机械毕业设计（论文）-槽轮间歇回转机构的设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 槽轮间歇回转机构的设计槽轮间歇回转机构的设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 槽轮间歇回 转机构的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用， 表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、 集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923143 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 槽轮间歇回转机构的设计 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 槽轮间歇回转机构的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 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。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）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 II 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。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 93 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 槽轮间歇回转机构的设计 III 摘摘 要要 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：关键词：修正槽轮机构；间歇；优化设计 IV 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 槽轮间歇回转机构的设计 V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 目 录 V 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 VI 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 槽轮间歇回转机构的设计 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义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 2 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 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。 槽轮间歇回转机构的设计 3 2 槽轮机构的概述槽轮机构的概述 2.1 槽轮机构简介槽轮机构简介 2.1.1 分类分类 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 4 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 槽轮间歇回转机构的设计 5 2.1.2 工作过程工作过程 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 住弧被主动臂轮 1 的外凸圆弧卡住，故槽轮 2 静止不动。图 2.4 所示为偏心轴 G 开 2 S 1 S 始进入槽轮径向槽的位置，这时锁住弧被松开，因而偏心轴能驱使槽轮沿与主动臂轮 2 S 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 作用作用 将连续回转变换为间歇转动。 2.1.5 特点特点 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 6 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槽轮机构应用和研究现状 2.2.1 应用和研究现状应用和研究现状 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 槽轮间歇回转机构的设计 7 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 修正槽轮修正槽轮机构机构 (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 8 (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 槽轮间歇回转机构的设计 9 (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 10 (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2.11 双轨槽轮机构 (7)锁紧滑道槽轮机构 一个销锁紧或松开槽轮，另一个销在槽轮未被锁紧时驱动槽轮。在图所示的位置， 驱动销将与沟槽相啮合，使槽轮进行转位。与此同时，锁止销恰好刚离开沟槽。如图 2.12 所示。 图2.12 锁紧滑道槽轮机构 槽轮间歇回转机构的设计 11 (8)快速转动槽轮机构 在一个四杆机构的连杆伸出部分上的点连接的轨迹曲线中，有大致成 90的两条直 线。这为驱动销直接进入沟槽提供了条件，因为当驱动销进入沟槽很深时槽轮都不会运 动。然后，槽轮将产生一快速转为。一个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 2.13 所示。 图2.13 快速转动槽轮机构 (9)长时间暂停槽轮机构 这种槽轮机构上有一条链，链上有与标准槽轮相结合的伸出销。该机构在槽轮每转 动 90时都可以有一个较长的暂停时间。链轮间空间的大小决定了暂停时间的长短。有 些链节具有特殊的延长部分，能够在暂停时锁住槽轮。图 2.14 所示 图2.14 长时间暂停槽轮机构 无锡太湖学院学士学位论文 12 (10)改进的槽轮机构 普通槽轮机构的输入连杆以均速转动，这样就限制了设计的灵活性。也就是说，当 尺寸和状态数确定后，输入轴的转素决定了暂停时间的长度。图 2.15 中椭圆形齿轮产生 一个变化的曲柄转动，它能够延长或缩短暂停时间。 图2.15 改进的槽轮机构 (11) 控制输出杆槽轮机构 在该简单机构中的输出部分不会向任何方向转动，直到输入部分开始驱动它。在工 作过程中，驱动杆靠销上的轴承使输出盘转位。转位时因为输入盘上的槽处于允许控制 杆尖进入的位置，控制杆在凸轮的作用下离开输出轮。但是，当杆离开销子时，输入盘 使迫使控制杆尖离开盘上的槽，而另一端进入输出盘上凹槽。这样能够锁紧输出部分， 使其在暂停时不向任何方向转动。图 2.16 所示。 图2.16 控制输出杆槽轮机构 槽轮间歇回转机构的设计 13 (12) 规则的槽轮驱动机构 通过设计驱动滚，使其相对输入轴不对称，暂停时间是可改变的。这样不会影响运 动期间的持续时间。如果想要不均匀的运动时间和暂停时间，圆滚的曲柄长应该不相等， 星形轮应该作合适的改进。该机构称为不规则的槽轮驱动机构。图 2.17 所示。 图2.17 规则的槽轮驱动机构 无锡太湖学院学士学位论文 14 3 槽轮机构的工作原理槽轮机构的工作原理 3.1 工作原理工作原理 (a) (b) (c) 图 3.1 槽轮机构工作原理简图 如图3.1所示，当拨杆转过一定的角度，拨动槽轮转过一个分度角，由图(a)所示的位 置转到图(b)所示的位置时，拨销退出轮槽，此后，拨杆空转，直至拨销进入槽轮的下一 个槽内，才又重复上述的循环。这样，拨杆(主动件)的等速(或变速)连续(或周期)运动， 就转换为槽轮(从动件)时转时停的间歇运动。 槽轮机构常采用锁紧弧定位，即利用拨杆上的外凸圆弧A与槽轮上的内凹圆弧B的接 触锁住槽轮。图(a)所示为拨销开始进入轮槽时的位置关系，这时外凸圆弧面的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的位置关系，这时外凸圆弧面 的另一端点E刚好转到内凹圆弧面如图所示处，拨杆继续转动，E点越过凹面，槽轮被锁 住。图(c)为拨销退出轮槽以后的情况，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.由上述工作过程的要求，拨杆上的外凸圆弧缺口应对称于 拨杆轴线。 槽轮间歇回转机构的设计 15 如示意图3.2(a)所示，2为偏心轴，10为轴承，4为与主动轮同轴心的大齿轮，3为小齿 轮，当主动臂轮7转动时，小齿轮3作行星转动，并带动偏心轴运动。这样偏心轴上部的 运动轨迹是一外摆线，以此代替一般槽轮机构中的销轴，则可获得示意图(b)所示的运动 规律，以为圆心的小圆的半径上的一点C所形成的轨迹存在四段直线。 1 O 当时，曲线在C点处的加速度为零（图示位置）；其中l为间距离 2 r l Rr 1 OC （即偏心轴的偏心距）；R为大齿轮分度圆半径（以O为圆心的大圆半径OB）；r为 1 OC 小齿轮分度圆半径（以为圆心的小圆半径）。 1 O 1 O B (a) (b) 图 3.2 槽轮机构局部示意图 无锡太湖学院学士学位论文 16 3.2 角速度和角加速度分析角速度和角加速度分析 图 3.3 所示的修正槽轮机构，在运动过程的任一瞬时，槽轮 2 的转角和构件 1 的转 2 角间的关系为 1 图 3.3 修正槽轮机构 令并代入上式得 r a 1 2 1 sin arctan 1cos 槽轮的角速度为对时间的一次求导，即 2 2 （3.1） 2 2 d dt 1 1 2 1 (cos) 1 2 cos 当构件 1 的角速度为常数时，槽轮的角速度为 1 1 21 sin cos rPQ O Qar 2 tan 槽轮间歇回转机构的设计 17 2 2 21 21 22 1 (1)sin (1 2 cos) d dt （3.2） 由图 2.1 可得，所以从式 2 sinsin r az 3.1、3.2 中可以看出：当一定时，槽轮机构的角 1 速度和角加速度随槽数 z 而变化。图 3.4 所示为槽 数 z=4 的槽轮的角速度和角加速度曲线。由图可见， 在槽轮运动的前半段，是增加的，因此为正； 2 2 在槽轮运动的后半段，是减少的，因此为负。 2 2 表 3.1 列出了不同槽数的外槽轮的最大角速度、 2max 最大角加速度和转位始末的角加速度（因 2max 2sm 为构件 1 进槽和出槽位置是对称于中心连线的，所 以槽轮转位始末的角加速度数值相同）。由表可见： 当槽数较少时，加速度变化较大，运动平稳性差； 当槽数增多后，加速度变化较小，运动较平稳。因 此设计时，槽轮的槽数不应选得太少，但槽数也不 宜太多，太多将使槽轮尺寸很大，转动时槽轮的惯 性力矩也大。而且当 z9 时，k 的改变很小，表明 槽轮运动时间与静止时间变化不大，因此一般选槽 数 z=48。 图 3.4 槽轮的角速度和角加速度曲线 表 3-1 外槽轮的角速度和角加速度 z 2max 1 2max 2 1 2 2 1 sm 36.4631.441.73 42.415.411.00 51.432.300.73 61.001.350.58 81.620.700.41 无锡太湖学院学士学位论文 18 4 槽轮机构的设计方案槽轮机构的设计方案 4.1 总设计方案总设计方案 本设计中，由机构确定中心距 a=201.13mm，槽轮槽数 z=4，圆销数目 K=3，动停比 k=，主动圆销半径 r=18.5mm，槽宽 b=42mm。 21 23 z z 4.2 主要部件的设计主要部件的设计 4.2.1 槽轮槽轮 槽数 z=4，槽轮外圆半径=289，槽宽 b=42mm，槽深， 2 R 22 (sincos1)har 其中为槽轮运动角，见图 3.3，此时=45，所以102mm，取 h=109mm。 2 2 h 如图 4.1 所示，槽轮分两层，别由轮毂、导向板、槽板焊接后去应力整体加工而成， 材料采用 45 号钢。导向板的 4 只圆弧面需淬火，槽板及导向板在焊接热处理后翘曲不大 于 1mm。 图 4.1 槽轮 槽轮间歇回转机构的设计 19 4.2.2 主动轮臂主动轮臂 如图 4.2，主动臂轮分三层，别由轮毂、导向板、上下人字板焊接后去应力整体加工 而成，材料采用 45 号钢。导向板及人字板在焊接热处理后翘曲不大于 1mm。 与传统槽轮机构不同，本槽轮机构没有销轴，而是用而是利用偏心轴产生一外摆线 运动轨迹，以此代替一般槽轮机构中的销轴。 主动轮臂圆销数 K=3，圆销半径 r=18.5mm，圆销中心轨迹半径 R=144mm。 图 4.2 主动轮臂 无锡太湖学院学士学位论文 20 4.2.3 滚动轴滚动轴 （1）初步确定轴的最小直径 先按式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理。取 3 min0 d P A n =112，再根据标准尺寸表令=32mm。 0 A d （2）轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案 图 4.3 滚动轴的结构与装配 槽轮间歇回转机构的设计 21 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 已知-段安装主动臂轮，所以=40mm，配合为。因为主动轮臂轮毂部分 d 7 7 H h 长 88mm，所以取=90mm。-、-段均需安装轴承，所以参照轴承的内径及其 l 他各段的直径确定=35mm、=40mm，同时确定=53mm，=22mm。- d d l l 段装链轮，根据链轮的宽度确定=48mm。 l 滚动轴承的选择 因轴承主要承受径向载荷，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据=35mm、 d =40mm 分别选择 0 基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承 6207、6208。 d 确定轴上圆角和倒角尺寸 参照零件倒角 C 与圆角半径 R 的推荐值表，取轴端倒角分别为、，各轴 1 45 2 45 肩处圆角半径为 R1.5。 4.2.4 槽轮轴槽轮轴 （1）初步确定轴的最小直径 先按式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理。取 3 min0 d P A n =112，再根据标准尺寸表令=32mm。 0 Ad （2）轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案 无锡太湖学院学士学位论文 22 图 4.4 槽轮轴的结构与装配 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 已知-段安装槽轮，所以=40mm。因为槽轮轮毂部分长 100mm，所以取 d =102mm。-、-段均需安装轴承，所以参照轴承的内径及其他各段的直径确 l 定=35mm、=40mm，同时确定=56mm，=22mm。 d d l l 滚动轴承的选择 因轴承主要承受径向载荷，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据=35mm、 d =40mm 分别选择 0 基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承 6207、6208。 d 确定轴上圆角和倒角尺寸 参照零件倒角 C 与圆角半径 R 的推荐值表，取轴端倒角分别为、，各轴 1 45 2 45 肩处圆角半径为 R1.5。 槽轮间歇回转机构的设计 23 4.2.5 主要标准件的选取主要标准件的选取 （1）键 查普通平键的尺寸表选取安装在滚动轴上的平键尺寸分别为（d=32mm）、 10 8 28 （d=40mm）；槽轮轴上的键尺寸为。 12 8 60 12 8 60 （2）轴承 根据偏心轴轴径，查深沟球轴承尺寸表，自上而下分别选取轴承为 6201、61904、6201，数量分别为 1、2、1。 修正槽轮机构上端轴套处，根据轴承所受形式及轴套直径，选取轴承为圆锥滚子轴 承 30212，安装形式为“背靠背”，如图 4.5 所示。 图 4.5 圆锥滚子轴承 无锡太湖学院学士学位论文 24 4.2.6 偏心轴偏心轴 图 4.6 偏心轴 如图 4.6,偏心轴偏心部分轴径为 20mm，两端轴径为 12mm，偏心距离为 1.78mm，总 长为 70mm。偏心轴端部需开 M5 的半螺纹孔，以用于和小齿轮连接。偏心轴加工完成后 需调质处理：HB220-HB250，且要在装配齿轮的轴段划通过偏心位置的中心线并在偏心 位置打记号。 4.3 装配关系装配关系 如图 4.7 所示，发动机提供动力通过链轮将其传递给滚动轴，从而滚动轴带动主动轮 臂作连续运动。当主动轮臂转动时，小齿轮作行星转动，并带动偏心轴运动，于是槽轮 便获得周期性的间歇运动，最终使得槽轮轴以及与之连接的空心轴获得间歇运动，达到 设计目的。 槽轮间歇回转机构的设计 25 图 4.7 修正槽轮机构装配图 无锡太湖学院学士学位论文 26 图 4.8 修正槽轮机构的三维图（部分） 槽轮间歇回转机构的设计 27 从图 4.8 可以看出，当大齿轮随着滚动轴一起转动时，带动与之啮合的三个小齿轮转 动，从而带动偏心轮自转，而同时偏心轮也绕着滚动轴公转，所以偏心轮作行星运动， 这种利用圆销偏心的行星运动和槽轮啮合的设计方案，会使传动更趋平稳，这也是本设 计的核心所在。 图 4.9 修正槽轮机构的三维图（局部） 如图 4.9 所示，可以从局部放大图中更加清楚的看到此修正槽轮机构的装配关系。 无锡太湖学院学士学位论文 28 图 4.10 修正槽轮机构的俯视图 图 4.11 修正槽轮机构的仰视图 从图 4.10 与 4.11 中可以清楚的看出修正槽轮机构的运动关系，即大齿轮如何带动小 齿轮运动，小齿轮又如何带动偏心轴运动，进而偏心轴获得行星运动，从而达到槽轮机 构传动平稳的设计目的。 槽轮间歇回转机构的设计 29 5 结论结论 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，槽轮机构的速度为零， 但角加速度不为零，产生冲击。为使槽轮机构传动平稳，减少冲击现象，本设计采用一 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，通过改变柱销进入 或退出啮合时的撞击现象，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。 槽轮机构的角速度和角加速度的变化取决于槽数z。在选择槽数时，应该综合考虑多 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，槽轮机构的振动、冲击和噪声将随之加大;另一方面，随着槽数的 增加，槽轮的结构尺寸将加大，从动端的惯性力矩也随着加大。同时当槽数z大于9时，槽 轮机构的动停比k变化趋于平稳，动力特性的改善也明显减弱，但随着槽数增加将给机构 的设计带来的困难将越大。因此，在实际应用中，槽轮机构的槽数多在4到8范围内。 无锡太湖学院学士学位论文 30 致致 谢谢 首先，我要感谢我的导师唐正宁教授，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、 学习中的榜样，给了起到了灯塔的作用。他用循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我 无尽的启迪，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次我要感谢同组同学对我 的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就 不会如此的顺利进行。 此次毕业设计是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一 次设计。用唐老师的一句话概括就是这次毕业设计相当如是把以前的小课程设计综合在 一起的过程，只要把握住每个小课设的精华、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也 就不难了。我此次的任务是做一个修正槽轮机构。虽按老师的话来说此次毕业设计看起 来不是那么的可怕，但是当我真的开始着手时，还的确是困难重重。俗话说的好， “磨刀不 误砍柴工”，当每次遇到不懂得问题时，我都会第一时间记在本子上面，然后等答疑的时 候问老师，老师对于我提出来的问题都一一解答，一再的告诫我做设计该注意的地方， 从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，他们真 正起到了“传道授业解惑疑”的作用，让人油然而生的敬佩。除此之外，我们组和老师还有 另外两个交流途径：打电话和上网，为此老师还特意建立一个群，以便大家第一时间接 收到毕业设计的最新消息和资料，每次大家都在群不亦乐乎的讨论着毕业设计的事情。 在此谨向唐正宁老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在论文即将完成之际，我的心 情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了 我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 最后我还要感谢我的母校无锡太湖学院四年 来对我的栽培。 槽轮间歇回转机构的设计 31 参考文献参考文献 1 郑文纬，吴克坚机械原理M 北京：高等教育出版社，1996：286-294 2 孙桓，陈作模，葛文杰机械原理M 北京：高等教育出版社，2006：240-244 3 濮良贵，纪名刚机械设计M 北京：高等教育出版社，2006：360-383 4 李育锡机械设计课程设计M 北京：高等教育出版社，2008：101-212 ，63 5 龚溎义，严国良机械设计课程图册M 北京：高等教育出版社，1989：16 ，42 6 何铭新，钱可强机械制图M 北京：高等教育出版社，2004：214-238 7 包装机械结构参考图册编写组包装机械结构参考图册M 上海：上海科学技术出版社， 1981：342-343 8 殷鸿梁，朱邦贤间歇运动机构设计M 上海：上海科学技术出版社，1994 9 杨良渠，赵丽娟包机中外槽轮机构的运动分析J 包装工程，2004（1）：40-41 10 李海涛，魏文军槽轮机构一种新曲线槽的设计M 中国农业大学学报，2005 11 Malkin，TW Hwang Grinding mechanisms for ceramicsM annals of the CRIP,1996,45(2): 1-12 12 Paula G, Liner Motors Take Center Stage, Mechanical EngineeringJ，1998：20-24 13 John E.Neely, Richard R.Kibbe, Modern Materials and Manufacturing ProcessesJ, 1987：16 14 and Paper Machine 4|2007 15 Control 2|2009