槽轮间歇回转机构的设计

摘 要 槽轮机构是由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，又称马尔他机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。槽轮机构有外啮合和内啮合以及球面槽轮等。外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反 ,而内啮合则相同，球面槽轮可在两相交轴之间进行间歇传动。 传统的槽轮机构在曲柄上的圆销进入或脱离槽轮啮合瞬间，其角加速度较大。为使槽轮机构传动平稳，减少冲击现象，本设计采用采用一种修正槽轮机构，它是利用圆销偏心的行星运动和槽轮啮合来实现，使传动更趋平稳。 本 设计中的 修正槽轮机构是用于塑料颗粒物用 塑料薄膜制袋充填封口后，将塑料袋进行堆集的简式集装入库装置中回转栅板部件里的一个转位机构。它通过改变柱销进入或退出啮合时的撞击现象，即使其进入或退出啮合时瞬时角加速度等于零， 从 而使槽轮机构转动平稳、能传递一定的动力，扩大其使用范围。 在分析了槽轮机构工作原理和设计中所存在的问题基础上 ,建立 数学模型 ,并对参数进行了优化设计 ,能 有效地解决了槽轮机构在运动过程中的不平稳性 ,最大限度的降低 冲击 ,为进一步和 CAD 系统的连接提供了有效途径。 关键词： 修正槽轮机构；间歇；优化设计 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 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 录 . III 1 绪论 . 1 1.1 本课题的研究内容和意义 . 1 1.2 国内外的发展概况 . 1 1.3 本课题应达到的要求 . 2 2 槽轮机构的概述 . 3 2.1 槽轮机构简介 . 3 2.1.1 分类 . 3 2.1.2 工作过程 . 5 2.1.3 组成 . 5 2.1.4 作用 . 5 2.1.5 特点 . 5 2.1.6 优缺点 . 5 2.2 槽轮机构应用和研究现状 . 6 2.2.1 应用和研究现状 . 6 2.2.2 修正槽轮机构 . 7 3 槽轮机构的工作原理 . 14 3.1 工作原理 . 14 3.2 角速度和角加速度分析 . 16 4 槽轮机构的设计方案 . 18 4.1 总设计方案 . 18 4.2 主要部件的设计 . 18 4.2.1 槽轮 . 18 4.2.2 主动轮臂 . 19 4.2.3 滚动轴 . 20 4.2.4 槽轮轴 . 21 4.2.5 主要标准件的选取 . 23 4.2.6 偏心轴 . 24 4.3 装配关系 . 24 5 结论 . 29 致 谢 . 30 参考文献 . 31 1 绪论 1.1 本课题的研究内容 和 意义 槽轮机构是由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，又称马尔他机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。槽轮机构有外啮合和内啮合以及球面槽轮等。外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反 ,而内啮合则相同，球面槽轮可在两相交轴之间进行间歇传动。 槽轮机构是一种步进间歇运动机构，由于 结构简单、制造容易、工作可靠 ,能准确地控制转角 , 机械效率高 , 所以在自动和半自动生产线中得到广泛的应用。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速，多用来实现不需经常调节转位角度的转位运动。 本毕业设计中的 修正槽轮机构是用于塑料颗粒物用塑料薄膜制袋充填封口后，将塑料袋进行堆集的简式集装入库装置中回转栅板部件里的一个转位机构。它通过改变柱销进入或退出啮合时的撞击现象，即使其进入或退出啮合时瞬时角加速度等于零，而使槽轮机构转动平稳 、能传递一定的动力，扩大其使用范围。 1.2 国内外的发展概况 槽轮机构以结构简单、工作较为可靠等特点，在自动机械中被广泛采用。但随着现代机械运转速度和定位精度要求的不断提高，传统形式的直线槽轮机构的固有缺陷日益明显。因此，对直线槽轮机构的改进设计，引起了设计人员的关注和重视，出现了多种改进形式。国内外很多研究人员对槽轮机构结构分析和改进设计，并对改进后的机构进行了相关工作性能分析与研究，为设计制造高速高精度间歇机构提供了理论依据。 传统的槽轮机构存在有以下两个缺点 :(1)动力特性差。槽轮在进入啮合和退出 啮合瞬间，拨销的向心加速度使槽轮角加速度发生突变，从而出现柔性冲击 ；在槽轮转动过程中加速度变化的瞬间，由于间隙的存在，出现横越间隙的冲击 ；转动过程中最大角加速度也较大。 (2)分度数与动停比有确定的关系，动停比无选择余地。 由于槽轮机构的角速度曲线连续，因此，只要制造和装配精度能够保证，一般来说，基本不存在刚性冲击。对槽轮机构的研究主要集中在机构的改进方面，以槽轮机构为基本机构 (除机架和原动件外还具有零个或一个杆组的机构称为基本机构 )，在此基础上串联槽轮机构或其它基本机构以得到连续的角加速度曲线，从而避免柔性 冲击，改善机构的动力性能。多年来，提出了一些槽轮机构的改进方案，如两级串联式槽轮机构、行星轮驱动的槽轮机构、完整齿轮和非完整齿轮驱动的槽轮机构、椭圆齿轮驱动的槽轮机构、连杆机构驱动的槽轮机构等组合式槽轮机构。其中行星轮驱动的槽轮机构结构简单，对动力特性有相当的改进效果，也扩大了动停比的选择范围。但对这种机构的运动学分析和参数分析还有待深入，该机构的潜力也未得到充分的发掘与认识。 无锡太湖学院 学士学位论文 1.3 本课题应 达到的要求 阅读外文资料，翻译与所学专业或课题相关的外文文献 5000 字左右，语句通顺、流畅、准确。 了解槽轮机构的工作原理。 根据加工产品具体结构和加工要求，拟定分析设备设计方案。 绘制整套零件图，装配图，各零件的精度配合。 用三维软件进行造型，画出修正槽轮机构的 三维图 。 撰写论文，要求符合本科论文的格式要求，语言简洁、流畅、层次分明。整个毕业设计过程的技术工作要严谨、灵活、工作要 有主动性，计算方法、计算的程序、计算结果、结论要正确。 2 槽轮机构的概述 2.1 槽轮机构简介 2.1.1 分类 平面槽轮机构有两种型式：一种是外槽轮机构，如图 2.1 所示，其槽轮上径向槽的开口是自圆心向外，主动构件与槽轮转向相反；另一种是内槽轮机构，如图 2.2 所示，其槽轮上径向槽的开口是向着圆心的，主动构件与槽轮的转向相同。这两种槽轮机构都用于传递平行轴的运动。 图 2.2 内槽轮机构 图 2.1 外槽轮机构 无锡太湖学院 学士学位论文 图 2.3 所示为球面槽轮机构，它是用于传递两垂直相交轴的间歇运动机构，从动槽轮2 呈半球形，主动构件 1 的轴线与销 3 的轴线都通过球心 O，当主动构件 1 连续转动时，球面槽轮 2 得到间歇转动。 图 2.3 球面槽轮机构 图 2.4 修正槽轮机构 2.1.2 工作过程 如图 2.4 所示，修正槽轮机构由具有径向槽的槽轮 2 和具有偏心轴的主动臂轮 1 以及机架所组成。当主动臂轮 1 的偏心轴 G 未进入槽轮 2 的径向槽时，由于槽轮 2 的内凹锁住弧2S被主动臂轮 1 的外凸圆弧1S卡住，故槽轮 2 静止不动。图 2.4 所示为偏心轴 G 开始进入槽轮径向槽的位置，这时锁住弧2S被松开，因而偏心轴能驱使槽轮沿与主动臂轮 1相反的方向转动。当偏心轴 G开始脱出槽轮 的径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被主动臂轮1 的外凸圆弧卡住，致使槽轮 2 又静止不动，直至 1 的偏心轴 G 再进入槽轮 2 的另一径向槽时，两者又重复上述的运动循环。这样，当主动臂轮 1 作连续转动时，槽轮 2 便得到单向的间歇转动。 2.1.3 组成 带 偏心轴 （作用类似于圆销） 的拨盘、带有径向槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧，起锁定作用。 2.1.4 作用 将连续回转变换为间歇转动。 2.1.5 特点 结构简单、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。 2.1.6 优缺点 优点 (1)结构简单，工作可靠，效率较高 ； (2)在进入和脱离啮合时运动较平稳，能准确控制转动的角度 ； (3)转位迅速，从动件能在较短的时间内转过较大的角度 ； (4)槽轮转位时间与静止时间之比为定值。 无锡太湖学院 学士学位论文 缺点 (1)槽轮的转角大小不能调节 ； (2)槽轮转动的始、末位置加速度变化较大，从而产生冲击； (3)在工作盘定位精度要求较高时，利用锁紧弧面往往满足不了要求，而需另加定位装置； (4)槽轮的制造与装配精度要求较高。由于这些原因， 槽轮机构一般应用在转速不高的装置中。 2.2 槽轮机构应用和研究现状 2.2.1 应用和研究现状 槽轮机构结构简单，工作可靠，在进入和脱离啮合时运动较平稳，能准确控制转动的角度。但槽轮的转角大小不能调节，而且在槽轮转动的始、末位置加速度变化较大，所以有冲击。槽轮机构一般应用在转速不高和要求间歇地转动的装置中。例如在电影放映机中，用以间歇地移动影片；在自动机中，用以间歇地转动工作台或刀架。图 2.5所示为自动机中的自动传送链装置。运动由主动构件 1传给槽轮 2，再经一对齿轮 3、 4使与齿轮 4固连的链轮 5作间歇运动 从而得到传送链 6的间歇移动，传送链上装有装配夹具的安装支架 7， 故可满足自动线上的流水装配作业。 图 2.5 自动传送链装置 传统的槽轮机构存在有以下两个缺点 :(1)动力特性差。槽轮在进入啮合和退出啮合瞬间，拨销的向心加速度使槽轮角加速度发生突变，从而出现柔性冲击 ；在槽轮转动过程中加速度变化的瞬间，由于间隙的存在，出现横越间隙的冲击 ；转动过程中最大角加速度也较大。 (2)分度数与动停比有确定的关系，动停比无选择余地。 由于槽 轮机构的角速度曲线连续，因此，只要制造和装配精度能够保证，一般来说，基本不存在刚性冲击。对槽轮机构的研究主要集中在机构的改进方面，以槽轮机构为基本机构 (除机架和原动件外还具有零个或一个杆组的机构称为基本机构 )，在此基础上串联槽轮机构或其它基本机构以得到连续的角加速度曲线，从而避免柔性冲击，改善机构的动力性能。多年来，提出了一些槽轮机构的改进方案，如两级串联式槽轮机构、行星轮驱动的槽轮机构、完整齿轮和非完整齿轮驱动的槽轮机构、椭圆齿轮驱动的槽轮机构、连杆机构驱动的槽轮机构等组合式槽轮机构。其中行星轮驱动的槽轮 机构结构简单，对动力特性有相当的改进效果，也扩大了动停比的选择范围。但对这种机构的运动学分析和参数分析还有待深入，该机构的潜力也未得到充分的发掘与认识。 为适应间歇运动高速化的要求，出现了各种分度凸轮机构。但是这类机构尚有两个缺点 :(1)它们是高副机构，较易磨损 ； (2)制造技术复杂。 2.2.2 修正槽轮 机构 (1) 紧锁槽轮机构 槽轮机构的旋转曲柄上有一驱动滚子，当它进入一个槽时，输出轮就会迅速地转位。如图 2.6 所示，锁止杆上的圆滚与槽相啮合以防止槽轮不转位的移动。 图 2.6 紧锁槽轮机构 无锡太湖学院 学士学位论文 (2) 行星齿槽轮机构 当驱动齿轮用在锁止盘上的一个单齿驱动行星齿轮时，输出杆保持静止。锁止盘是行星齿轮的一部分，它与环行齿槽轮相啮合，使输出杆转动一个位置，如图 2.7 所示。 图 2.7 行星齿槽轮机构 (3) 双槽轮驱动 第一个槽轮的从动部分是第二个槽轮的驱动部分。这样产生一个较宽输出转动变化范围，这个输出转动包括两个快速转位之间长时间的暂停。如图 2.8 所示。 图 2.8 双槽轮驱动 (4) 凸槽凹轮槽轮机构 当槽轮被均速转动的圆滚驱动时，它常常有很高的加速和减速特性。在这里的改进中，当 被槽凸轮转动驱动时，包括驱动滚在内的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。这个动作降低了槽轮的加速力。如图 2.9 所示。 图 2.9 凸槽凹轮槽轮机构 (5) 四杆槽机构 一个四连杆槽机构能够产生一个很长的暂停时间，输出一个摆动运动。驱动轮的转动能够能够使得驱动滚在输出杆上往复的进出。在暂停期间，两盘的表面能够使输出保持在图示的位置上。如图 2.10 所示。 图 2.10 四杆槽机构 无锡太湖学院 学士学位论文 (6) 双轨槽轮机构 这种槽轮设计的关键是必须使输出滚子沿切线方向进入和脱离槽轮 （因为曲柄快速的转位输出）。如图 20 所示，一种新的具有双轨道的转位机构已经成功地研制出来了。圆滚进入一个轨道槽轮就转位 90，然后自动地沿滑出轨道脱离槽轮。当非转位时，相联的连杆机构就会锁住槽轮。在图 2.11 所示的位置上，锁紧滚好将要脱离槽轮。 图 2.1