向槽的位置，這時鎖住弧2S被松開，因而偏心軸能驅(qū)使槽輪沿與主動臂輪 1相反的方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)偏心軸 G開始脫出槽輪 的徑向槽時，槽輪的另一內(nèi)凹鎖住弧又被主動臂輪1 的外凸圓弧卡住，致使槽輪 2 又靜止不動，直至 1 的偏心軸 G 再進入槽輪 2 的另一徑向槽時，兩者又重復(fù)上述的運動循環(huán)。這樣，當(dāng)主動臂輪 1 作連續(xù)轉(zhuǎn)動時，槽輪 2 便得到單向的間歇轉(zhuǎn)動。 2.1.3 組成 帶 偏心軸 （作用類似于圓銷） 的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。撥盤和槽輪上都有鎖止?。翰圯喩系陌紙A弧、撥盤上的凸圓弧，起鎖定作用。 2.1.4 作用 將連續(xù)回轉(zhuǎn)變換為間歇轉(zhuǎn)動。 2.1.5 特點 結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、機械效率高，能平穩(wěn)地、間歇地進行轉(zhuǎn)位。因槽輪運動過程中角 速度有變化 ，不適合高速運動場合。 2.1.6 優(yōu)缺點 優(yōu)點 (1)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，效率較高 ； (2)在進入和脫離嚙合時運動較平穩(wěn)，能準確控制轉(zhuǎn)動的角度 ； (3)轉(zhuǎn)位迅速，從動件能在較短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)過較大的角度 ； (4)槽輪轉(zhuǎn)位時間與靜止時間之比為定值。 無錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 缺點 (1)槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié) ； (2)槽輪轉(zhuǎn)動的始、末位置加速度變化較大，從而產(chǎn)生沖擊； (3)在工作盤定位精度要求較高時，利用鎖緊弧面往往滿足不了要求，而需另加定位裝置； (4)槽輪的制造與裝配精度要求較高。由于這些原因， 槽輪機構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高的裝置中。 2.2 槽輪機構(gòu)應(yīng)用和研究現(xiàn)狀 2.2.1 應(yīng)用和研究現(xiàn)狀 槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在進入和脫離嚙合時運動較平穩(wěn)，能準確控制轉(zhuǎn)動的角度。但槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)，而且在槽輪轉(zhuǎn)動的始、末位置加速度變化較大，所以有沖擊。槽輪機構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高和要求間歇地轉(zhuǎn)動的裝置中。例如在電影放映機中，用以間歇地移動影片；在自動機中，用以間歇地轉(zhuǎn)動工作臺或刀架。圖 2.5所示為自動機中的自動傳送鏈裝置。運動由主動構(gòu)件 1傳給槽輪 2，再經(jīng)一對齒輪 3、 4使與齒輪 4固連的鏈輪 5作間歇運動 從而得到傳送鏈 6的間歇移動，傳送鏈上裝有裝配夾具的安裝支架 7， 故可滿足自動線上的流水裝配作業(yè)。 圖 2.5 自動傳送鏈裝置 傳統(tǒng)的槽輪機構(gòu)存在有以下兩個缺點 :(1)動力特性差。槽輪在進入嚙合和退出嚙合瞬間，撥銷的向心加速度使槽輪角加速度發(fā)生突變，從而出現(xiàn)柔性沖擊 ；在槽輪轉(zhuǎn)動過程中加速度變化的瞬間，由于間隙的存在，出現(xiàn)橫越間隙的沖擊 ；轉(zhuǎn)動過程中最大角加速度也較大。 (2)分度數(shù)與動停比有確定的關(guān)系，動停比無選擇余地。 由于槽 輪機構(gòu)的角速度曲線連續(xù)，因此，只要制造和裝配精度能夠保證，一般來說，基本不存在剛性沖擊。對槽輪機構(gòu)的研究主要集中在機構(gòu)的改進方面，以槽輪機構(gòu)為基本機構(gòu) (除機架和原動件外還具有零個或一個桿組的機構(gòu)稱為基本機構(gòu) )，在此基礎(chǔ)上串聯(lián)槽輪機構(gòu)或其它基本機構(gòu)以得到連續(xù)的角加速度曲線，從而避免柔性沖擊，改善機構(gòu)的動力性能。多年來，提出了一些槽輪機構(gòu)的改進方案，如兩級串聯(lián)式槽輪機構(gòu)、行星輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)、完整齒輪和非完整齒輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)、橢圓齒輪驅(qū)動的槽輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)驅(qū)動的槽輪機構(gòu)等組合式槽輪機構(gòu)。其中行星輪驅(qū)動的槽輪 機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，對動力特性有相當(dāng)?shù)母倪M效果，也擴大了動停比的選擇范圍。但對這種機構(gòu)的運動學(xué)分析和參數(shù)分析還有待深入，該機構(gòu)的潛力也未得到充分的發(fā)掘與認識。 為適應(yīng)間歇運動高速化的要求，出現(xiàn)了各種分度凸輪機構(gòu)。但是這類機構(gòu)尚有兩個缺點 :(1)它們是高副機構(gòu)，較易磨損 ； (2)制造技術(shù)復(fù)雜。 2.2.2 修正槽輪 機構(gòu) (1) 緊鎖槽輪機構(gòu) 槽輪機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)曲柄上有一驅(qū)動滾子，當(dāng)它進入一個槽時，輸出輪就會迅速地轉(zhuǎn)位。如圖 2.6 所示，鎖止桿上的圓滾與槽相嚙合以防止槽輪不轉(zhuǎn)位的移動。 圖 2.6 緊鎖槽輪機構(gòu) 無錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 (2) 行星齒槽輪機構(gòu) 當(dāng)驅(qū)動齒輪用在鎖止盤上的一個單齒驅(qū)動行星齒輪時，輸出桿保持靜止。鎖止盤是行星齒輪的一部分，它與環(huán)行齒槽輪相嚙合，使輸出桿轉(zhuǎn)動一個位置，如圖 2.7 所示。 圖 2.7 行星齒槽輪機構(gòu) (3) 雙槽輪驅(qū)動 第一個槽輪的從動部分是第二個槽輪的驅(qū)動部分。這樣產(chǎn)生一個較寬輸出轉(zhuǎn)動變化范圍，這個輸出轉(zhuǎn)動包括兩個快速轉(zhuǎn)位之間長時間的暫停。如圖 2.8 所示。 圖 2.8 雙槽輪驅(qū)動 (4) 凸槽凹輪槽輪機構(gòu) 當(dāng)槽輪被均速轉(zhuǎn)動的圓滾驅(qū)動時，它常常有很高的加速和減速特性。在這里的改進中，當(dāng) 被槽凸輪轉(zhuǎn)動驅(qū)動時，包括驅(qū)動滾在內(nèi)的輸出桿可以沿徑向移動。于是，當(dāng)驅(qū)動滾與槽輪嚙合時，連桿將沿徑向向內(nèi)移動。這個動作降低了槽輪的加速力。如圖 2.9 所示。 圖 2.9 凸槽凹輪槽輪機構(gòu) (5) 四桿槽機構(gòu) 一個四連桿槽機構(gòu)能夠產(chǎn)生一個很長的暫停時間，輸出一個擺動運動。驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動能夠能夠使得驅(qū)動滾在輸出桿上往復(fù)的進出。在暫停期間，兩盤的表面能夠使輸出保持在圖示的位置上。如圖 2.10 所示。 圖 2.10 四桿槽機構(gòu) 無錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 (6) 雙軌槽輪機構(gòu) 這種槽輪設(shè)計的關(guān)鍵是必須使輸出滾子沿切線方向進入和脫離槽輪 （因為曲柄快速的轉(zhuǎn)位輸出）。如圖 20 所示，一種新的具有雙軌道的轉(zhuǎn)位機構(gòu)已經(jīng)成功地研制出來了。圓滾進入一個軌道槽輪就轉(zhuǎn)位 90，然后自動地沿滑出軌道脫離槽輪。當(dāng)非轉(zhuǎn)位時，相聯(lián)的連桿機構(gòu)就會鎖住槽輪。在圖 2.11 所示的位置上，鎖緊滾好將要脫離槽輪。 圖 2.1