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索氏提取器构难以实现精确的运动规律和单一的凸轮机

发布时间:2016-12-17 09:43:00 点击:

由此可知,将凸轮机构和连杆机构适当地 进行组合而形成的凸轮 *索氏提取器 连杆机构,克服了单 一机构各自的局限性,既克服了单一的连杆机 构难以实现精确的运动规律和单一的凸轮机 构不能使从动件作整周回转的缺点,并进而充分地发挥出两种基本机构的特长, 既实现了从动件的整周回转运动,又准确地实现了复杂的运动规律。正因为如 此,凸轮 * 连杆机构在工程实际中得到了日益广泛的应用。 图 ’("% 实现复杂运动规律的凸轮 * 连杆组合机构 !"!"# 凸轮 $ 齿轮组合机构 凸轮 * 齿轮组合机构多是由自由度为 ! 的差动轮系和自由度为 % 的凸轮机 构组合而成。其中,差动轮系为基础机构,凸轮机构为附加机构,即用凸轮机构 !$- 第!章 其他常用机构和组合机构 将差动轮系的两个自由度约束掉一个,从而形成自由度为 ! 的机构系统。凸 轮 " 齿轮机构可使从动件实现多种预定的运动规律,


例如使从动件具有任意停 歇时间或使其产生多种复杂运动规律的间歇运动,以及机构传动校正装置中所 要求的一些特殊规律的补偿运动等等。 图 #$%&’ 所示的滚齿机上所用校正机构就是凸轮 " 齿轮组合机构进行运动 补偿的实例。只不过其基础机构不是差动轮系,而是具有两个自由度的蜗杆蜗 轮传动。 而图 #$(% 所示的凸轮 " 齿轮机构则能够实现具有任意停歇时间的间歇运 动。图中,齿轮 !•●、扇形齿轮 % 和转臂 ) 组成的差动轮系形成一个自由度为 % 的 基础轮系,而由固定凸轮 * 和从动摆杆(与扇形齿轮 % 做成一体)组成的凸轮机 构则成为该组合机构的附加机构。当以转臂 ) 为主动件等速回转时,其将带动 行星轮(即扇形齿轮 %)的轴线作周转运动;又由于行星轮 % 同时还是凸轮机构的 从动摆杆,因此,通过槽凸轮 * 的沟槽对滚子 ( 的约束作用,将迫使行星轮 % 相 对于转臂 ) 产生转动。这样,中心轮 ! 输出的运动将是转臂 ) 的运动和行星轮 相对于转臂的转动的合成运动。 由于 !) !% + !! "!) !% "!) + " "% "! 故 !! + " "% "! (!% "!) ),!) 图 #$(% 实现具有任意停歇时间的 间歇运动的凸轮 " 齿轮组合机构 图 #$(( 实现复杂运动规律的 凸轮 " 齿轮组合机构 图 #$(( 则为能实现复杂运动规律的凸轮 " 齿轮组合机构。该机构中,输入 轴 ! 匀速转动,经两对斜齿轮 % " (•●、- " & 驱动输出轴 #。中间轴上的齿轮 ( 及 - 与凸轮 * 连接,可作轴向运动。


凸轮沟槽中的滚子 . 固定于机架上。工作时,各 齿轮除传递匀速转动外,中间轴齿轮 ( 和 - 还有来自凸轮的轴向运动,而斜齿轮 !"! 常用组合机构的类型及功能 %.& 副中两齿轮的相对轴向运动将产生派生的相对转动,并最终汇总到 ! 轴的输出 运动中。因此,该凸轮 " 齿轮机构能够将输入轴的匀速运动变换为输出轴的非 匀速运动,获得复杂的运动规律。 !"!"# 齿轮 $ 连杆组合机构 齿轮 " 连杆组合机构是由定传动比的齿轮机构和变传动比的连杆机构组合 而成。由于齿轮和连杆机构便于加工•●、精度易保证•●、运动可靠且运动特性具有多 样性,因此,近年来,齿轮 " 连杆组合机构在工程实际中的应用日益广泛。齿 轮 " 连杆组合机构可用来实现多种复杂的运动规律和多种复杂的运动轨迹。 图 !#$!% 就是一种能实现复杂运动规律的齿轮 " 连杆组合机构。这类组合 机构通常都是以自由度为 $ 的差动轮系作为基础机构,而以自由度为 & 的连杆 机构作为附加机构组合而成。在图 !#$!% 中,由轮系的传动比计算公式可以得 到 !’ (!& ) !* ’$+ ( !$ "!& ) 因此,输出构件齿轮 ’ 的运动是输入构件 *(即构件 &)的运动和行星轮 $+的 运动的合成运动,改变四杆机构各杆的尺寸或改变两轮的齿数即可获得不同的 运动规律。 图 !#,- 所示则是齿轮 " 连杆组合机构实现复杂运动规律的另外两个实例。 图 !#,-% 中,齿轮 $ 与 $+固接为一个构件,因而形成铰链四杆机构 "#$% 的连杆 #$,摇杆 ’ 和 - 则分别绕 " 轴和% 轴摆动,其中齿轮 $ 的轮心与摇杆 ’ 铰接于 $ 点,齿轮 $+ 的轮心与摇杆 - 铰接于 # 点。另外,齿轮 $•●、$+ 还分别与活套在轴 " 和 轴 % 上的齿轮 & 和 , 啮合。该组合机构中,自由度为 $ 差动轮系(由齿轮 ,•●、$ 与 杆 ’ 组成)形成基础机构,其附加机构为四杆机构 "#$%。当各轮的齿数均相等, 且 "# ( $% ( $#$ ( $&( & 为各齿轮的节圆半径)时,构件 &•●、,•●、-•●、’ 和构件 $(即 $+ )的角速度之间的关系为 !, ( $!’ "!$ 或!, ( $(!’ "!- ))!& 因此,从动轮的 , 的运动是由行星轮 $ 和转臂 ’ 的运动合成(或是由摇杆 -•●、 ’ 及主动轮 & 的运动合成)。而通过改变连杆机构上各构件的长度,可获得从动 轮 , 的多种运动规律。 图 !#,-. 的机构系统则是由相互啮合的三个齿轮 &•●、$•●、’ 以及连接齿


轮 &•●、$ 中心的杆件 , 和连接齿轮 $•●、’ 的杆件 - 所组成。其中,齿轮 $•●、’ 和杆件 - 组成一 个自由度为 $ 的差动轮系,构件 &•●、,•●、-•●、/ 组成一个自由度为 & 的四杆机构。当 偏心安装的主动齿轮绕 " 点等速回转时,一方面通过轮齿啮合使行星轮 $ 转动, 另一方面又通过连杆 , 带动转臂 - 转动,因此,从动轮 ’ 输出的是这两个运动的 合成运动。 $’! 第!章 其他常用机构和组合机构 图 !"#$ 实现复杂运动规律的齿轮 % 连杆组合机构 图 !"#& 所示则为能实现复杂运动轨迹的齿轮 % 连杆组合机构。这类机构 通常是由自由度为 ’ 的连杆机构作为基础机构,自由度为 ( 的齿轮机构作为附 加机构。图 !"#&) 为一捏面机中的齿轮 % 连杆组合机构。其中的基础机构为自 由度为 ’ 的五杆机构 !"#$%,附加机构则由齿轮 (•●、’ 构成。当机构构件长度满 足 $# * %#,!$ * "%,且两轮分度圆直径相等时,捏面爪 & 和 ’ 将能实现图中 双点划线所示的运动轨迹。改变其中一捏面爪的长度,即可实现不同的运动轨 迹。 图 !"#&+ 所示则为电影放映机中的齿轮 % 连杆组合式抓片机构。其中自由 度为 ’ 的五杆机构 "’$#& 形成基础机构,定轴轮系 (•●、’•●、# 则组成附加机构。当 齿轮 ( 转动时,通过轮齿的啮合使齿轮 ’•●、#(即五杆机构的连架杆)转动,从而使 连杆 $ 上的 ( 点绘出复杂的运动轨迹。 图 !"#& 实现复杂运动轨迹的齿轮 % 连杆组合机构 !"! 常用组合机构的类型及功能 ’&, !"!"# 组合机构的设计 组合机构的类型虽然多种多样,但其组合方式却不是很多。用相同组合方 式组合而成的组合机构,具有类似的分析和设计方法。以下就以两个实例,简要 介绍组合机构的设计思路。 图 !"#$ 凸轮 % 连杆组合机构的设计 例 !"# 在图 !"#$& 所示的能实现复杂运动规律的凸轮 % 连杆组合机构中, 若要求滑块 ! 按图 !"#$’ 所示运动规律 " ( #(!),! 为原动件的转角,见图 !"#$& 作大行程的往复移动,试设计该组合机构。 *$) 第!章 其他常用机构和组合机构 解 该组合机构的分析如前所述:构件 !•●、"•●、#•●、$ 和机架 % 组成的五杆机构 作为基础机构,其附加机构为槽凸轮机构。在该机构中,曲柄 ! 与滑块 $ 组成移 副,当曲柄随原动滑块 $ 等角速度回转时,装在铰链 ! 处的滚子沿固定凸轮 % 的 凹槽运动,从而使每一瞬时的曲柄长度 "! 是可变的。因此,只要凸轮 % 的轮廓 曲线设计得当,就能实现滑块 # 任意的运动规律。反过来,当滑块 # 的运动规律 已知时,也要求凸轮 % 应具有相应的轮廓曲线。本题中,由于滑块 # 的运动规律 已知,因此,该组合机构设计的主要任务就是根据这个运动规律确定凸轮的轮廓 曲线。具体的设计步骤如下: (!)选择适当的比例尺!# & ’(’’(与图中位移比例尺相同),并根据机构的 总体布局,选定主动件转动滑块 $ 的转动中心 " 相对于滑块行程 $( $ ) $’*+ , $’-. )的位置和连杆 " 的长度 #!% 。(注:为使作图线条清晰,图 /0#12 已经过放大 处理。) (")以 " 为圆心,任意长度为半径作参考圆,将圆分为 & 等分(图中将" ) 34 5 !/34区间分成 !" 等分),得等分径向线 "3,"!,"",.,"!",它们代表长度变 化的曲柄 "! 随原动滑块等速回转时在相应的瞬时所占据的位置。 (#)将图 /6#17 中所示的位移曲线中曲柄转角" 等分成与图 /6 #12 所示的 曲柄转角相同的等分数,得等分点 !,",#,.,!"。过各等分点分别作垂直于横坐 标轴的直线,它们与位曲线的交点分别为 !8 ,"8 ,#8 ,.,!"8 ,则 !!8 ,""8 ,##8 ,., !"!"8 即代



表曲柄 "! 在各转角位置时,滑块相应的位置。 ($)在图 /6#12 中,自距凸轮中心 "(即滑块 $ 的回转中心)最近的滑块位置 点 %3 开始分别量取 %3 %! ) !!8 ,%3 %" ) ""8 ,%3 %# ) ##8 ,.,%3 %!" ) !"!"8 ,则点 %3 ,%! ,%" ,%# ,.,%!" 即代表曲柄 "! 在各转角位置时,滑块相应的位置。 (%)分别以 %3 ,%! ,%" ,%# ,.,%!" 为圆心,以连杆 " 的长度 !% ) #!% !# 为半径 作圆弧,它们与相应的等分径向线 "3,"!,"",.,"!" 相交于 !3 ,!! ,!" ,!# , .,!!" ,则 "!3 ,"!! ,"!" ,"!# ,.,"!!" 分别代表曲柄 "! 在各位置时,所要求的 相应的长度。 (1)将 !3 ,!! ,!" ,!# ,.,!!" 连成光滑的曲线,即为实现给定运动规律的理 论轮廓曲线。关于" ) !/34 5 #134区段内的凸轮轮廓曲线用相同的方法求得,其 轮廓曲线如图 /0#12 所示。 (9)最后,可根据滚子半径,按凸轮机构滚子从动件实际轮廓曲线的作图方 法,作出槽凸轮的实际轮廓曲线(本题中略去)。 例 !"# 在图 /0#9 所示的剪板机采用的并联式组合送板机构中,原动轴 ! 作匀速转动。当主动轴在某瞬时转过!" ) #34时,输出构件内齿轮( ’$ )停止不 !"! 常用组合机构的类型及功能 "1! 动,其余时间内齿轮转过 !"#$,并带动铁板前进到要求长度 !# ;根据结构和强度 要求;""!%##,# & ’ ((。现已知铰链四杆机构相对尺寸为 $ & !#,% & )*,& & "!,’ & %##。由其运动分析得出!& !$ +"$ 线图如图 ’,-*.。试决定机构中各齿轮 的齿数及四杆机构各杆实际长度。 图 ’,-* 齿轮 + 连杆组合机构的设计 解 (%)在该组合机构中,齿轮 !•●、-•●、" 及系杆 / 组成的自由度为 ! 的差动 轮系形成该机构的基础机构,其附加机构为齿轮机构 %•●、! 和曲柄摇杆机构 ()*+。其中,齿轮 % 和杆 () 固结在一起,杆 *+ 与系杆 / 是同一构件。主动件 % 的运动,一方面通过齿轮机构传给差动轮系中的中心轮 !,另一方面又通过曲 柄摇杆机构传给系杆 /。最后,合成为齿轮 " 的运动。 (!)对该组合机构进行设计,首先要弄清基础机构输出运动与输入运动的 关系,并找出其输出构件 " 产生瞬时停歇的条件。为此,先要求出输出构件内齿 轮 " 的运动方程式。由差动轮系得 !! +!/ !" +!/ & + "" "!"!" & + "! ""!! 0 "! 0 "" "" !/ (’,%-) 由定轴轮系得!! & + "% "!!% ,并代入式(’,%-),有 !" & "% ""!% 0 "! 0 ""

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