槽轮机构设计专项方案.doc

基于Predator SFC系统槽轮机构CAD/CAM创新实验-槽轮机构设计方案1 槽轮机构简介在图1中外槽轮机构中，积极件拔盘以角速度w1匀速转动，当拔盘上圆销转到图1所示A位置时，拨盘上锁止弧S1起使边到达中心连线O1O2位置，槽轮开始转动。当圆销转到A1时，拔销退出轮槽，拔盘继续转动，槽轮却停止转动，咱们称此时槽轮被锁住，槽轮上内凹锁止弧和拨盘上外凸锁止弧啮合在一起。这样，积极拨盘持续转动就转换成槽轮间歇转动。为避免槽轮在起动和停歇时发生刚性冲击，拔销开始进入和离开轮槽时，轮槽中心线应和圆销中心A运动圆周相切，即拔销转到图1所示位置时，O1AO2A。21o1o2锁止弧槽轮拨盘圆销图1外槽轮机构 构成：带圆销拨盘、带有径向槽槽轮。拨盘和槽轮上均有锁止弧：槽轮上凹圆弧、拨盘上凸圆弧，起锁定作用。工作过程：拨盘持续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。作用：将持续回转变换为间歇转动。特点：构造简朴、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速度有变化 ，不适合高速运动场合。2槽轮机构长处(1)构造简朴，工作可靠，效率较高;(2)在进入和脱离啮合时运动较平稳，能精确控制转动角度;(3)转位迅速，从动件能在较短时间内转过较大角度;(4)槽轮转位时间与静止时间之比为定值。3槽轮机构缺陷(1)槽轮转角大小不能调节;(2)槽轮转动始、末位置加速度变化较大，从而产生冲击:(3)在工作盘定位精度规定较高时，运用锁紧弧面往往满足不了规定，而需另加定位装置。(4)槽轮制造与装配精度规定较高。由于这些因素，槽轮机构普通应用在转速不高装置中。4槽轮机构工作原理 槽轮机构 ，又叫马尔她机构或日内瓦机构，由具备径向槽槽轮1和具备拨销2拨杆3构成，其工作原理如图2所示。图2 槽轮机构工作原理简图当拨杆转过一定角度，拨动槽轮转过一种分度角，由图(a)所示位置转到图(b)所示位置时，拨销退出轮槽，此后，拨杆空转，直至拨销进入槽轮下一种槽内，才又重复上述循环。这样，拨杆(积极件)等速(或变速)持续(或周期)运动，就转换为槽轮(从动件)时转时停间歇运动。槽轮机构常采用锁紧弧定位，即运用拨杆上外凸圆弧一锁紧弧A与槽轮上内凹圆弧一定位弧B接触锁住槽轮。图(a)所示为拨销开始进入轮槽时位置关系，这时外凸圆弧面端点F点离开凹面中点，槽轮开始转动。图(b)所示为拨销刚要离开轮槽时位置关系，这时外凸圆弧面另一端点E刚好转到内凹圆弧面中点，拨杆继续转动，E点越过凹面中点，槽轮被锁住。图(c)为拨销退出轮槽后来状况，这时，外凸圆弧面与内凹圆弧面密切接触，槽轮被锁住而不能向任何方向转动.由上述工作过程规定，拨杆上外凸圆弧缺口应对称于拨杆轴线。5重要几何尺寸设计公式图 3为槽轮机构重要尺寸关系图。图中O1为拔盘中心，O2为槽轮中心，L1为拨销轨迹半径;L2为槽轮半径;L3为中心距，h为槽轮槽深,rb为拨销半径,为间隙。图3 槽轮机构重要几何尺寸关系图设拔盘轴直径为d.为避免槽轮在起动和停歇时发生刚性冲击，圆销开始进入和离开轮槽时，轮槽中心线应和圆销中心运动圆周相切，从而决定了槽轮机构重要尺寸之间关系，依照图4所示槽轮机构设计计算公式如下：图4 槽轮机构重要几何尺寸计算关系图(1) 已知参数： 槽轮槽数 z ，拨盘上圆销数目 m ，中心距C=O1O2 , 拨盘上圆销半径R T ，拨盘转速 n1 (2) 槽轮运动角： 2=2/z(3) 拨盘运动角： 2=-2(4) 拨盘上圆销数目： m 2z/(z-2)(5) 圆销中心轨迹半径： R1=C sin()(6) 槽轮外径： R2=（C sin()）2+R2T(7) 槽轮深度： h= R1+ R2- C + R T +(8) 拨盘回转轴直径： d1 2（C- R2）(9) 槽轮轴直径： d2 2（C - R1- R T - ）(10) 拨盘上锁止弧所对中心角：=2（/m ）(11) 锁止弧半径：R0= R1- b - RT(12) 槽轮每循环运动时间：tf = (z-2)/z 30/n1(13) 槽轮每循环停歇时间：td = (2z-m(z-2)/(mz) 30/n1(14) 槽轮机构动停比k： k=(m(z-2)/(2z-m(z-2)(15) 圆销中心轨迹半径R1与中心距C比：=R1/C=sin(/z)(16) 槽轮角位移： =arc tg sin()/(1-cos() - +(17) 槽轮角速度： 2=（cos（）-）1/（1+2-2cos（）(18) 槽轮角加速度：2=（2-1）sin（）21/（1+2-2cos（）2）(19) 槽轮最大角速度所在位置：=00 普通取值范畴为3-6mm，当槽轮槽数z较大时。6槽轮机构设计方案6.1 方案1规定槽轮机构动停比k=1/3设： 槽轮槽数Z=4 拨销m=1 中心距C=70 拨销半径R T=2mm 销与槽底间隙=3 槽齿宽b=5求解槽轮机构尺寸参数：(1) 槽轮运动角： 2=2/z=2/4=/2(2) 拨盘运动角： 2=-2=/2(3) 拨盘上圆销数目： m=1 2z/(z-2)=8/2=4(4) 圆销中心轨迹半径： R1=C sin()=70 SIN（45）=49.5(5) 槽轮外径： R2=（C sin()）2+R2T=49.52+41/2=49.54(6) 槽轮深度： h= R1+ R2- C + R T +=49.5+49.54-70+2+3=34(7) 拨盘回转轴直径： d1=12 2（C- R2）=2(70-49.54)=40.9(8) 槽轮轴直径： d2=12 2（C - R1- R T - ）=2(70-49.5-2-3)=31(9) 拨盘上锁止弧所对中心角：=2（/m ）=3/2(10) 锁止弧半径：R0= R1- b - RT=49.5-5-2=42.5(11) 槽轮机构动停比k： k=(m(z-2)/(2z-m(z-2)=2/(8-2)=1/3(12) 圆销中心轨迹半径R1与中心距C比：=R1/C=sin(/z)=SIN(/4)=0.7076.2 方案2规定槽轮机构动停比k=1设： 槽轮槽数Z=4 拨销m=2 中心距C=70 拨销半径R T=2mm 销与槽底间隙=3 槽齿宽b=5求解槽轮机构尺寸参数：(1) 槽轮运动角： 2=2/z=2/4=/2(2) 拨盘运动角： 2=-2=/2(3) 拨盘上圆销数目： m=2 2z/(z-2)=8/2=4(4) 圆销中心轨迹半径： R1=C sin()=70 SIN（45）=49.5(5) 槽轮外径： R2=（C sin()）2+R2T=49.52+41/2=49.54(6) 槽轮深度： h= R1+ R2- C + R T +=49.5+49.54-70+2+3=34(7) 拨盘回转轴直径： d1=12 2（C- R2）=2(70-49.54)=40.9(8) 槽轮轴直径： d2=12 2（C - R1- R T - ）=2(70-49.5-2-3)=31(9) 拨盘上锁止弧所对中心角：=2（/m ）=/2(10) 锁止弧半径：R0= R1- b - RT=49.5-5-2=42.5(11) 槽轮机构动停比k： k=(m(z-2)/(2z-m(z-2)=4/(8-4)=1(12) 圆销中心轨迹半径R1与中心距C比：=R1/C=sin(/z)=SIN(/4)=0.7077. 方案1槽轮三维模型图5 槽轮三维模型7.1 方案1槽轮设计图纸(1)槽轮图6 槽轮某些 (2)拨盘槽轮机构拨盘某些起驱动作用。本机构拨盘如图7所示，本构造分2层，上层起驱动左右，下层起连接槽轮作用。两层圈盘实为一体。图7 拨盘某些(3) 槽轮装配如图8所示，槽轮机构要装在一底板上并加以固定。图上销作用为连接机构和底板。图8 槽轮机构装配图8.槽轮机构配合和表面粗糙度(1) 参照刀尖圆角来设计工件圆角,未注倒角C0.20.8，未注圆角R0.20.8。(2) 表面粗糙度配合面和滑动面Ra12.5，可见加工痕迹，普通用于没有相对运动配合面。其他表面Ra25，为达到普通容许公差而切削后自然得到表面，接触状态规定稳定面，常用用手接触面。Ra6.3（微见加工痕迹）和Ra3.2（不见加工痕迹）用于相对运动速度不高接触面，要精车、精铰、精镗和精铣。(3) 拨盘和槽轮孔与轴低速旋转，拨销与槽低速相对运动，用间隙配合H8/f7。(4) 没有相对运动配合，因受力较小，用小过盈配合H7/h6(5) 槽轮外轮廓与拨盘凹弧配合是H9/e9,大间隙配合。(6) 中心距公差是0.02到0.03。9. 槽轮机构运动分析9.1 外槽轮机构角速度和角加速度分析假设槽轮机构在工作某一状态时工作简图如图2-1(a)所示，其相应状态矢量见图9(b)所示，O1为槽轮中心，O2为拔盘中心，E1为槽轮开始进入运动时圆销中心位置，E为槽轮在运动中任一位置，角速度和角加速度曲线见图10所示。图9槽轮机构工作简图以及矢量分析图图10 槽轮角速度曲线图(a)和角加速度曲线图(b) （1）槽轮机构运动起来是做变加速运动，槽轮机构最大角速度出当前=0位置。 （2）在拨销进入与脱离轮槽瞬间，槽轮速度为零，但加速度不为零，因此产生柔性冲击。 （3）槽轮机构角速度和角加速度变化取决于槽数z。（4）在选取槽数时，应当综合考虑各种因素。对于槽轮机构，槽数越少则工作效率越高，一方面，槽数越少角加速度变化越大，运动平稳性能差，槽轮机构振动、冲击和噪声将随之加大;另一方面，随着槽数增长，槽轮构造尺寸将加大，从动端惯性力矩也随着加大。同步当槽数z不不大于9时，槽轮机构动停比K变化趋于平稳，动力特性改进也明显削弱，但随着槽数增长将给机构设计带来困难将越大。因而，在实际应用中，槽轮机构槽数多在4到8范畴内。10.槽轮机构创新10.1 槽轮机构应用和研究现状槽轮机构构造简朴、工作可靠、从动件运动可以较精确地控制等长处，在工业生产中广泛地应用于较少工位间歇转位机构和步进机构中。但老式槽轮机构存在有如下两个缺陷:(1)动力特性差。槽轮在进入啮合和退出啮合瞬间，拨销向心加速度使槽轮角加速度发生突变，从而浮现柔性冲击;在槽轮转动过程中加速度变化瞬间，由于间隙存在，浮现横越间隙冲击;转动过程中最大角加速度也较大。(2)分度数与动停比有拟定关系，动停比无选取余地。由于槽轮机构角速度曲线持续，因而，只要制造和装配精度可以保证，普通来说，基本不存在刚性冲击。对槽轮机构研究重要集中在机构改进方面，以槽轮机构为基本机构(除机架和原动件外还具备零个或一种杆组机构称为基本机构)，在此基本上串联槽轮机构或其他基本机构以得到持续角加速度曲线，从而避免柔性冲击，改进机构动力性能。近年来，提出了某些槽轮机构改进方案，如两级串联式槽轮机构、行星轮驱动槽轮机构、完整齿轮和非完整齿轮驱动槽轮机构、椭圆齿轮驱动槽轮机构、连杆机构驱动槽轮机构等组合式槽轮机构。其中行星轮驱动槽轮机构构造简朴，对动力特性有相称改进效果，也扩大了动停比选取范畴。但对这种机构运动学分析和参数分析尚有待进一步，该机构潜力也未得到充分发掘与结识。为适应间歇运动高速化规定，浮现了各种分度凸轮机构。但是此类机构尚有两个缺陷:(1)它们是高副机构，较易磨损；(2)制造技术复杂。10.2 创新机构10.2.1 紧锁槽轮机构槽轮机构旋转曲柄上有一驱动滚子，当它进入一种槽时，输出轮就会迅速地转位。如图11所示，锁止杆上圆滚与槽相啮合以防止槽轮不转位移动。图11 紧锁槽轮机构10.2.2 行星齿槽轮机构当驱动齿轮用在锁止盘上一种单齿驱动行星齿轮时，输出杆保持静止。锁止盘是行星齿轮一某些，它与环行齿槽轮相啮合，使输出杆转动一种位置，如图12所示。图12 行星齿槽轮机构10.2.3双槽轮驱动第一种槽轮从动某些是第二个槽轮驱动某些。这样产生一种较宽输出转动变化范畴，这个输出转动涉及两个迅速转位之间长时间暂停。如图13所示。图13 双槽轮驱动10.2.4凸槽凹轮槽轮机构当槽轮被均速转动圆滚驱动时，它经常有很高加速和减速特性。在这里改进中，当被槽凸轮转动驱动时，涉及驱动滚在内输出杆可以沿径向移动。于是，当驱动滚与槽轮啮合时，连杆将沿径向向内移动。这个动作减少了槽轮加速力。如图14所示。图14 凸槽凹轮槽轮机构10.2.5一锁紧滑道槽轮机构一种销锁紧或松开槽轮，另一种销在槽轮未被锁紧时驱动槽轮。在图所示位置，驱动销将与沟槽相啮合，使槽轮进行转位。与此同步，锁止销正好刚离开沟槽。如图15所示。图15 一锁紧滑道槽轮机构10.2.6 四杆槽机构一种四连杆槽机构可以产生一种很长暂停时间，输出一种摆动运动。驱动轮转动可以可以使得驱动滚在输出杆上往复进出。在暂停期间，两盘表面可以使输出保持在图示位置上。如图16所示。图16 四杆槽机构10.2.7 迅速转动槽轮机构在一种四杆机构连杆伸出某些上点连接轨迹曲线中，有大体成90两条直线。这为驱动销直接进入沟槽提供了条件，由于当驱动销进入沟槽很深时槽轮都不会运动。然后，槽轮将产生一迅速转为。一种锁紧凸轮通过齿轮与输入轴相连接，它能防止槽轮不转位时移动。如图17所示。图17 迅速转动槽轮机构10.2.8 长时间暂停槽轮机构这种槽轮机构上有一条链，链上有与原则槽轮相结合伸出销。该机构在槽轮每转动90时都可以有一种较长暂停时间。链轮间空间大小决定了暂停时间长短。有些链节具备特殊延长某些，可以在暂停时锁住槽轮。图18所示图18 长时间暂停槽轮机构10.2.9 改进槽轮机构普通槽轮机构输入连杆以均速转动，这样就限制了设计灵活性。也就是说，当尺寸和状态数拟定后，输入轴转素决定了暂停时间长度。图19中椭圆形齿轮产生一种变化曲柄转动，它可以延长或缩短暂停时间。图19 改进槽轮机构10.2.10 双轨槽轮机构这种槽轮设计核心是必要使输出滚子沿切线方向进入和脱离槽轮（由于曲柄迅速转位输出）。如图20所示，一种新具备双轨道转位机构已经成功地研制出来了。圆滚进入一种轨道槽轮就转位90，然后自动地沿滑出轨道脱离槽轮。当非转位时，相联连杆机构就会锁住槽轮。在图20所示位置上，锁紧滚好将要脱离槽轮。图20 双轨槽轮机构10.2.11 控制输出杆在该简朴机构中输出某些不会向任何方向转动，直到输入某些开始驱动它。在工作过程中，驱动杆靠销上轴承使输出盘转位。转位时由于输入盘上槽处在容许控制杆尖进入位置，控制杆在凸轮作用下离开输出轮。但是，当杆离开销子时，输入盘使迫使控制杆尖离开盘上槽，而另一端进入输出盘上凹槽。这样可以锁紧输出某些，使其在暂停时不向任何方向转动。图21所示。图21 控制输出杆10.2.12 渐进摆动驱动一种与行星轮相连曲柄使点P运动诡计为两个环形曲线，如图4-12所示。开有滑槽输出曲柄在竖直方向有暂短地摆动。图22所示。图22 渐进摆动驱动10.2.13 平行导向机构输入曲柄与两个行星轮相连接。太阳轮中心是固定。使三个齿轮半径相似，轮2为惰轮，在驱动曲柄转动过程中，固定在齿轮3上任何某些将与它本来位置平行。图23所示图23 平行导向机构10.2.14 正旋往复运动机构该往复运动机构将旋转运动转化为往复移动，在往复用动中摆动某些与输入轴处在同一种平面上。输出某些涉及恋歌带者滚子臂杆，且滚子与切去顶端球面相接触。球转动产生了摆动输出。图24所示。图24 正旋往复运动机构10.2.15 规则槽轮驱动机构通过设计驱动滚，使其相对输入轴不对称，暂停时间是可变化。这样不会影响运动期间持续时间。如果想要不均匀运动时间和暂停时间，圆滚曲柄长应当不相等，星形轮应当作适当改进。该机构称为不规则槽轮驱动机构。图25所示。图25 规则槽轮驱动机构10.2.16 歇运动机构在这个间歇运动机构中，两个圆滚驱动输出轴，并在暂停时可以锁紧输出轴。对于输入轴每一转，输出轴都会有两个运动阶段。输出角由齿轮数目决定。转动角在有限范畴内可以选取。齿轮a被装在驱动b轮上两个驱动滚间歇地驱动，轮b装在机架c上。在暂停时间内，圆滚沿齿顶转动。在运动时间内，一种圆滚途径d是一条倾向输出轴直线，且与从动轮关于。凸轮轮廓和途径d平行。齿顶是半径为R圆弧，该弧与圆滚途径相似。图26所示。 图26 歇运动机构10.2.17 筒锁装置间歇传动机构图27是带有一种圆筒锁装置间歇传动机构。在暂停末尾，带动销d和两齿啮合先后短时间内，内部圆筒f不能使从动轮锁紧，因而添加了与筒f同轴辅助筒e。只有具备两者才干获得较好锁紧性能。她们长度是由从动轮节圆决定。图4-17所示。图27 筒锁装置间歇传动机构11. 结 论（1）槽轮机构运动起来是做变加速运动，槽轮机构最大角速度出当前=00位置。（2）在拨销进入与脱离轮槽瞬间，槽轮机构速度为零，但角加速度不为零，产生冲击。（3）槽轮机构角速度和角加速度变化取决于槽数z。（4）在选取槽数时，应当综合考虑各种因素。对于槽轮机构，槽数越少则工作效率越高，一方面，槽数越少角加速度变化越大，运动平稳性能差，槽轮机构振动、冲击和噪声将随之加大;另一方面，随着槽数增长，槽轮构造尺寸将加大，从动端惯性力矩也随着加大。同步当槽数z不不大于9时，槽轮机构动停比K变化趋于平稳，动力特性改进也明显削弱，但随着槽数增长将给机构设计带来困难将越大。因而，在实际应用中，槽轮机构槽数多在4到8范畴内。6. 参照文献1 殷鸿梁，朱邦贤.间歇运动机构设计S.上海：上海科学技术出版社，1994.2 杨良渠，赵丽娟.包机中外槽轮机构运动分析J.包装工程，（1）：40-41.3 刘政昆.间歇运动机构M.北京：清华大学出版社，1991.4 葛志刚等.槽轮构造级及运动分析J.机械工程师，1994，5.5 胡亚平等.槽轮机构动态优化设计J.机械设计，1999，10.6 韩晓娟.槽轮机构误差分析J.机械科学与技术，1997.7 刘仁家.机械工程师手册M.北京：机械工业出版社，1989.8 李海涛，魏文军.槽轮机构一种新曲线槽设计M.中华人民共和国农业大学学报，.9 张俊.侧向对称曲线槽槽轮机构设计J.湖北襄樊学院，.10 申永胜.机械原理教程S.北京:清华大学出版社，.11（美）Neil Sclater ,Nicholas P.Chironis编 邹平 译.机械设计实用机构与装置图册S.机械工业出版社，.12 钮志红.具备曲线槽槽轮机构设计M.组合机床与自动化加工技术，.13 曾克俭,李光. 具备曲线轮槽槽轮机构设计M.包装工程，.14 毛能超. 对称侧向槽槽轮机构M.机械设计与研究，.15 詹启贤. 自动机械设计M.北京：轻工业出版社,1987.16 孙桓,陈作模. 机械原理M.北京：高等教诲出版社,1996. 17 郑文纬,吴克坚.机械原理M.北京:高等教诲出版社,1996.18 陈秀宁.机械基本M.杭州:浙江大学出版社,1999.19 王力功.槽轮机构CAD系统研究.上海:上海科学技术出版社,1994.20 张世民.机械原理M.北京:中央电视大学出版社,1985.