间歇运动机构在工业中的应用

机电系统设计与分析课程作业间歇运动机构在工业中的应用学院：专业：学号：姓名：机电系统设计与分析间歇运动机构在工业中的应用摘要：在自动化设备和半自动化设备中，往往需要某些机构来实现周期性的转位、间歇动作以及带有分度的动作，实现这种运动的机构称为间歇机构。它可以将连续运动转化为间歇移动或转动，从而使系统能在停歇段完成预定的工艺动作。自动机械向高速化、精密化、轻量化的方向发展，对间歇机构运动学与动力学性能的要求越来越高。凸轮间歇机构、棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮都是间歇运动机构，本文将从它们的结构特点、工作原理与应用场合做以分析。关键词：间歇运动机构，工业应用引言随着当前机械产品向自动化方向的发展，各种各样的自动机械在机械产品中的地位日益显著。由于生产工艺的要求，有些机械需要其构件周期地运动和停歇。能够将原动件的连续转动转变为从动件周期性运动和停歇的机构，称为间歇运动机构。例如牛头刨床工作台的横向进给运动，电影放映机的送片运动等都用有间歇运动机构。按照这些要求，该执行机构应具有以下两个基本功能：（1）运动（位移或速度）缩小（2）运动停歇常见的间歇运动机构有：凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构。1.凸轮机构凸轮型间歇机构具有结构简单，能自动定位，动静比可任意选择的特点，更适用于要求高速、高分度精度的场合，因而成为现代间歇机构发展的主要方向。滚子齿形凸轮式间歇运动机构，工程上又称为凸轮分度机构，常见有圆柱分度凸轮机构和弧面分度凸轮机构等。1.1圆柱分度凸轮机构圆柱分度凸轮机构，如图1.1所示。该机构由圆柱凸轮１、转盘２及机架组成。转盘上均匀分布着若干个滚子３，滚子轴线与转盘轴线相平行，凸轮轴线与转盘轴线垂直交错。当凸轮匀速转动时，转盘作单向间歇运动，转盘的运动完全取决于凸轮轮廓曲线的形状，凸轮轮廓线由分度段和停歇段组成。当凸轮回转时，其分度段轮廓推动滚子使转盘分度转位；当凸轮转到停歇段轮廓时，转盘上两相邻滚子跨夹在凸轮的圆环面突脊上使转盘停歇。设计时通常取凸轮槽数为１，转盘滚子数为6～12，滚子做成上大下小圆锥体，以改善磨损情况。该机构分度盘上布置的滚子数较多，适用于要求分度数较多的场合（6～60分度）滚子表面一般为圆柱形，为了使滚子的接触表面磨损均匀，并且便于调整滚子与凸轮槽两侧面的间隙，也可采用圆锥形滚子。但当分度数增大时，分度盘转动惯量较大，机构中滚子与凸轮轮廓间的间隙较难补偿，容易产生横越冲击，刚度和啮合性能均不及弧面分度凸轮机构。圆柱分度凸轮机构能够实现大分度输出，特别适合于中、低速情况下要求在一个周期内停歇次数较多的场合，如灯泡机械、烟草机械和大输液罐装机械。机电系统设计与分析图1.1圆柱分度凸轮机构图1.2钻孔攻丝机转位机构1.2弧面分度凸轮机构弧面分度凸轮机构是二十世纪20年代美国工程师C.N.Neklutin发明的，当时Neklutin称此机构为滚子齿形凸轮分度机构，国外又有称之为GloboidalIndexingCamMechanism。我国于1988年将其正式命名为弧面分度凸轮机构。弧面分度凸轮机构，如图1.3所示。主动件凸轮１上有一条突脊犹如蜗杆，从动件转盘2的圆柱面上均布着若干滚子，滚子轴线沿转盘径线方向。凸轮与转盘两轴线垂直交错。该机构工作原理与圆柱分度凸轮机构完全相同，凸轮连续回转带动转盘作单向间歇性运动。设计时通常取凸轮蜗杆头数为1，径向滚子数6～12。图1.3弧面分度凸轮机构图1.4转位工作台弧面分度凸轮机构目前主要应用于以下一些工业领域：CAMCO型取置器、Ferguson型取置器、加工中心换刀机构以及需要精确定位的装配线、检测线等，如：高速自动包装机、印刷机械、火柴设备及制灯设备的自动生产线；重工业中的高速自动生产线；军工行业等。近几年，进一步扩展到电子加工行业、电光源制作行业、压力加工领域和医疗器械中的高精度机械手等行业。如图1.4为其应用实例。2.棘轮机构棘轮机构是把摇杆的摆动转变为棘轮的间歇回转运动。其优点轮齿式棘轮机构运动可靠，棘轮转角容易实现有级调节，但在工作过程中棘爪在齿面上滑行，齿尖易磨损并伴有噪音，同时为使棘爪能顺利落入棘轮槽，摇杆摆角应略大于棘轮转角，这样就不可避免地存在空程和冲击，在高速时尤其严重，所以常用在低速、轻载下实现间歇运动。牛头刨床，为了切削工件，刨刀需作连续往复直线运动，工作台作间歇移动。当曲柄转动时，经连杆带动摇杆作往复摆动；摇杆上装有双向棘轮机构的棘爪，棘轮与丝杠固连，棘爪带动棘轮作单方向间歇转动，从而使螺母（即工作台）作间歇进给运动。若改变驱动棘爪的摆角，可以调节进给量；改变驱动棘爪的位置（绕自身轴线转过180°后固定），可改变进给运动的方向。其工作原理图如图2.1所示。机电系统设计与分析图2.1牛头刨床原理图图2.2所示为杠杆控制的带式制动器，制动轮与外棘轮2固结，棘爪3铰接于制动轮4上A点，制动轮上围绕着由杠杆5控制的钢带6。制动轮4按逆时针方向自由转动，棘爪3在棘轮齿背上滑动，若该轮向相反方向转动，则4轮被被制动。图2.2棘轮制动装置3.槽轮机构槽轮机构又称马尔他机构或日内瓦机构，也是常用的间歇运动机构之一。普通平面槽轮机构有外接式槽轮机构（图3.1）和内接式槽轮机构（图3.2）两种类型。它主要是由带有均布的径向开口槽的槽轮2、带有圆柱销A的拔盘1以及机架组成。图3.1外接式槽轮机构图3.2内接式槽轮机构需要注意的是为了使槽轮在开始转动和停止转动时运动平稳、避免冲击，圆销在进槽和出槽的瞬时，其线速度方向均应沿径向槽的中心线方向，以使槽轮在起动和停止的瞬时角速度为零。槽轮机构的特点是结构简单、易加工，效率高，能准确控制转角，运动较平稳。因此在各种自动半自动机械、轻工机械中得到广泛的应用。递纸机构是单张纸胶印机的关键部件，对印刷质量和印刷速度的提高具有重要意义。经机电系统设计与分析过长期的改进和完善，递纸机构的工作方式已由直接传纸发展为间接递纸，间接递纸机构按递纸牙运动方式可分为摆动式和旋转式。工作时，摆动式递纸机构的运动是通过凸轮连杆机构驱动递纸牙摆臂的往复摆动来实现。如图3.3所示。图3.3直线槽轮递纸机构4.不完全齿轮机构不完全齿轮机构也是最常用的一种间歇运动机构（图4.1所示）。它是由普通齿轮机构演化而来，主动轮1为一不完整的齿轮，其上只作出一个或一部分正常齿，而从动轮２则是由正常齿和带有内凹锁止弧的厚齿彼此相间地组成的特殊齿轮。当主动轮上的齿与从动轮上的正常齿啮合时，从动轮转动；当主动轮的无齿圆弧部分（凸锁止弧）与从动轮上的内凹锁止弧接合时，相互配合锁止，从动轮停歇在预定位置上。所以当主动轮作连续转动时，从动轮获得时转时停的间歇运动。外啮合不完全齿轮机构（图4.1-a）的主、从动轮转向相反；内啮合不完全齿轮机构（图4.1-b）的主、从动轮转向相同。(a)(b)图4.1不完全齿轮机构不完全齿轮机构与其他间歇运动机构相比，它的结构简单，制造方便，从动轮的运动时间和静止时间的比例不受机构结构的限制。当主动轮匀速转动时，从动轮在其运动期间作匀速转动。但是当从动轮由停歇到突然转动，或由转动到突然停止时，都会产生刚性冲击。因此它不宜用于转速很高的场合。因从动轮在一周转动中可作多次停歇，所以常用于多工位、多工序的自动机械或生产线上，实现工作台的间歇转位和进给运动。