槽輪機構設計方案.

1、基于Predator SFC系統(tǒng)的槽輪機構CAD/CA創(chuàng)新實驗槽輪機構設計方案1. 槽輪機構簡介在圖1中的外槽輪機構中，主動件拔盤以角速度 w1勻速轉動，當拔盤上的圓 銷轉到圖1所示的A位置時，撥盤上鎖止弧S1的起使邊到達中心連線OO位置，槽 輪開始轉動。當圓銷轉到A時，拔銷退出輪槽，拔盤繼續(xù)轉動，槽輪卻停止轉動， 我們稱此時的槽輪被鎖住，槽輪上的內凹鎖止弧和撥盤上的外凸鎖止弧嚙合在一 起。這樣，主動撥盤連續(xù)轉動就轉換成槽輪的間歇轉動。為避免槽輪在起動和停 歇時發(fā)生剛性沖擊，拔銷開始進入和離開輪槽時，輪槽的中心線應和圓銷中心 A 的運動圓周相切，即拔銷轉到圖1所示位置時，0A± OA

2、。圖1外槽輪機構組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。撥盤和槽輪上都有鎖止弧：槽輪上的凹圓弧、撥盤 上的凸圓弧，起鎖定作用。工作過程：撥盤連續(xù)回轉，當兩鎖止弧接觸時，槽輪靜止；反之槽輪運動作用：將連續(xù)回轉變換為間歇轉動 特點：結構簡單、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. 槽輪機構優(yōu)點(1) 結構簡單，工作可靠，效率較高；(2) 在進入和脫離嚙合時運動較平穩(wěn)，能準確控制轉動的角度；(3) 轉位迅速，從動件能在較短的時間內轉過較大的角度；(4) 槽輪轉位時間與靜止時間之比為定值。3. 槽輪機構缺點(1) 槽輪的轉角大小不

3、能調節(jié)；(2) 槽輪轉動的始、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，槽輪機構一般應用在 轉速不高的裝置中。4. 槽輪機構的工作原理槽輪機構，又叫馬爾他機構或日內瓦機構，由具有徑向槽的槽輪 1和具有撥 銷2的撥桿3組成，其工作原理如圖2所示。圖2槽輪機構工作原理簡圖當撥桿轉過一定的角度，撥動槽輪轉過一個分度角，由圖（a）所示的位置轉 到圖（b）所示的位置時，撥銷退出輪槽，此后，撥桿空轉，直至撥銷進入槽輪的 下一個槽內，才又重復上述的循環(huán)。這樣，撥桿（主動件）的等

4、速（或變速）連續(xù)（或 周期）運動，就轉換為槽輪（從動件）時轉時停的間歇運動。槽輪機構常采用鎖緊弧定位，即利用撥桿上的外凸圓弧一鎖緊弧A與槽輪上 的內凹圓弧一定位弧B的接觸鎖住槽輪。圖（a）所示為撥銷開始進入輪槽時的位置 關系，這時外凸圓弧面的端點F點離開凹面中點，槽輪開始轉動。圖（b）所示為撥 銷剛要離開輪槽時的位置關系，這時外凸圓弧面的另一端點 E剛好轉到內凹圓弧 面的中點，撥桿繼續(xù)轉動，E點越過凹面中點，槽輪被鎖住。圖（c）為撥銷退出輪 槽以后的情況，這時，外凸圓弧面與內凹圓弧面密切接觸，槽輪被鎖住而不能向 任何方向轉動.由上述工作過程的要求，撥桿上的外凸圓弧缺口應對稱于撥桿軸 線。5.

5、主要幾何尺寸的設計公式圖3為槽輪機構主要尺寸關系圖。圖中0為拔盤中心，Q為槽輪中心，Li為撥 銷的軌跡半徑；L2為槽輪半徑;La為中心距，h為槽輪槽深,rb為撥銷半徑，3為間 隙。圖3槽輪機構主要幾何尺寸關系圖設拔盤軸的直徑為d.為避免槽輪在起動和停歇時發(fā)生剛性沖擊，圓銷開始進入 和離開輪槽時，輪槽的中心線應和圓銷中心的運動圓周相切，從而決定了槽輪機 構主要尺寸之間的關系，根據(jù)圖4所示槽輪機構的設計計算公式如下：圖4槽輪機構主要幾何尺寸計算關系圖(I) 已知參數(shù)： 槽輪槽數(shù)z ,撥盤上圓銷數(shù)目m ,中心距C=GO2 ,撥盤上圓銷半徑Rt ,撥盤轉速ni槽輪運動角：2 B =2刀/z撥盤運動角：

6、2 a二刀-2 (3(4) 撥盤上圓銷數(shù)目：m v 2z/(z-2)(5) 圓銷中心軌跡半徑：Ri=C sin( 3 )(6) 槽輪外徑：R2= (C sin( 3 ) 2+Rt?(7) 槽輪深度：h= Ri+ R2- C + R t + S(8) 撥盤回轉軸直徑：di v 2 (C- R2)(9) 槽輪軸直徑：d2 v 2 (C - Ri- Rt- S)(10) 撥盤上鎖止弧所對中心角：丫 =2 (刀/m -a)(II) 鎖止弧半徑：R二Ri- b - R t(12) 槽輪每循環(huán)運動時間：tf = (z-2”z 30/n1(13) 槽輪每循環(huán)停歇時間：t d = (2z-m(z-2)/(mz

7、) 30/n1(14) 槽輪機構的動停比 k: k=(m(z-2)/(2z-m(z-2)(15) 圓銷中心軌跡半徑R與中心距C的比入：入二R/C二sin(刀/z)(16) 槽輪角位移：二arc tg y sin( 0 )/(1- 丫 cos( 0)-a<0< +a(17) 槽輪角速度：3 2=(入 cos (0)-入)3 1/ (1 +入 2-2 入 cos (0)(18) 槽輪角加速度：£ 2=(入(入 2-1 ) sin (0)3 21/ (1+入 2-2 入 cos (0) 2)(19) 槽輪最大角速度所在位置：0=00一般3的取值范圍為3-6mm,當槽輪槽數(shù)z較大

8、時。6. 槽輪機構設計方案6.1方案1要求槽輪機構的動停比k=1/3設：槽輪槽數(shù)Z=4 撥銷m=1中心距C=70 撥銷半徑RT=2mm銷與槽底間隙3 =3槽齒寬b=5求解槽輪機構的尺寸參數(shù)：(I) 槽輪運動角：2 B =2 刀 /z=2 ji/4= ji /2撥盤運動角：2 a = j -2 (3 = j/2(3) 撥盤上圓銷數(shù)目：m=1 v 2z/(z-2)=8/2=4(4) 圓銷中心軌跡半徑：R 1=C sin( 3 )=70 x SIN (45) =49.5(5) 槽輪外徑：R2= (C sin( 3 ) 2+Rt?二49.5 2+41/2=49.54(6) 槽輪深度：h= R1+ R2

9、- C + R t + 3 =49.5+49.54-70+2+3=34(7) 撥盤回轉軸直徑：d1 = 12 v 2 (C- R2) =2(70-49.54)=40.9(8) 槽輪軸直徑：d2=12 v 2 (C - R 1- R t- 3) =2(70-49.5-2-3)=31(9) 撥盤上鎖止弧所對中心角：丫 =2(j /m - a) =3j /2(10) 鎖止弧半徑：R= R1- b - R t=49.5-5-2=42.5(II) 槽輪機構的動停比 k： k=(m(z-2)/(2z-m(z-2)=2/(8-2)=1/3(12) 圓銷中心軌跡半徑R與中心距C的比入：入二R/C二si n(

10、ji /z)二SIN( ji/4)=0.7076.2方案2要求槽輪機構的動停比k=1設：槽輪槽數(shù)Z=4 撥銷m=2中心距C=70 撥銷半徑RT=2mm銷與槽底間隙3 =3 槽齒寬b=5求解槽輪機構的尺寸參數(shù)：(1) 槽輪運動角：2 B =2j /z=2 j/4= j /2(2) 撥盤運動角：2 a =j -2 (3 = j/2(3) 撥盤上圓銷數(shù)目：m=2 v 2z/(z-2)=8/2=4(4) 圓銷中心軌跡半徑：R i=C sin( 3 )=70 x SIN (45) =49.5(5) 槽輪外徑：R2= (C sin( 3 ) 2+R?二49.5 2+41/2=49.54(6) 槽輪深度：h

11、= R1+ R2- C + R t + S =49.5+49.54-70+2+3=34(7) 撥盤回轉軸直徑：d1 = 12 v 2 (C- R2) =2(70-49.54)=40.9(8) 槽輪軸直徑：d2=12 v 2 (C - R 1- R t- S) =2(70-49.5-2-3)=31(9) 撥盤上鎖止弧所對中心角：丫 =2 (j /m -a) = j /2(10) 鎖止弧半徑：R= R1- b - R t=49.5-5-2=42.5ji(11) 槽輪機構的動停比 k： k=(m(z-2)/(2z-m(z-2)=4/(8-4)=1(12) 圓銷中心軌跡半徑R與中心距C的比入：入=R/

12、C=si n( j /z)=SIN(/4)=0.7077. 方案1槽輪三維模型圖5槽輪三維模型7.1方案1槽輪設計圖紙(1)槽輪圖6槽輪部分撥盤槽輪機構的撥盤部分起驅動作用。本機構的撥盤如圖7所示，本結構分2層, 上層起驅動左右，下層起連接槽輪的作用。兩層圈盤實為一體。1 :-11CSJII;11S圖7撥盤部分槽輪的裝配如圖8所示，槽輪機構要裝在一底板上并加以固定。圖上銷的作用為連接機 構和底板。© 吃 HBffT0 A H砒-0 1i H7/h6電咖一圖8槽輪機構的裝配圖8. 槽輪機構的配合和表面粗糙度(1) 參照刀尖圓角來設計工件圓角，未注倒角C0.2 0.8，未注圓角R0.20

13、.8。(2) 表面粗糙度配合面和滑動面Ra12.5，可見加工痕跡，一般用于沒有相對運動的配合面。其它表面Ra25,為達到一般容許公差而切削后自然得到的表面， 接 觸狀態(tài)要求穩(wěn)定的面，常見用手接觸的面。 Ra6.3 (微見加工痕跡)和Ra3.2(不見加工痕跡)用于相對運動速度不高的接觸面，要精車、精鉸、精鏜和精 銑。(3) 撥盤和槽輪孔與軸低速旋轉，撥銷與槽低速相對運動，用間隙配合H8/f7。 沒有相對運動的配合，因受力較小，用小的過盈配合 H7/h6(5) 槽輪外輪廓與撥盤凹弧的配合是H9/e9,大的間隙配合。(6) 中心距公差是士 0.02到士 0.03。9槽輪機構的運動分析9.1外槽輪機構

14、角速度和角加速度的分析假設槽輪機構在工作的某一狀態(tài)時的工作簡圖如圖2-1的(a)所示，其對應的 狀態(tài)矢量見圖9的(b)所示，0偽槽輪中心，02為拔盤中心，E1為槽輪開始進入運 動時的圓銷中心的位置，E為槽輪在運動中的任一位置，角速度和角加速度曲線 見圖10所示。圖9槽輪機構工作簡圖以及矢量分析圖丁一元氫次逮庚A-無兇找曲逮度T-元因興站同圖10槽輪的角速度曲線圖(a)和角加速度曲線圖(b)(1)槽輪機構運動起來是做變加速運動，槽輪機構的最大角速度出現(xiàn)在B=0位置。r （2）在撥銷進入與脫離輪槽的瞬間，槽輪速度為零，但加速度不為零，所 以產(chǎn)生柔性沖擊。（3）槽輪機構的角速度和角加速度的變化取決于

15、槽數(shù)z。（4）在選擇槽數(shù)時，應該綜合考慮多種因素。對于槽輪機構，槽數(shù)越少則工作 效率越高，一方面，槽數(shù)越少角加速度變化越大，運動平穩(wěn)性能差，槽輪機構的 振動、沖擊和噪聲將隨之加大；另一方面，隨著槽數(shù)的增加，槽輪的結構尺寸將 加大，從動端的慣性力矩也隨著加大。同時當槽數(shù) z大于9時，槽輪機構的動停比 K變化趨于平穩(wěn)，動力特性的改善也明顯減弱，但隨著槽數(shù)增加將給機構的設計 帶來的困難將越大。因此，在實際應用中，槽輪機構的槽數(shù)多在 4到8范圍內。10.槽輪機構創(chuàng)新10.1槽輪機構的應用和研究現(xiàn)狀槽輪機構結構簡單、工作可靠、從動件的運動能夠較準確地控制等優(yōu)點，在 工業(yè)生產(chǎn)中廣泛地應用于較少工位的間歇轉

16、位機構和步進機構中。但傳統(tǒng)的槽輪 機構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系，動停比無選擇余地。由于槽輪機構的角速度曲線連續(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。對槽輪機構的研究主要集中在機構的改進方面， 以槽輪機構為基本機構（除機架和原動件外還具有零個或一個桿組的機構稱為基 本機構），在此基礎上串聯(lián)槽輪機構或其它基本機構以得到連續(xù)的角加速度曲線

17、， 從而避免柔性沖擊，改善機構的動力性能。多年來，提出了一些槽輪機構的改進 方案，如兩級串聯(lián)式槽輪機構、行星輪驅動的槽輪機構、完整齒輪和非完整齒輪 驅動的槽輪機構、橢圓齒輪驅動的槽輪機構、連桿機構驅動的槽輪機構等組合式 槽輪機構。其中行星輪驅動的槽輪機構結構簡單，對動力特性有相當?shù)母倪M效果， 也擴大了動停比的選擇范圍。但對這種機構的運動學分析和參數(shù)分析還有待深 入，該機構的潛力也未得到充分的發(fā)掘與認識。為適應間歇運動高速化的要求，出現(xiàn)了各種分度凸輪機構。但是這類機構尚 有兩個缺點：(1)它們是高副機構，較易磨損；(2)制造技術復雜。10.2創(chuàng)新機構緊鎖槽輪機構槽輪機構的旋轉曲柄上有一驅動滾子，

18、當它進入一個槽時，輸出輪就會迅速 地轉位。如圖11所示，鎖止桿上的圓滾與槽相嚙合以防止槽輪不轉位的移動。圖11緊鎖槽輪機構行星齒槽輪機構當驅動齒輪用在鎖止盤上的一個單齒驅動行星齒輪時，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，使輸出桿轉動一個位置，如 圖12所示。圖12行星齒槽輪機構1023雙槽輪驅動第一個槽輪的從動部分是第二個槽輪的驅動部分。這樣產(chǎn)生一個較寬輸出轉動變化范圍，這個輸出轉動包括兩個快速轉位之間長時間的暫停。如圖13所示圖13雙槽輪驅動凸槽凹輪槽輪機構當槽輪被均速轉動的圓滾驅動時，它常常有很高的加速和減速特性。在這里 的改進中，當被槽凸輪轉動驅動時，包括驅

19、動滾在內的輸出桿可以沿徑向移動。 于是，當驅動滾與槽輪嚙合時，連桿將沿徑向向內移動。這個動作降低了槽輪的 加速力。如圖14所示。-凸槽凹靛槽輪機構圖14凸槽凹輪槽輪機構1025 鎖緊滑道槽輪機構一個銷鎖緊或松開槽輪，另一個銷在槽輪未被鎖緊時驅動槽輪。在圖所示的 位置，驅動銷將與溝槽相嚙合，使槽輪進行轉位。與此同時，鎖止銷恰好剛離開 溝槽。如圖15所示。圖15 一鎖緊滑道槽輪機構四桿槽機構一個四連桿槽機構能夠產(chǎn)生一個很長的暫停時間，輸出一個擺動運動。驅動 輪的轉動能夠能夠使得驅動滾在輸出桿上往復的進出。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16所示。圖16四桿槽機構快速轉動槽

20、輪機構在一個四桿機構的連桿伸出部分上的點連接的軌跡曲線中，有大致成 90°的 兩條直線。這為驅動銷直接進入溝槽提供了條件，因為當驅動銷進入溝槽很深時 槽輪都不會運動。然后，槽輪將產(chǎn)生一快速轉為。一個鎖緊凸輪通過齒輪與輸入 軸相連接，它能防止槽輪不轉位時移動。如圖17所示。圖17快速轉動槽輪機構1028長時間暫停槽輪機構這種槽輪機構上有一條鏈，鏈上有與標準槽輪相結合的伸出銷。該機構在槽 輪每轉動90°時都可以有一個較長的暫停時間。鏈輪間空間的大小決定了暫停時 間的長短。有些鏈節(jié)具有特殊的延長部分，能夠在暫停時鎖住槽輪。圖18所示一悵時間暫停權輪機構特出槽輪聖動儲宛動整輪r猷爲

21、延KW切（6冋焙©席祁圖18長時間暫停槽輪機構改進的槽輪機構普通槽輪機構的輸入連桿以均速轉動，這樣就限制了設計的靈活性。也就是說，當尺寸和狀態(tài)數(shù)確定后，輸入軸的轉素決定了暫停時間的長度。圖19中橢圓形齒輪產(chǎn)生一個變化的曲柄轉動，它能夠延長或縮短暫停時間。圖19改進的槽輪機構10210雙軌槽輪機構這種槽輪設計的關鍵是必須使輸出滾子沿切線方向進入和脫離槽輪（因為曲 柄快速的轉位輸出）。如圖20所示，一種新的具有雙軌道的轉位機構已經(jīng)成功地 研制出來了。圓滾進入一個軌道槽輪就轉位90°，然后自動地沿滑出軌道脫離槽 輪。當非轉位時，相聯(lián)的連桿機構就會鎖住槽輪。在圖 20所示的位置上，

22、鎖緊滾好將要脫離槽輪。圖20雙軌槽輪機構控制輸出桿在該簡單機構中的輸出部分不會向任何方向轉動，直到輸入部分開始驅動 它。在工作過程中，驅動桿靠銷上的軸承使輸出盤轉位。轉位時因為輸入盤上的 槽處于允許控制桿尖進入的位置，控制桿在凸輪的作用下離開輸出輪。但是，當 桿離開銷子時，輸入盤使迫使控制桿尖離開盤上的槽，而另一端進入輸出盤上凹 槽。這樣能夠鎖緊輸出部分，使其在暫停時不向任何方向轉動。圖 21所示?？刂戚敵鰲U圖21控制輸出桿10212漸進擺動驅動一個與行星輪相連的曲柄使點P的運動詭計為兩個環(huán)形曲線，如圖4-12所示開有滑槽的輸出曲柄在豎直方向有暫短地擺動。圖 22所示。圖22漸進擺動驅動平行導

23、向機構輸入曲柄與兩個行星輪相連接。太陽輪的中心是固定的。使三個齒輪半徑相同，輪2為惰輪，在驅動曲柄的轉動過程中，固定在齒輪3上的任何部分將與它原來的位置平行。圖23所示圖23平行導向機構10214正旋往復運動機構該往復運動機構將旋轉運動轉化為往復移動，在往復用動中擺動部分與輸入 軸處于同一個平面上。輸出部分包括戀歌帶者滾子的臂桿，且滾子與切去頂端的 球面相接觸。球的轉動產(chǎn)生了擺動輸出。圖24所示。圖24正旋往復運動機構規(guī)則的槽輪驅動機構通過設計驅動滾，使其相對輸入軸不對稱，暫停時間是可改變的。這樣不會 影響運動期間的持續(xù)時間。如果想要不均勻的運動時間和暫停時間，圓滾的曲柄 長應該不相等，星形輪

24、應該作合適的改進。該機構稱為不規(guī)則的槽輪驅動機構。 圖25所示。圖25規(guī)則的槽輪驅動機構10216歇運動機構在這個間歇運動機構中，兩個圓滾驅動輸出軸，并在暫停時能夠鎖緊輸出軸。 對于輸入軸的每一轉，輸出軸都會有兩個運動階段。輸出角©由齒輪的數(shù)目決定。 轉動角在有限的范圍內可以選擇。齒輪a被裝在驅動b輪上的兩個驅動滾間歇地驅動，輪b裝在機架c上。在暫停時間內， 圓滾沿齒頂轉動。在運動的時間內，一個圓滾的路徑d是一條傾向輸出軸的直線， 且與從動輪有關。凸輪的輪廓和路徑d平行。齒頂是半徑為R的圓弧，該弧與圓滾 的路徑相似。圖26所示。圖26歇運動機構筒鎖裝置的間歇傳動機構圖27是帶有一個圓

25、筒鎖裝置的間歇傳動機構。在暫停的末尾，帶動銷d和兩齒嚙合前后的短時間內，內部的圓筒f不能使從動輪鎖緊，因此添加了與筒f同 軸的輔助筒e。只有具備兩者才能獲得很好的鎖緊性能。他們的長度是由從動輪 的節(jié)圓決定的。圖4-17所示。圖27筒鎖裝置的間歇傳動機構11.結論（1） 槽輪機構運動起來是做變加速運動，槽輪機構的最大角速度出現(xiàn)在B=0位 置。（2）在撥銷進入與脫離輪槽的瞬間，槽輪機構的速度為零，但角加速度不為零， 產(chǎn)生沖擊。（3）槽輪機構的角速度和角加速度的變化取決于槽數(shù)z。（4）在選擇槽數(shù)時，應該綜合考慮多種因素。對于槽輪機構，槽數(shù)越少則工作 效率越高，一方面，槽數(shù)越少角加速度變化越大，運動平穩(wěn)性能差，槽輪機構的 振動、沖擊和噪聲將隨之加大；另一方面，隨著槽數(shù)的增加，槽