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索氏提取器構難以實現精確的運動規律和單一的凸輪機

發布時間:2016-12-17 09:43:00 點擊:

由此可知,將凸輪機構和連桿機構適當地 進行組合而形成的凸輪 *索氏提取器 連桿機構,克服了單 一機構各自的局限性,既克服了單一的連桿機 構難以實現精確的運動規律和單一的凸輪機 構不能使從動件作整周回轉的缺點,并進而充分地發揮出兩種基本機構的特長, 既實現了從動件的整周回轉運動,又準確地實現了復雜的運動規律。正因為如 此,凸輪 * 連桿機構在工程實際中得到了日益廣泛的應用。 圖 ’("% 實現復雜運動規律的凸輪 * 連桿組合機構 !"!"# 凸輪 $ 齒輪組合機構 凸輪 * 齒輪組合機構多是由自由度為 ! 的差動輪系和自由度為 % 的凸輪機 構組合而成。其中,差動輪系為基礎機構,凸輪機構為附加機構,即用凸輪機構 !$- 第!章 其他常用機構和組合機構 將差動輪系的兩個自由度約束掉一個,從而形成自由度為 ! 的機構系統。凸 輪 " 齒輪機構可使從動件實現多種預定的運動規律,


例如使從動件具有任意停 歇時間或使其產生多種復雜運動規律的間歇運動,以及機構傳動校正裝置中所 要求的一些特殊規律的補償運動等等。 圖 #$%&’ 所示的滾齒機上所用校正機構就是凸輪 " 齒輪組合機構進行運動 補償的實例。只不過其基礎機構不是差動輪系,而是具有兩個自由度的蝸桿蝸 輪傳動。 而圖 #$(% 所示的凸輪 " 齒輪機構則能夠實現具有任意停歇時間的間歇運 動。圖中,齒輪 !、扇形齒輪 % 和轉臂 ) 組成的差動輪系形成一個自由度為 % 的 基礎輪系,而由固定凸輪 * 和從動擺桿(與扇形齒輪 % 做成一體)組成的凸輪機 構則成為該組合機構的附加機構。當以轉臂 ) 為主動件等速回轉時,其將帶動 行星輪(即扇形齒輪 %)的軸線作周轉運動;又由于行星輪 % 同時還是凸輪機構的 從動擺桿,因此,通過槽凸輪 * 的溝槽對滾子 ( 的約束作用,將迫使行星輪 % 相 對于轉臂 ) 產生轉動。這樣,中心輪 ! 輸出的運動將是轉臂 ) 的運動和行星輪 相對于轉臂的轉動的合成運動。 由于 !) !% + !! "!) !% "!) + " "% "! 故 !! + " "% "! (!% "!) ),!) 圖 #$(% 實現具有任意停歇時間的 間歇運動的凸輪 " 齒輪組合機構 圖 #$(( 實現復雜運動規律的 凸輪 " 齒輪組合機構 圖 #$(( 則為能實現復雜運動規律的凸輪 " 齒輪組合機構。該機構中,輸入 軸 ! 勻速轉動,經兩對斜齒輪 % " (、- " & 驅動輸出軸 #。中間軸上的齒輪 ( 及 - 與凸輪 * 連接,可作軸向運動。


凸輪溝槽中的滾子 . 固定于機架上。工作時,各 齒輪除傳遞勻速轉動外,中間軸齒輪 ( 和 - 還有來自凸輪的軸向運動,而斜齒輪 !"! 常用組合機構的類型及功能 %.& 副中兩齒輪的相對軸向運動將產生派生的相對轉動,并最終匯總到 ! 軸的輸出 運動中。因此,該凸輪 " 齒輪機構能夠將輸入軸的勻速運動變換為輸出軸的非 勻速運動,獲得復雜的運動規律。 !"!"# 齒輪 $ 連桿組合機構 齒輪 " 連桿組合機構是由定傳動比的齒輪機構和變傳動比的連桿機構組合 而成。由于齒輪和連桿機構便于加工、精度易保證、運動可靠且運動特性具有多 樣性,因此,近年來,齒輪 " 連桿組合機構在工程實際中的應用日益廣泛。齒 輪 " 連桿組合機構可用來實現多種復雜的運動規律和多種復雜的運動軌跡。 圖 !#$!% 就是一種能實現復雜運動規律的齒輪 " 連桿組合機構。這類組合 機構通常都是以自由度為 $ 的差動輪系作為基礎機構,而以自由度為 & 的連桿 機構作為附加機構組合而成。在圖 !#$!% 中,由輪系的傳動比計算公式可以得 到 !’ (!& ) !* ’$+ ( !$ "!& ) 因此,輸出構件齒輪 ’ 的運動是輸入構件 *(即構件 &)的運動和行星輪 $+的 運動的合成運動,改變四桿機構各桿的尺寸或改變兩輪的齒數即可獲得不同的 運動規律。 圖 !#,- 所示則是齒輪 " 連桿組合機構實現復雜運動規律的另外兩個實例。 圖 !#,-% 中,齒輪 $ 與 $+固接為一個構件,因而形成鉸鏈四桿機構 "#$% 的連桿 #$,搖桿 ’ 和 - 則分別繞 " 軸和% 軸擺動,其中齒輪 $ 的輪心與搖桿 ’ 鉸接于 $ 點,齒輪 $+ 的輪心與搖桿 - 鉸接于 # 點。另外,齒輪 $、$+ 還分別與活套在軸 " 和 軸 % 上的齒輪 & 和 , 嚙合。該組合機構中,自由度為 $ 差動輪系(由齒輪 ,、$ 與 桿 ’ 組成)形成基礎機構,其附加機構為四桿機構 "#$%。當各輪的齒數均相等, 且 "# ( $% ( $#$ ( $&( & 為各齒輪的節圓半徑)時,構件 &、,、-、’ 和構件 $(即 $+ )的角速度之間的關系為 !, ( $!’ "!$ 或!, ( $(!’ "!- ))!& 因此,從動輪的 , 的運動是由行星輪 $ 和轉臂 ’ 的運動合成(或是由搖桿 -、 ’ 及主動輪 & 的運動合成)。而通過改變連桿機構上各構件的長度,可獲得從動 輪 , 的多種運動規律。 圖 !#,-. 的機構系統則是由相互嚙合的三個齒輪 &、$、’ 以及連接齒


輪 &、$ 中心的桿件 , 和連接齒輪 $、’ 的桿件 - 所組成。其中,齒輪 $、’ 和桿件 - 組成一 個自由度為 $ 的差動輪系,構件 &、,、-、/ 組成一個自由度為 & 的四桿機構。當 偏心安裝的主動齒輪繞 " 點等速回轉時,一方面通過輪齒嚙合使行星輪 $ 轉動, 另一方面又通過連桿 , 帶動轉臂 - 轉動,因此,從動輪 ’ 輸出的是這兩個運動的 合成運動。 $’! 第!章 其他常用機構和組合機構 圖 !"#$ 實現復雜運動規律的齒輪 % 連桿組合機構 圖 !"#& 所示則為能實現復雜運動軌跡的齒輪 % 連桿組合機構。這類機構 通常是由自由度為 ’ 的連桿機構作為基礎機構,自由度為 ( 的齒輪機構作為附 加機構。圖 !"#&) 為一捏面機中的齒輪 % 連桿組合機構。其中的基礎機構為自 由度為 ’ 的五桿機構 !"#$%,附加機構則由齒輪 (、’ 構成。當機構構件長度滿 足 $# * %#,!$ * "%,且兩輪分度圓直徑相等時,捏面爪 & 和 ’ 將能實現圖中 雙點劃線所示的運動軌跡。改變其中一捏面爪的長度,即可實現不同的運動軌 跡。 圖 !"#&+ 所示則為電影放映機中的齒輪 % 連桿組合式抓片機構。其中自由 度為 ’ 的五桿機構 "’$#& 形成基礎機構,定軸輪系 (、’、# 則組成附加機構。當 齒輪 ( 轉動時,通過輪齒的嚙合使齒輪 ’、#(即五桿機構的連架桿)轉動,從而使 連桿 $ 上的 ( 點繪出復雜的運動軌跡。 圖 !"#& 實現復雜運動軌跡的齒輪 % 連桿組合機構 !"! 常用組合機構的類型及功能 ’&, !"!"# 組合機構的設計 組合機構的類型雖然多種多樣,但其組合方式卻不是很多。用相同組合方 式組合而成的組合機構,具有類似的分析和設計方法。以下就以兩個實例,簡要 介紹組合機構的設計思路。 圖 !"#$ 凸輪 % 連桿組合機構的設計 例 !"# 在圖 !"#$& 所示的能實現復雜運動規律的凸輪 % 連桿組合機構中, 若要求滑塊 ! 按圖 !"#$’ 所示運動規律 " ( #(!),! 為原動件的轉角,見圖 !"#$& 作大行程的往復移動,試設計該組合機構。 *$) 第!章 其他常用機構和組合機構 解 該組合機構的分析如前所述:構件 !、"、#、$ 和機架 % 組成的五桿機構 作為基礎機構,其附加機構為槽凸輪機構。在該機構中,曲柄 ! 與滑塊 $ 組成移 副,當曲柄隨原動滑塊 $ 等角速度回轉時,裝在鉸鏈 ! 處的滾子沿固定凸輪 % 的 凹槽運動,從而使每一瞬時的曲柄長度 "! 是可變的。因此,只要凸輪 % 的輪廓 曲線設計得當,就能實現滑塊 # 任意的運動規律。反過來,當滑塊 # 的運動規律 已知時,也要求凸輪 % 應具有相應的輪廓曲線。本題中,由于滑塊 # 的運動規律 已知,因此,該組合機構設計的主要任務就是根據這個運動規律確定凸輪的輪廓 曲線。具體的設計步驟如下: (!)選擇適當的比例尺!# & ’(’’(與圖中位移比例尺相同),并根據機構的 總體布局,選定主動件轉動滑塊 $ 的轉動中心 " 相對于滑塊行程 $( $ ) $’*+ , $’-. )的位置和連桿 " 的長度 #!% 。(注:為使作圖線條清晰,圖 /0#12 已經過放大 處理。) (")以 " 為圓心,任意長度為半徑作參考圓,將圓分為 & 等分(圖中將" ) 34 5 !/34區間分成 !" 等分),得等分徑向線 "3,"!,"",.,"!",它們代表長度變 化的曲柄 "! 隨原動滑塊等速回轉時在相應的瞬時所占據的位置。 (#)將圖 /6#17 中所示的位移曲線中曲柄轉角" 等分成與圖 /6 #12 所示的 曲柄轉角相同的等分數,得等分點 !,",#,.,!"。過各等分點分別作垂直于橫坐 標軸的直線,它們與位曲線的交點分別為 !8 ,"8 ,#8 ,.,!"8 ,則 !!8 ,""8 ,##8 ,., !"!"8 即代



表曲柄 "! 在各轉角位置時,滑塊相應的位置。 ($)在圖 /6#12 中,自距凸輪中心 "(即滑塊 $ 的回轉中心)最近的滑塊位置 點 %3 開始分別量取 %3 %! ) !!8 ,%3 %" ) ""8 ,%3 %# ) ##8 ,.,%3 %!" ) !"!"8 ,則點 %3 ,%! ,%" ,%# ,.,%!" 即代表曲柄 "! 在各轉角位置時,滑塊相應的位置。 (%)分別以 %3 ,%! ,%" ,%# ,.,%!" 為圓心,以連桿 " 的長度 !% ) #!% !# 為半徑 作圓弧,它們與相應的等分徑向線 "3,"!,"",.,"!" 相交于 !3 ,!! ,!" ,!# , .,!!" ,則 "!3 ,"!! ,"!" ,"!# ,.,"!!" 分別代表曲柄 "! 在各位置時,所要求的 相應的長度。 (1)將 !3 ,!! ,!" ,!# ,.,!!" 連成光滑的曲線,即為實現給定運動規律的理 論輪廓曲線。關于" ) !/34 5 #134區段內的凸輪輪廓曲線用相同的方法求得,其 輪廓曲線如圖 /0#12 所示。 (9)最后,可根據滾子半徑,按凸輪機構滾子從動件實際輪廓曲線的作圖方 法,作出槽凸輪的實際輪廓曲線(本題中略去)。 例 !"# 在圖 /0#9 所示的剪板機采用的并聯式組合送板機構中,原動軸 ! 作勻速轉動。當主動軸在某瞬時轉過!" ) #34時,輸出構件內齒輪( ’$ )停止不 !"! 常用組合機構的類型及功能 "1! 動,其余時間內齒輪轉過 !"#$,并帶動鐵板前進到要求長度 !# ;根據結構和強度 要求;""!%##,# & ’ ((。現已知鉸鏈四桿機構相對尺寸為 $ & !#,% & )*,& & "!,’ & %##。由其運動分析得出!& !$ +"$ 線圖如圖 ’,-*.。試決定機構中各齒輪 的齒數及四桿機構各桿實際長度。 圖 ’,-* 齒輪 + 連桿組合機構的設計 解 (%)在該組合機構中,齒輪 !、-、" 及系桿 / 組成的自由度為 ! 的差動 輪系形成該機構的基礎機構,其附加機構為齒輪機構 %、! 和曲柄搖桿機構 ()*+。其中,齒輪 % 和桿 () 固結在一起,桿 *+ 與系桿 / 是同一構件。主動件 % 的運動,一方面通過齒輪機構傳給差動輪系中的中心輪 !,另一方面又通過曲 柄搖桿機構傳給系桿 /。最后,合成為齒輪 " 的運動。 (!)對該組合機構進行設計,首先要弄清基礎機構輸出運動與輸入運動的 關系,并找出其輸出構件 " 產生瞬時停歇的條件。為此,先要求出輸出構件內齒 輪 " 的運動方程式。由差動輪系得 !! +!/ !" +!/ & + "" "!"!" & + "! ""!! 0 "! 0 "" "" !/ (’,%-) 由定軸輪系得!! & + "% "!!% ,并代入式(’,%-),有 !" & "% ""!% 0 "! 0 ""

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