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1. 概 述

包裝機(jī)械運(yùn)動(dòng)的形式是多種多樣的。其 中有許多機(jī)構(gòu)，要作連續(xù)運(yùn)動(dòng)，如連續(xù)的轉(zhuǎn) 動(dòng)或移動(dòng)，連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)和往復(fù)移動(dòng)。這 些運(yùn)動(dòng)形式可用齒輪機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)和凸輪 機(jī)梅等實(shí)現(xiàn)。還有一些機(jī)構(gòu)要作繼續(xù)運(yùn)動(dòng)， 如轉(zhuǎn)位凸輪機(jī)構(gòu)，馬爾他機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)， 久齒齒輪機(jī)構(gòu)等等。

馬爾他機(jī)鞫即槽輪機(jī)構(gòu)，它從停到動(dòng)和 從動(dòng)到停的瞬時(shí)，角加速度都有一個(gè)突然的 變化。因此，槽輪同其傳動(dòng)軸上的慣性負(fù)荷 都有一個(gè)突然的變化。這種變化實(shí)質(zhì)上就是 一次沖擊和振動(dòng)。而蘇輪機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)比較 簡(jiǎn)單.，但是由于結(jié)構(gòu)上的限制，其動(dòng)作準(zhǔn)確 度較差。另外，在高速使用時(shí)有沖擊和噪音。 欠齒齒輪機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力特性則有舸顯的欠 缺。因此，現(xiàn)代包裝機(jī)的間歐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，大 多釆用轉(zhuǎn)位凸輪機(jī)構(gòu)。它比起上述間歇運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu)有其得天獨(dú)厚的憂點(diǎn)：

(1)裝配方便，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠I

<2>可以獲得轉(zhuǎn)位與停位的任何時(shí)間比 例

3. 具有足夠的剛度*
4. 轉(zhuǎn)位凸輪機(jī)構(gòu)本身能起到定位作 用，不需要附加其它定位裝置；
5. 可以使夙動(dòng)件獲得任何給定的運(yùn)動(dòng)

規(guī)律。                              -

2. 轉(zhuǎn)位凸輪的類型

轉(zhuǎn)位凸輪按其運(yùn)動(dòng)形式可分為連續(xù)旋轉(zhuǎn)

和斷續(xù)旋轉(zhuǎn)兩種。

連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)位凸輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可 靠,一般都是等速旋轉(zhuǎn)°它的轉(zhuǎn)位角B和空 程轉(zhuǎn)角a之比，就是轉(zhuǎn)位時(shí)間與靜止時(shí)間之 比，而靜止時(shí)間正是包裝機(jī)用來(lái)完成產(chǎn)品的 包裝工藝時(shí)間，因此轉(zhuǎn)位角B一般在60—120 范圍內(nèi)。對(duì)于斷續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)位凸輪，按時(shí)接 通旋轉(zhuǎn)和停止，都必須有專門的發(fā)令件和離 令器加以控制，顯然結(jié)鞫就比較復(fù)雜。由于 其轉(zhuǎn)位角B不直接影響包裝機(jī)的效率，故一 般選擇在240以下。在什么情況下采用連 續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)位凸輪，在什么情況下釆用斷續(xù) 旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)位凸輪，需要在轉(zhuǎn)位凸輪的直徑計(jì) 算之后來(lái)確定。一般在凸輪直後不太大的情 況下應(yīng)釆用連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)位凸輪。

轉(zhuǎn)位凸輪的曲線槽有兩種。一種是矩形 槽，它的優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單，成本低.另一種 是梯形槽，其優(yōu)點(diǎn)是：(1)能使?jié)L子在梯形 曲線槽中與工作面接觸的各點(diǎn)線速度相同， 從而減少磨損，(2)工作面在運(yùn)轉(zhuǎn)中逐漸磨 損后，可以降低滾子盤與轉(zhuǎn)位凸輪之間的距 離，使?jié)L子與工作面重新剤配，修復(fù)方便。

梯形槽的夾角2 a是按滾子與曲線槽在 接觸錢上無(wú)滑動(dòng)來(lái)確定的。若某一轉(zhuǎn)位凸輪 半徑R = 134 mm,半徑處槽寬為35 mm,則 tg a =                             a = 7°26' 2a=14°52'

夾角2 a的頂點(diǎn)必須在凸輪的軸線上，通 常2 a在17°左右(見(jiàn)圖1 ) 式中：K,—負(fù)荷的沖擊系數(shù)

Pg—在傳動(dòng)中產(chǎn)生的最大力（蛇）

a.”一從動(dòng)作的最大加速度

因此從上式可以看出，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 后，在傳動(dòng)中產(chǎn)生的最大力Pg和從動(dòng)件系 統(tǒng)的質(zhì)量是一個(gè)常數(shù)，而只有加速度的變化, 才是導(dǎo)致沖擊載荷增大和產(chǎn)生振動(dòng)的主要因 素。    -'

3. 運(yùn)動(dòng)規(guī)偉的分忻

余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律（即簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)曲線〉在分度 轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用：首先，分析一下轉(zhuǎn)位凸 輪轉(zhuǎn)位曲線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。它對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)和工作性能有很大的影響，國(guó)此，必須根 據(jù)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提出的要求來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng) 規(guī)律。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求是：

<1）在可能允許的最短時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng) 平穩(wěn)，無(wú)沖擊和振動(dòng)

<2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件應(yīng)具有較高的耐磨 性；

<3）停位和定位應(yīng)具有較高的精度。

為了滿足第一個(gè)要求，必須保證在運(yùn)動(dòng) 過(guò)程中不產(chǎn)生剛性和柔性沖擊，即不應(yīng)產(chǎn)生 由于運(yùn)動(dòng)加速度的變化而引起慣性力的大小 和方向的瞬時(shí)改變。由于余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)單，易于理解，性能良好等特點(diǎn)，轉(zhuǎn)位凸輪 轉(zhuǎn)位曲線一般釆用余弦加速度由線。余弦加 速度規(guī)律雖然在運(yùn)動(dòng)的始末，加速度發(fā)生有 限的突變，會(huì)產(chǎn)生柔性沖擊.但在中點(diǎn)處加 速度為零，不產(chǎn)生沖擊，且在整個(gè)行程中余 弦加速度的變化是圓滑的（見(jiàn)圖2 Jo

加速度的變化將引起沖擊載荷的顯著增為了滿足第二個(gè)要求，即零件的高度耐 磨性，這個(gè)問(wèn)題不僅要選用硬度和耐磨性好 的材料，同時(shí)應(yīng)減小工作中產(chǎn)生的負(fù)荷。

 

 

產(chǎn)生負(fù)荷的原因有，

<1）阻力（磨擦，行程控制警等、

<2）慣性作用力，

<3）沖擊負(fù)荷，

E）壓力角。

在設(shè)計(jì)現(xiàn)代包裝機(jī)用轉(zhuǎn)位凸輪時(shí)，阻力 一般不可能減少。當(dāng)選用余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)， 一般不會(huì)產(chǎn)生沖擊。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，主要 隊(duì)?wèi)T性力和壓力角來(lái)考慮，•從而改進(jìn)工作性 能和提高其使用壽命。

慣性力由從動(dòng)件的加速度決定：

Pwh = m?a

式中t PwH—慣性力（kg）

m—從動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量（kg-s2/m） a —從動(dòng)件的加速度（m/s2）

轉(zhuǎn)位凸輪不但給滾子傳遞運(yùn)動(dòng)，而且也 傳遞力。從傳力的視點(diǎn)看，希望壓力角越小 越好，但壓力角越小，則凸輪的尺寸越大。 通常轉(zhuǎn)位凸輪的壓力角限制在30°?40°范圏 內(nèi)。既然壓力角有限制315么在轉(zhuǎn)位凸輪輪廓 設(shè)計(jì)完后，就需要檢驗(yàn)一下輪廓上的最大壓 力角是否超過(guò)規(guī)定范圍。如果超過(guò)較多，就 需要加大等基圓半徑重新設(shè)計(jì)輪廓,如果壓 力角很小，說(shuō)明設(shè)計(jì)的輪廓傳力比較輕快3 但如果凸輪尺寸較大，就需驀減小基圓半徑 修改設(shè)計(jì)，這些都要根據(jù)設(shè)計(jì)中的具悻情況 來(lái)決定。

轉(zhuǎn)位凸輪直徑的計(jì)算，

D = q—-

q t.tg Qm„

式中，D—凸輪直徑

T—包裝機(jī)工作周期＜s ）

H—轉(zhuǎn)位盤移動(dòng)的位向距離《mm） 氐一轉(zhuǎn)位時(shí)間（s ）

。皿一最大允許壓力角

q—運(yùn)動(dòng)規(guī)律系數(shù)《余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律q = 0.5）

由于轉(zhuǎn)位凸輪和滾子之間理論上是線接 觸，應(yīng)力較大，故要求表面硬度高、耐磨， 具有足夠的表面接觸強(qiáng)度。因此，轉(zhuǎn)最凸輪 的選材，一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于壓力角較小的釆用 球墨鑄鐵QT60- 2或釆用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵HT 20-40, HT 25-47等材料扌壓力角較大的常 用20Cr滲碳淬火（滲碳深度

HRC56~62）或用45, 40Cr, GCr 15表面淬 火HRC40—50,表面高頻淬火HRC52-58d 為了滿足第三個(gè)要求，在設(shè)計(jì)時(shí)，柱銷 一般要選用窄系列的滾動(dòng)軸承。為提高傳動(dòng) 精度,軸承在裝配時(shí)應(yīng)采用預(yù)緊方法，以消 除其徑向游隙。在裝配轉(zhuǎn)位凸輪和滾子轉(zhuǎn)盤 時(shí)，可以利用控制中心距的辦法，使?jié)L子表 面和轉(zhuǎn)位凸輪輪廓間造成預(yù)緊。

轉(zhuǎn)位凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律亦和其它凸輪機(jī)構(gòu) 一樣，有許多類型。現(xiàn)對(duì)余弦加速度曲線（即

 

附表
運(yùn)動(dòng)規(guī)律	金弦前速度（簡(jiǎn)諧）	正弦如連度（援線）
諼度廃律特點(diǎn)	在行程始末為零.中點(diǎn)處最大	在行程始末為筮，中點(diǎn)處最大
最大速度的比值（以辱速規(guī)律為 1）	1.57	2
加建崖規(guī)律符點(diǎn)（見(jiàn)圖2）	在行程始末較大，中點(diǎn)姓為零，在整個(gè)行 程中照滑變化	在行程始末及中糸均為零，拄整個(gè)行程中 圓清變化 ■
鼠大加速度的比值〈以等加-萼 滅速為1 ）	1,24	1.57
主嗖性能特點(diǎn)	在行程始末加速度發(fā)生有限值的突變，會(huì) 產(chǎn)生柔性畔擊“但在中點(diǎn)姓加速度為害， 不產(chǎn)生沖擊，且整個(gè)行程中加速度變化是 圓檎的 j中速時(shí)應(yīng)用效果最好	琛音,磨損較小，理論上無(wú)沖擊.但性能                       ? 取決于制造精度e在行程開(kāi)始和賤了時(shí)的 制造公差非常重要，要求貌將良好性能的 公差為土 D. OOBm m 能用于高速

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)線)與正弦加速度弦曲線(即擺線 曲線)運(yùn)動(dòng)規(guī)律(見(jiàn)附表)。

4. 轉(zhuǎn)位凸輪的設(shè)計(jì)

硯舉例說(shuō)明轉(zhuǎn)位凸輪輪廓尺寸的設(shè)計(jì)： 如某廠要設(shè)計(jì)一燈泡包裝機(jī)，其生產(chǎn)能 力為1200只/ h ,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為Q = 1250只 /ho

4.1 要求每只燈泡的工作時(shí)間t總
臨=盜=2.883)

4.2求出工作轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)位時(shí)間壇 壇=罕=0.723)(選用轉(zhuǎn)位

4

凸輪的轉(zhuǎn)位角為90°時(shí))

停位時(shí)間tn = 2.16s

4.3求出轉(zhuǎn)位凸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)工作轉(zhuǎn)盤 的轉(zhuǎn)角七

丫 =響=3°°(選用工作轉(zhuǎn)盤為12

工位時(shí))

4.4求轉(zhuǎn)位凸輪推動(dòng)工作轉(zhuǎn)盤的最大距 離H

設(shè)工作轉(zhuǎn)盤直徑為© = 200 mm(見(jiàn)圖3 )

 

 

R =100為工作轉(zhuǎn)盤的半徑，丫 =30為轉(zhuǎn) 角，A, B分別為轉(zhuǎn)盤上相鄰兩滾孑。

H = AB = AD+DB

因?yàn)椋篈D=DB = Rsin}

£

所以：H = 2Rsin； = 51.7638(mni)

JU

s 用公式計(jì)算轉(zhuǎn)位凸軸軸曲鰻在座標(biāo)系 統(tǒng)中的Uh

5.1 h = H(1 - cos a)/2

式中：H曲線總行程

h對(duì)應(yīng)于單位轉(zhuǎn)角a的曲線升程 a單位轉(zhuǎn)角

hl = h(l - cos a 1)/2

h2= H(l-COSa2)/2

S.2根據(jù)h = H(l -cosa)/2公式計(jì)算轉(zhuǎn)位 凸輪輪廓曲線在座標(biāo)中的值h 當(dāng) al =0° 時(shí)，hl= H(1 -COS0-)/2 = 0

«2 = 30° 時(shí)，h2 = H(l-cos30°)/2

=3* 4682

ct3=60° 時(shí)，h3= H(l-cos 60°)/2

= 12.941

■ ,

a4 = 90° 時(shí)，h4 = H(1-cos90°)/2

= 25.8819

□ 5 = 120°時(shí)，h5 = H(l-cosl20°)/2

=38.8229

a 6 = 150°時(shí)，h6 = H(l-cos 150°)/2

= 48.2963

a 7 = 180°時(shí)，h7=H(l-cosl80°)/2

= 51.7638

6 轉(zhuǎn)盤凸輪花専曲錐的修正(見(jiàn)圖4)

由于滾子在斜線槽中的運(yùn)動(dòng)軌跡并非走 弦線長(zhǎng)，而實(shí)際上是走弧線長(zhǎng)。因此，為了 保證轉(zhuǎn)位時(shí)的平穩(wěn)，必須對(duì)曲線進(jìn)行修正°

6.1求P點(diǎn)的修正值X

P點(diǎn)的 Y值：Y = rcosa

P點(diǎn)的X值，如為R2=(R-X)iY

.所以(R-X)JR2—丫£

(下轉(zhuǎn)第人頁(yè)＞

 

線在X0Z坐標(biāo)平面上的投影近似于圓，其最 大誤差僅為0.216 mm,足以滿足實(shí)際生產(chǎn)中 的焊接需要。因此，在這種條件下可以用焊 接件的圓周運(yùn)動(dòng)和焊槍頭的直線運(yùn)動(dòng)即可近 似地合成所需要的空間焊縫曲銭，而不必使 焊槍頭作三維空間運(yùn)動(dòng)進(jìn)行焊接。這種替代 大大地簡(jiǎn)化了這種焊接機(jī)的結(jié)構(gòu)，可作為誤 類自動(dòng)焊接機(jī)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。