裹包機(jī)械課件

第一節(jié)概述第二節(jié)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裹包執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

明月幾時(shí)有，把酒問青天。不知天上宮闕，今夕是何年。我欲乘風(fēng)歸去。又恐瓊樓玉宇，高處不勝寒，起舞弄清影，何似在人間。轉(zhuǎn)朱閣，低綺戶，照無(wú)眠。不應(yīng)有恨，何事長(zhǎng)向別時(shí)圓。人有悲歡離合，月有陰晴圓缺，此事古難全。但願(yuàn)人長(zhǎng)久，千裏共嬋娟裹包機(jī)械1裹包機(jī)的種類很多,隨著機(jī)器所完成的裹包方式及其包裝的物品和所用包裝材料的不同,各種裹包機(jī)的生產(chǎn)率有著很大的差異。但總的說(shuō)來(lái),其基本特點(diǎn)是:速度高(例如,糖果裹包機(jī)的生產(chǎn)率有的高達(dá)30pcs/s),應(yīng)設(shè)法改變機(jī)械動(dòng)力特性(振動(dòng)與雜訊)及潤(rùn)滑磨損等問題;再有,執(zhí)行機(jī)構(gòu)多,要求各執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和準(zhǔn)確的動(dòng)作配合關(guān)係。因此,必須採(cǎi)用新技術(shù)不斷提高設(shè)計(jì)和製造裹包機(jī)的水準(zhǔn)。

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下一頁(yè)第一節(jié)概述21)推料：將被包裝物品和包裝材料由供送工位移送到包裝工位。移送時(shí),有的還要完成一些折紙工序。2)折紙：使包裝材料圍繞被包裝物品進(jìn)行折疊裹包。根據(jù)折紙部位的不同,可分為端面折紙、側(cè)面折紙等。3)扭結(jié)：在圍繞被包裝物品裹成筒狀的包裝材料的端部,完成扭轉(zhuǎn)封閉。4)塗膠：將粘合劑塗在包裝材料上。5)熱封：對(duì)包裝材料加熱封合。6)切斷：將串連在一起的裹包件加以分離。7)成型：使包裝材料圍繞被包裝物品形成筒狀。8)纏包：將包裝材料纏繞在被包裝物品上。主頁(yè)

下一頁(yè)裹包機(jī)主要完成的裹包操作:34一種折疊式裹包機(jī)的工藝路線圖,大體上表示用防潮玻璃紙裹包捲煙小包的全過(guò)程。輸送帶14將被包裝物品13送到工位Ⅰ,然後借水準(zhǔn)步進(jìn)式推料機(jī)構(gòu)12(參閱圖6.2所示)使之前移。送紙輥11的表面勻布許多與真空室相通的小孔,以便吸附包裝材料10並送至預(yù)定位置。當(dāng)推料板12將物品13推送到工位II時(shí),包裝材料遂被固定折紙板裹成“ㄈ”形。接著,側(cè)面折紙板l向上運(yùn)動(dòng)將包裝材料折成“□”形。托板2上升後,將物品上移一定距離,包裝材料又被固定折紙板(圖中未示)折成“”形。在工位III,側(cè)面熱封器3將搭接在各個(gè)物品側(cè)面的包裝材料加以熱壓封合；待壘滿四個(gè)物品後,折角器9對(duì)移至頂部的物品兩端伸出的包裝材料進(jìn)行折角,並將物品移向工位Ⅳ,在移送過(guò)程中由固定折角器(圖中未示)完成另一側(cè)折角。到工位Ⅵ,端面折紙板4將兩端下部的包裝材料向上折疊,然後托板5將物品向上推送,推送過(guò)程中兩端上部的包裝材料又被固定折紙板(圖中未示)折疊。在工位V,端面熱封器6和8對(duì)兩端的包裝材料熱壓封合；待壘滿四個(gè)物品後,由推板7將頂部的兩個(gè)已裹包好的成品輸出。舉一實(shí)例,作具體說(shuō)明5

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下一頁(yè)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖6

因要求側(cè)面折紙板1和端面折紙板6作同步運(yùn)動(dòng),故將它們固聯(lián),由凸輪28驅(qū)動(dòng)。托板2和7也作同步運(yùn)動(dòng),故也將它們固聯(lián),由凸輪27驅(qū)動(dòng)。側(cè)面熱封器5和端面熱封器9、11雖然工作行程方向各不相同,但其行程大小和工作時(shí)間是一致的,由圓柱凸輪3經(jīng)齒輪4同時(shí)驅(qū)動(dòng)。折角器8由偏心輪13驅(qū)動(dòng)。輸出推板10由凸輪12驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)式推料機(jī)構(gòu)(即推料板23)借偏心輪26、29驅(qū)動(dòng)按預(yù)定平面曲線軌跡運(yùn)動(dòng),將被包裝物品由工位I逐次推送到工位Ⅱ?yàn)橹?參閱圖6.l)。壓紙輥18和牽引輥24將包裝材料15和撕裂帶16夾緊並向前供送。切口刀19可將已粘合在包裝材料上的撕裂帶切成一個(gè)“U”形切口,它由一對(duì)非圓齒輪17傳動(dòng)而作非勻速轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)節(jié)一對(duì)非圓齒輪17在其軸上的周向位置,能改變切口刀切撕裂帶時(shí)的角速度,從而可改變“U”形切口的長(zhǎng)度。切紙刀20將包裝材料和撕裂帶切斷,由於牽引輥24的表面上勻布許多與真空室相通的小孔,所以包裝材料被切斷後仍被吸附在牽引輥表面上。當(dāng)牽引輥表面上的小孔轉(zhuǎn)至與送紙輥25接觸時(shí)被解除真空,包裝材料遂被送紙輥25(其表面也勻布許多與真空室相通的小孔)吸附過(guò)去,並被送到預(yù)定位置。

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下一頁(yè)7顯然,為了完成裹包操作,裹包執(zhí)行構(gòu)件與被包裝物品及包裝材料之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)南鄬?duì)運(yùn)動(dòng)。其中,有的物品及包裝材料不動(dòng),而執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)；有的執(zhí)行構(gòu)件不動(dòng),而物品及包裝材料運(yùn)動(dòng)；還有的物品及包裝材料同執(zhí)行構(gòu)件都要運(yùn)動(dòng),但速度互不相同。對(duì)靜止的執(zhí)行構(gòu)件,只需作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而對(duì)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行構(gòu)件卻要根據(jù)裹包操作的要求,選擇和設(shè)計(jì)合適的機(jī)構(gòu)使之實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

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下一頁(yè)8往復(fù)運(yùn)動(dòng)平面曲線運(yùn)動(dòng)空間曲線運(yùn)動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)上一頁(yè)

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下一頁(yè)常見的裹包執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式書山有路勤為徑，學(xué)海無(wú)涯苦作舟。9

對(duì)執(zhí)行構(gòu)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裹包執(zhí)行機(jī)構(gòu)有如下工作要求:1)位移:執(zhí)行構(gòu)件作直線或擺動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的總位移量,分別用表示。2)動(dòng)停時(shí)間:執(zhí)行構(gòu)件的工作行程和回程運(yùn)動(dòng)時(shí)間、停留時(shí)間及總位移量,都是已知值。根據(jù)工作行程或回程運(yùn)動(dòng)的起始端和終止端有無(wú)停留,可將往復(fù)運(yùn)動(dòng)分為:無(wú)停留往復(fù)運(yùn)動(dòng);在行程的兩端和中途均無(wú)停留;單停留往復(fù)運(yùn)動(dòng);只在行程的起始端或者終止端有停留;雙停留往復(fù)運(yùn)動(dòng);在行程的兩端均有停留。上述三種往復(fù)運(yùn)動(dòng)是常用的。此外,還有在行程的中途作一次或多次停留的,或者在一個(gè)工作週期內(nèi)作多次不同行程和動(dòng)停時(shí)間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)等。3)運(yùn)動(dòng)速度:有兩種情況,一種為裹包操作要求執(zhí)行構(gòu)件必須按某種規(guī)律運(yùn)動(dòng),如作等速運(yùn)動(dòng),或與其它執(zhí)行構(gòu)件作同步運(yùn)動(dòng)等；另一種為裹包操作對(duì)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)特殊要求,則可根據(jù)工作條件和結(jié)構(gòu)自選合適的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。裹包執(zhí)行機(jī)構(gòu)大都屬於後一種情況。

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下一頁(yè)第二節(jié)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裹包執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)10

凸輪機(jī)構(gòu)工作可靠、佈局方便,特別是它能使從動(dòng)桿實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,因而在裹包機(jī)中應(yīng)用廣泛。下麵結(jié)合具體應(yīng)用，著重討論選擇從動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)形式設(shè)計(jì)問題，而確定參數(shù)這個(gè)問題不作為重點(diǎn)。(一)從動(dòng)系統(tǒng)的形式選擇從動(dòng)系統(tǒng),要求構(gòu)件數(shù)目少、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為此,應(yīng)儘量採(cǎi)用由凸輪直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的方案。但這不是經(jīng)常能實(shí)現(xiàn)的。對(duì)設(shè)計(jì)裹包機(jī)來(lái)說(shuō),有時(shí)還必須通過(guò)中間傳動(dòng)件,如執(zhí)行構(gòu)件遠(yuǎn)離凸輪軸、擺動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的角位移過(guò)大、或者為減小凸輪幾何尺寸以及便於佈局等可考慮如下四種中間傳動(dòng)形式。上一頁(yè)

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一、凸輪機(jī)構(gòu)11.上一頁(yè)

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1.弧度型從動(dòng)系統(tǒng)

如圖(a)、(b)所示,從動(dòng)桿AB與執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)係分別為:

式中:—從動(dòng)桿的擺角；

—與從動(dòng)桿固連的扇形齒輪節(jié)圓半徑；

s—直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的直線位移;

—擺動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的角位移；

—與擺動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件固聯(lián)的扇形齒輪節(jié)圓半徑。12

2.正弦型從動(dòng)系統(tǒng)

如圖6.4所示,(a)圖為直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件,當(dāng)從動(dòng)桿AB處?kù)缎谐讨虚g位置時(shí),若使它與執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軌跡相垂直,則

同理,對(duì)於(b)圖所示的擺動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件,當(dāng)從動(dòng)桿AB處?kù)缎谐讨虚g位置時(shí),若使它與固定桿AD相重疊,則3.正切型從動(dòng)系統(tǒng)

如圖6.5所示,(a)圖為直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件,當(dāng)從動(dòng)導(dǎo)桿AB處?kù)缎谐讨虚g位置時(shí),若使它與直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軌跡相垂直,則(6-7)(6-8)

同理,對(duì)於(b)圖所示的擺動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件,當(dāng)從動(dòng)桿AB處?kù)缎谐讨虚g位置時(shí),若使它與固定桿AD相重疊,則(6-9)(6-9)(6-9)(6-10)式中:e—從動(dòng)桿的A點(diǎn)與直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件滾子中心B的運(yùn)動(dòng)軌跡線之間的距離；

c—擺動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的有效長(zhǎng)度；

其餘符號(hào)同前。

如圖6.6所示,(a)圖為直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件,當(dāng)從動(dòng)桿AB處?kù)缎谐讨虚g位置時(shí)(此時(shí)執(zhí)行構(gòu)件不一定處?kù)缎谐讨虚g位置),若使它與直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡相垂直,則

4.連桿型從動(dòng)系統(tǒng)（6-11）式中:b—連桿BC的長(zhǎng)度；

其餘符號(hào)同前。

當(dāng)b較大,而又較小時(shí),可用式(6-4)代替作近似計(jì)算。

（6-12）圖6.6從動(dòng)型從動(dòng)系統(tǒng)方案1-執(zhí)行構(gòu)件,2-從動(dòng)桿,3-主動(dòng)凸輪

對(duì)於圖6.6(b)所示的擺動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件,當(dāng)桿AB和CD各自的行程中間位置互相平行(不是兩桿件同時(shí)到達(dá)行程中間位置)時(shí),則AB、CD兩桿件的運(yùn)動(dòng)關(guān)係式為

(6-14)以上四種從動(dòng)系統(tǒng)的形式,都具有增大行程和便於總體佈局的特點(diǎn),不僅在凸輪機(jī)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用,而且在連桿機(jī)構(gòu)中也經(jīng)常採(cǎi)用。(6-13)式中:β—從動(dòng)桿AB處?kù)缎谐讨虚g位置與固定桿AD之間的夾角；

—桿AB的總擺角;

—桿CD的總擺角；

a、b、c、d—分別為桿AB、BC、CD、AD的有效長(zhǎng)度。.上一頁(yè)

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(二)參數(shù)確定1.帶滾子直動(dòng)從動(dòng)桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)

參見圖6.7,影響凸輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率和推力係數(shù)的主要參數(shù)有:凸輪理論廓線基圓半徑,凸輪軸偏置距離e,直動(dòng)從動(dòng)桿的導(dǎo)軌長(zhǎng)度及其最大懸臂長(zhǎng)度。上述參數(shù)通常是按凸輪許用壓力角確定的,推程運(yùn)動(dòng)的許用壓力角一般可取30°。在實(shí)踐中,這種凸輪機(jī)構(gòu),往往壓力角並未超過(guò)許用值而推力係數(shù)(凸輪對(duì)直動(dòng)從動(dòng)桿的推力與從動(dòng)桿所承受的載荷的比值)卻很大甚至自鎖的情況時(shí)有發(fā)生；也有凸輪壓力角超過(guò)許用值而工作情況卻良好。所以,按許用壓力角確定其參數(shù),是不夠妥善的。為此,特介紹一種按機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率確定其參數(shù)的方法。18.上一頁(yè)

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圖6.7直動(dòng)從動(dòng)桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

由圖可見,在推程運(yùn)動(dòng)中,從動(dòng)桿所受的作用力為:

Q—從動(dòng)桿的負(fù)載,包括工作阻力、有關(guān)構(gòu)件的重力和慣性力以及封閉力等

P—凸輪對(duì)從動(dòng)桿的推力,理論上它通過(guò)凸輪與滾子的接觸點(diǎn),並與滾子和銷軸的當(dāng)量摩擦圓相切。由於當(dāng)量摩擦圓半徑一般甚小,可近似認(rèn)為該力通過(guò)滾子中心A,亦即P與凸輪廓線的法線重合。

F—導(dǎo)軌對(duì)從動(dòng)桿的反力,是和的合力。

19(6-9)根據(jù)力的合成與平衡原理,F應(yīng)通過(guò)與的交點(diǎn)B及Q與P的交點(diǎn)A,由圖示幾何關(guān)係得:(6.15)式中:—從動(dòng)桿與其導(dǎo)軌的當(dāng)量摩擦角；

—從動(dòng)桿與其導(dǎo)軌的摩擦角；

—從動(dòng)桿位移為s時(shí)的懸臂長(zhǎng)度；C—從動(dòng)桿的寬度或直徑。(6-16)計(jì)算結(jié)果表明,和相比其值甚小,可略去不計(jì),則上式簡(jiǎn)化為(6-16)(6-9)

根據(jù)Q、F、P三力平衡條件,得(6-17)

顯然,當(dāng)時(shí),該機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生自鎖。

假定從動(dòng)桿與其導(dǎo)軌之間沒有摩擦,即,則(6-18)

這樣,可粗略地求出該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率η為(6-19)式中:ξ—損失係數(shù),其許用值用[ξ]表示。

欲保證機(jī)構(gòu)有合理的傳動(dòng)效率通常,可取(6-20)若用K表示推力係數(shù),則(6-21)

因?yàn)?故(6-22)

舉例:如圖6.7所示的凸輪機(jī)構(gòu),直動(dòng)從動(dòng)桿的推程為等速運(yùn)動(dòng),已定參數(shù)為,從動(dòng)桿與其導(dǎo)軌間的摩擦係數(shù)0.15。若按許用壓力角[α]=30°確定輪基圓半徑,則因其α和的最大值均發(fā)生在推程運(yùn)動(dòng)起始時(shí)刻,可由式(6-20)求得最大損失係數(shù)為計(jì)算結(jié)果表明:該機(jī)構(gòu)壓力角雖末超過(guò)許用值,但損失係數(shù)已大於l,機(jī)構(gòu)自鎖。由此可見,按許用壓力角確定參數(shù)是不可靠的。而按許用損失係數(shù)確定參數(shù),既可以保證有合理的傳動(dòng)效率,也能保證推力係數(shù)不致過(guò)大。

因此,需要進(jìn)一步討論按許用損失係數(shù)來(lái)確定有關(guān)參數(shù)。對(duì)圖示的偏置直動(dòng)從動(dòng)桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)而言,設(shè)從動(dòng)桿推程起始時(shí)刻凸輪的轉(zhuǎn)角為零,當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度後,從動(dòng)桿的位移為s,不難導(dǎo)出(6-23)將式(6-23)、(6-16)代人式(6-20),並經(jīng)整理可得

(6-24)

為研究方便,再將上式無(wú)因次化,得

(6-25)式中:為與從動(dòng)桿推程總位移相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角(弧度)；S、V分別為從動(dòng)桿推程無(wú)因次運(yùn)動(dòng)的位移與速度。又設(shè)φ為凸輪的無(wú)因次轉(zhuǎn)角,A為從動(dòng)桿的無(wú)因次運(yùn)動(dòng)加速度。則無(wú)因次運(yùn)動(dòng)與實(shí)際運(yùn)動(dòng)的關(guān)係為:(6-26)

(6-27)

(6-28)

(6-29)

關(guān)於最大損失係數(shù),可能發(fā)生在推程的起始位置,即時(shí)刻。故由式(6-25)可得(6-30)但也有可能發(fā)生在ξ的極大值,

得

(6-31)

(6-32)當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)有關(guān)參數(shù)已確定時(shí),便可利用式(6-30)、(6-31)、(6-32)驗(yàn)算損失係數(shù)。

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當(dāng)參數(shù)一定時(shí),可按[ξ]確定凸輪的基圓半徑Ra的許用最小值。方法是:先將式(6-31)和式(6-32)聯(lián)立,消去Ra後得

(6-33)

由上式求得值,將其代入式(6-32),經(jīng)整理得(6-34)

另外,還須滿足式(6-30)的要求,即(6-35)

當(dāng)然,應(yīng)從Rap、Ra0中選取較大者作為設(shè)計(jì)依據(jù)。26.上一頁(yè)

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綜合上述,得出結(jié)論:1)愈小而愈大,則ξ愈小。若將從動(dòng)桿設(shè)計(jì)成非懸臂的結(jié)構(gòu)形式,則亦即應(yīng)使。例如,當(dāng)[ξ]=0.2,時(shí),須使

就是說(shuō),對(duì)於非懸臂結(jié)構(gòu),雖然凸輪的壓力角較大,但仍可有良好的傳動(dòng)效率。而當(dāng)懸臂長(zhǎng)度很大時(shí),情況則相反。2)對(duì)於用槽凸輪形封閉的形式,因從動(dòng)桿兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都是推程運(yùn)動(dòng),通常取e≈0。對(duì)於力封閉的形式,凸輪軸應(yīng)按推程運(yùn)動(dòng)正向偏置,通常取,當(dāng)所取e值使Rap=Ra0時(shí),則可以使凸輪獲得最小尺寸,此最佳偏距值可由式(6-33)、(6-34)、(6-35)聯(lián)立求得,不再贅述。273)凸輪的許用最小基圓半徑可按[ξ]求出。2.帶滾子直動(dòng)從動(dòng)桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)

圖6.8所示是將圓柱凸輪廓線展開後的帶滾子的直動(dòng)從動(dòng)桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)展開圖。

根據(jù)(6-36)

(6-37)

(6-38)圖6.8直動(dòng)從動(dòng)桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)展開圖

28將式(6-38)對(duì)求導(dǎo),令,求與ξ的極大值相應(yīng)的值,整理後可得:(6-39)

(6-40)

(6-41)

3.按許用損失係數(shù)確定參數(shù)(1)弧度型從動(dòng)系統(tǒng)

如圖8.9(a)所示,因?qū)?zhí)行構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)力F和執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角α恒等於齒輪齒條的壓力角,且執(zhí)行構(gòu)件的懸臂長(zhǎng)度也為常量,故由式(6-16)可知(6-9)(2)正弦型從動(dòng)系統(tǒng)

如圖6.9(b)所示,直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的受力情況為:所承受的工作載荷Q,驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件施動(dòng)的力P,因滾子與其銷軸的當(dāng)量摩擦圓半徑甚小,近似認(rèn)為P與執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)方向平行；導(dǎo)軌對(duì)執(zhí)行構(gòu)件的作用力的合力F,它通過(guò)與的交點(diǎn)O,方向與執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)方向相反。將P、Q對(duì)點(diǎn)O求矩得(6-44)

解得

(6-45)

假定執(zhí)行構(gòu)件與其導(dǎo)軌之間沒有摩擦力,,則(6-46)故(6-47)式中（6-48）

則(6-43)例如,當(dāng)圖8.9直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件受力圖

為保證ξ≤[ξ],應(yīng)使(6-49)式中:—滾子中心B至執(zhí)行構(gòu)件導(dǎo)軌中心線間的距離的最大值。

欲減小ξ,應(yīng)儘量減小。因此,當(dāng)桿且AB處?kù)缎谐讨虚g位置時(shí),最好與執(zhí)行構(gòu)件的導(dǎo)軌垂直,且取。若是這樣,一般就無(wú)須檢驗(yàn)ξ值。(3)正切型

如圖6.9(c)所示。若桿AC的行程中間位置與執(zhí)行構(gòu)件的導(dǎo)軌垂直,則滾於處?kù)稑O左位置C時(shí)損失係數(shù)最大,即

因

故應(yīng)保證

(6-57)式中:Sm—直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的總行程。(4)連桿型

如圖6.9(d)所示,驅(qū)動(dòng)直動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的力P與執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)方向的夾角α,等於連桿BC與執(zhí)行構(gòu)件導(dǎo)軌間的夾角。若桿AB的行程中間位置與執(zhí)行構(gòu)件的導(dǎo)軌相垂直,且取e≈a,由於α甚小,一般無(wú)須檢驗(yàn)ξ值。

綜合上述,正弦型和連型稈從動(dòng)系統(tǒng)均有較高的傳動(dòng)效率,弧度型和正切型從動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率卻較低,須按[ξ]確定或校驗(yàn)及的值。二、連桿機(jī)構(gòu)採(cǎi)用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng),輸入端是作等速轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄,輸出端是作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裹包執(zhí)行構(gòu)件。由於連桿機(jī)構(gòu)具有容易製造、運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng),並能承受較大載荷以及適合高速等特點(diǎn),在裹包機(jī)中的應(yīng)用日趨增多。但執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)速度變化規(guī)律不能任意選定,且結(jié)構(gòu)不夠緊湊。(一)無(wú)停留往復(fù)擺動(dòng)

執(zhí)行構(gòu)件作無(wú)停留往復(fù)擺動(dòng),採(cǎi)用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)最為簡(jiǎn)單。但由於加工和佈局等原因,常採(cǎi)用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。裹包操作對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求,主要有如下幾種1.給定曲柄與搖桿在外極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)角移量如圖6.10(a)所示為折紙機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。折紙板l從開始折紙到折紙終了的擺角,曲柄轉(zhuǎn)角,據(jù)此,設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD各桿長(zhǎng)。圖6.10折紙機(jī)構(gòu)1-折紙板,2-紙,3-糖塊

圖(b)所示為該折紙機(jī)構(gòu)示意圖。當(dāng)折紙終了時(shí),因折紙板已到達(dá)最高位置,故此時(shí)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)處?kù)锻鈽O限位置AB0C0D。35這樣,當(dāng)折紙板由開始折紙位置運(yùn)動(dòng)到折紙終了位置時(shí),要求搖桿CD由位置C1D運(yùn)動(dòng)到位置C0D,其轉(zhuǎn)角∠C1DC0=9°；而對(duì)於曲柄AB,若是沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則轉(zhuǎn)角,而當(dāng)其沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),則轉(zhuǎn)角。但是,不管曲柄轉(zhuǎn)向如何,折紙工序所要求的曲柄與搖桿的一對(duì)相應(yīng)角移量,都處?kù)锻鈽O限位置之前。因此,這可按給定的曲柄與搖稈在外極限位置前的一對(duì)相應(yīng)角移量,設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)。

另外,也有要求搖桿由外極限位置往回?cái)[角度,相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角為的。它相當(dāng)於(b)圖中搖桿由擺動(dòng)到,曲柄則由轉(zhuǎn)動(dòng)到。顯然,這一對(duì)相應(yīng)角移量是處?kù)锻鈽O限位置之後。鑒於曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)具有可逆性,因此,所給定的一對(duì)相應(yīng)角移量,無(wú)論是在外極限位置之前還是之後,實(shí)質(zhì)上都是一樣的。實(shí)用中,這類設(shè)計(jì)問題採(cǎi)用幾何法求解比較直觀,也便於檢查,其步驟大體如下：首先,判別所給定的曲柄與搖桿在外極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)角移量是轉(zhuǎn)向相同還是轉(zhuǎn)向相反。對(duì)(a)圖所示的折紙機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō),當(dāng)曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),給定的一對(duì)相應(yīng)角移量為其轉(zhuǎn)向是相同的；當(dāng)曲柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),則給定的一對(duì)相應(yīng)角移量為,其轉(zhuǎn)向是相反的。下麵就上述兩種情況分別加以討論。(l)轉(zhuǎn)向相同的求解給定曲柄與搖桿在外極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)角移量為,且它們的轉(zhuǎn)向相同。實(shí)際上,符合此條件的解可有無(wú)窮多個(gè),現(xiàn)假定圖6.11所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD是其中的一個(gè)解,為其外極限位置,則

以外極限位置的搖桿作參考平面(即把看作為固定桿),求這一對(duì)相應(yīng)角移量的相對(duì)極點(diǎn),即:將四邊形繞點(diǎn)D回轉(zhuǎn)角度,使重合,得四邊形;分別作的中垂線物,此兩中垂線交點(diǎn)即為所求相對(duì)極點(diǎn)。

圖6.11給定的一對(duì)相應(yīng)角移量轉(zhuǎn)向相同的求解圖顯然,中垂線是的角平分線,即。又根據(jù)相對(duì)極點(diǎn)的性質(zhì),得的延長(zhǎng)線AL與直線AD間的夾角為。綜上所述,參見圖6.12(a)所示,可以得出如下的求解步驟:圖6.12按給定外極限位置前(或後)一對(duì)相應(yīng)角移量的圖解1)作線段AD,它表示固定桿長(zhǎng)度,A、D分別為曲柄和搖桿的支點(diǎn)。

2)求相對(duì)極點(diǎn)R:假定搖桿位於固定桿的上方,則過(guò)A、D兩點(diǎn)分別作AL和DK線。使,所得AL的延長(zhǎng)線與DK的交點(diǎn)R,即為所求的相對(duì)極點(diǎn)。3)求搖桿的外極限位置:在AD上方的適當(dāng)位置選取一點(diǎn),作為餃銷C的外極限位置。連接為搖桿的外極限位置,而為曲柄與連桿的長(zhǎng)度之和。4)求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的外極限位置及桿長(zhǎng):鉸銷B的外極限位置必在的直線上過(guò)相對(duì)極點(diǎn)R作RN線,使兩線的交點(diǎn)即為所求點(diǎn)。這樣,所曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的外極限位置為。用a、b、c、d分別表示曲柄、連桿、搖桿及固定桿的長(zhǎng)度,即、。5)檢查壓力角是否超過(guò)許用值。通常取許用壓力角[α]=50°,高速及重載時(shí)取[α]=40°。若壓力角過(guò)大,可能是由於點(diǎn)的位置選擇不當(dāng),則應(yīng)重新選擇點(diǎn)；也有可能是由於給定的值不合理(如值過(guò)小或值過(guò)大),則應(yīng)修改給定值。

顯然,在給定的同時(shí),還可以附加其他條件。例如,根據(jù)結(jié)構(gòu)條件給定搖桿長(zhǎng)度,以及搖桿的外極限位置等。(2)轉(zhuǎn)向相反的求解

同理,參見圖6.12(b)所示,它的幾何法求解步驟如下:1)作線段AD,它表示固定桿長(zhǎng)度。2)求相對(duì)極點(diǎn)R:作AL和DK線。使,所得AL與DK兩線的交點(diǎn)R。此點(diǎn)即是以外極限位置的搖桿為參考平面,並假定搖桿位於AD上方時(shí),所給定的這一對(duì)相應(yīng)角移量的相對(duì)極點(diǎn)。1.給定曲柄與搖桿在外極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)角移量

如圖6.10(a)所示為折紙機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。折紙板l從開始折紙到折紙終了的擺角,曲柄轉(zhuǎn)角,據(jù)此,設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD各桿長(zhǎng)。圖(b)所示為該折紙機(jī)構(gòu)示意圖。當(dāng)折紙終了時(shí),因折紙板已到達(dá)最高位置,故此時(shí)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)處?kù)锻鈽O限位置AB0C0D。這樣,當(dāng)折紙板由開始折紙位置運(yùn)動(dòng)到折紙終了位置時(shí),要求搖桿CD由位置C1D運(yùn)動(dòng)到位置C0D,其轉(zhuǎn)角∠C1DC0=9°；而對(duì)於曲柄AB,若是沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則轉(zhuǎn)角,而當(dāng)其沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),則轉(zhuǎn)角。但是,不管曲柄轉(zhuǎn)向如何,折紙工序所要求的曲柄與搖桿的一對(duì)相應(yīng)角移量,都處?kù)锻鈽O限位置之前。因此,這可按給定的曲柄與搖稈在外極限位置前的一對(duì)相應(yīng)角移量,設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)。42另外,也有要求搖桿由外極限位置往回?cái)[角度,相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角為的。它相當(dāng)於(b)圖中搖桿由擺動(dòng)到,曲柄則由轉(zhuǎn)動(dòng)到。顯然,這一對(duì)相應(yīng)角移量是處?kù)锻鈽O限位置之後。鑒於曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)具有可逆性,因此,所給定的一對(duì)相應(yīng)角移量,無(wú)論是在外極限位置之前還是之後,實(shí)質(zhì)上都是一樣的。

實(shí)用中,這類設(shè)計(jì)問題採(cǎi)用幾何法求解比較直觀,也便於檢查,其步驟大體如下：

首先,判別所給定的曲柄與搖桿在外極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)角移量是轉(zhuǎn)向相同還是轉(zhuǎn)向相反。對(duì)(a)圖所示的折紙機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō),當(dāng)曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),給定的一對(duì)相應(yīng)角移量為,其轉(zhuǎn)向是相同的；當(dāng)曲柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),則給定的一對(duì)相應(yīng)角移量為,其轉(zhuǎn)向是相反的。下麵就上述兩種情況分別加以討論。(l)轉(zhuǎn)向相同的求解給定曲柄與搖桿在外極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)角移量為,且它們的轉(zhuǎn)向相同。實(shí)際上,符合此條件的解可有無(wú)窮多個(gè),現(xiàn)假定圖6.11所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD是其中的一個(gè)解,為其外極限位置,則。

以外極限位置的搖桿作參考平面(即把看作為固定桿),求這一對(duì)相應(yīng)角移量的相對(duì)極點(diǎn),即:將四邊形繞點(diǎn)D回轉(zhuǎn)角度,使重合,得四邊形;分別作的中垂線物,此兩中垂線交點(diǎn)即為所求相對(duì)極點(diǎn)。

顯然,中垂線是的角平分線,即。又根據(jù)相對(duì)極點(diǎn)的性質(zhì),得

的延長(zhǎng)線AL與直線AD間的夾角為。

綜上所述,參見圖6.12(a)所示,可以得出如下的求解步驟:圖6.12按給定外極限位置前(或後)一對(duì)相應(yīng)角移量的圖解1)作線段AD,它表示固定桿長(zhǎng)度,A、D分別為曲柄和搖桿的支點(diǎn)。2)求相對(duì)極點(diǎn)R:假定搖桿位於固定桿的上方,則過(guò)A、D兩點(diǎn)分別作AL和DK線。使,所得AL的延長(zhǎng)線與DK的交點(diǎn)R,即為所求的相對(duì)極點(diǎn)。3)求搖桿的外極限位置:在AD上方的適當(dāng)位置選取一點(diǎn),作為餃銷C的外極限位置。連接為搖桿的外極限位置,而為曲柄與連桿的長(zhǎng)度之和。4)求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的外極限位置及桿長(zhǎng):鉸銷B的外極限位置必在的直線上。過(guò)相對(duì)極點(diǎn)R作RN線,使兩線的交點(diǎn)即為所求點(diǎn)。這樣,所求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的外極限位置為。

用a、b、c、d分別表示曲柄、連桿、搖桿及固定桿的長(zhǎng)度,即、。5)檢查壓力角是否超過(guò)許用值。通常取許用壓力[α]=50°,高速及重載時(shí)取[α]=40°。若壓力角過(guò)大,可能是由於點(diǎn)的位置選擇不當(dāng),則應(yīng)重新選擇點(diǎn)；也有可能是由於給定的值不合理(如值過(guò)小或值過(guò)大),則應(yīng)修改給定值。顯然,在給定的同時(shí),還可以附加其他條件。例如,根據(jù)結(jié)構(gòu)條件給定搖桿長(zhǎng)度,以及搖桿的外極限位置等。(2)轉(zhuǎn)向相反的求解同理,參見圖6.12(b)所示,它的幾何法求解步驟如下:1)作線段AD,它表示固定桿長(zhǎng)度。2)求相對(duì)極點(diǎn)R:作AL和DK線。使,所得AL與DK兩線的交點(diǎn)R。此點(diǎn)即是以外極限位置的搖桿為參考平面,並假定搖桿位於AD上方時(shí),所給定的這一對(duì)相應(yīng)角移量的相對(duì)極點(diǎn)。3)求搖桿的外極限位置:在AD上方的適當(dāng)位置選取一點(diǎn)連接則為搖桿的外極限位置。4)求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的外極限位置及桿長(zhǎng):作RN線,使兩線的交點(diǎn)點(diǎn)。則為所求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的外極限位置。其中、5)檢查壓力角是否超過(guò)許用值。2.給定曲柄與搖桿在內(nèi)極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)角移量

如圖6.13所示的折紙機(jī)構(gòu),若折紙板由折紙起始至折紙終了的擺角為,與其相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角為。由於拆紙終了時(shí)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)處?kù)秲?nèi)極限位置,因此,這可按給定曲柄與搖桿在內(nèi)極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)角移量,設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。圖6.13折紙機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

其求解方法和步驟與前述的相同,即:1)判別所給定的一對(duì)相應(yīng)角移量的轉(zhuǎn)向是相同還是相反；2)以內(nèi)極限位置為參考平面,求這一對(duì)相應(yīng)角移量的相對(duì)極點(diǎn)；3)在適當(dāng)位置選取一點(diǎn)作為鉸銷C的內(nèi)極限位置；4)在線上取一點(diǎn)使(即),則即為所求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)極限位置；5)檢查壓力角。

在圖6.14中,(a)圖為轉(zhuǎn)向相同,而(b)圖為轉(zhuǎn)向相反,DK、AL、RN各線的方向都是假定搖桿處?kù)豆潭U上方求得。

設(shè)計(jì)舉例:有一折紙機(jī)構(gòu)如圖6.15(a)所示,折紙板為完成折紙須擺動(dòng)15°,相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角為90°。已知A、D兩支點(diǎn)的距離為200mm,折紙終了時(shí)的CD桿與AD桿的夾角為98°,[α]=50°,試設(shè)計(jì)曲柄搖稈機(jī)構(gòu)的其他三個(gè)桿的長(zhǎng)度。

解:折紙終了時(shí),曲柄搖桿機(jī)構(gòu)處?kù)锻鈽O限位置,因此,它是給定曲柄與搖桿在外極限位置前的一對(duì)相應(yīng)角移量的設(shè)計(jì)問題,。折紙時(shí),搖桿應(yīng)作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),而曲柄作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),故這一對(duì)相應(yīng)角移量轉(zhuǎn)向相反,如圖6.12(b)和圖6.15(b)所示:1)取作圖比例為1:4,作固定桿AD＝200/4=50mm。2)作AL和DK線,使、,兩線相交於R點(diǎn)。3)根據(jù)題意,作線,使。並取搖桿實(shí)長(zhǎng)為80mm(任意選取),按作圖比例,取=20mm。4)作RN線,使,得RN與線的交點(diǎn),量得=4.5mm,=52mm。故曲柄AB和連桿BC的實(shí)長(zhǎng)為量得值的四倍,即分別為18mm和208mm。5)檢查壓力角,如圖6.15(c)所示,最大傳動(dòng)角為,最小傳動(dòng)角,故最大壓力角末超過(guò)許用值,適用。圖6.14按給定內(nèi)極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)角移量的圖解

圖6.15折紙機(jī)構(gòu)的幾何法求解

3.給定曲柄與搖桿在極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)角移量圖6.16所示為某糖果裹包機(jī)的送糖機(jī)構(gòu)示意圖。推糖板2與接糖板5將糖塊3和包糖紙4夾緊,並將它們向左送入工序盤內(nèi)(圖中未示),移送的距離(弧長(zhǎng))為30mm。送糖(和紙)操作對(duì)兩個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、分別提出如下運(yùn)動(dòng)要求。圖6.16送糖機(jī)構(gòu)示意圖1-輸送帶,2-推搪板,3-糖塊,4-紙,5-接糖板曲柄搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)推糖扳2作往復(fù)擺動(dòng),從開始推糖到推糖終了,搖桿的擺角(逆時(shí)針)9°,相應(yīng)的曲柄的轉(zhuǎn)角為90°,推糖終了時(shí)處?kù)秲?nèi)極限位置。另外,還要求推糖板由推糖終了位置往回?cái)[動(dòng)9°(回程運(yùn)動(dòng)),相應(yīng)的曲柄的轉(zhuǎn)角為85°。顯然,推糖工作行程曲柄與搖桿的一對(duì)相應(yīng)角移量(90°-9°)處?kù)秲?nèi)極限位置之前,而回程運(yùn)動(dòng)的一對(duì)相應(yīng)角移量(85°-9°)則處?kù)秲?nèi)極限位置之後。因此,這可按給定曲柄與搖桿在內(nèi)極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)角移量,設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。對(duì)驅(qū)動(dòng)接糖板5運(yùn)動(dòng)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō),接糖工作行程起始時(shí),它處?kù)秷D示的外極限位置。在外極限位置後,接糖板5配合推糖板2將糖塊和紙夾緊向左運(yùn)動(dòng)的擺角為9°,相應(yīng)的曲柄的轉(zhuǎn)角為90°,這是工作行程。而在外極限位置前,搖桿順時(shí)針擺動(dòng)9°到達(dá)圖示的外極限位置,要求相應(yīng)的曲柄的轉(zhuǎn)角為85°,這是回程運(yùn)動(dòng)。因此,這可按給定曲柄與搖桿在外極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)角移量,設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

對(duì)上述兩種情況分別做進(jìn)一步討論。(1)給定曲柄與搖桿在外極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)角移量圖6.17曲柄與搖桿的兩對(duì)相應(yīng)角移量

先看圖6.17(a),若規(guī)定曲柄與搖桿的兩對(duì)相應(yīng)角移量為、。欲使它們處?kù)锻鈽O限位置的前後,則應(yīng)使,如(b)圖所示。這樣,也可把看作是一對(duì)相應(yīng)角移量。所以,對(duì)於給定曲柄與搖桿在極限位置前後兩對(duì)相應(yīng)角移量的設(shè)計(jì)問題,實(shí)質(zhì)上可以認(rèn)為是給定了曲柄與搖桿的三對(duì)相應(yīng)角移量,求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

由(b)圖可見,不管曲柄轉(zhuǎn)向如何,這一對(duì)相應(yīng)角移量總是轉(zhuǎn)向相同,而的一對(duì)相應(yīng)角移量總是轉(zhuǎn)向相反?，F(xiàn)分別用來(lái)表示轉(zhuǎn)向相同和轉(zhuǎn)向相反的兩對(duì)相應(yīng)角移量,即,,。

根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)的幾何法綜合理論,對(duì)於給定曲柄與搖桿三對(duì)相應(yīng)角移量的設(shè)計(jì)問題,可利用中心曲線(又稱圓心曲線)或圓點(diǎn)曲線來(lái)求解。下麵,簡(jiǎn)要介紹用中心曲線求解的原理。

首先,以外極限位置的搖桿作為參考平面,對(duì)照?qǐng)D6.17(b)和圖6.18,即可求出三對(duì)相應(yīng)角移量、、的六個(gè)相對(duì)極點(diǎn):

1)的相對(duì)極點(diǎn)：作和DK線,使、,延長(zhǎng)線則兩直線的交點(diǎn)為點(diǎn)。2)的相對(duì)極點(diǎn)：因與重合,與重合,故與重合。3)的相對(duì)極點(diǎn)：將四邊形和分別繞D點(diǎn)反轉(zhuǎn),使和轉(zhuǎn)至與重合,得到線段和。和兩位置的極點(diǎn)即為。顯然與點(diǎn)重合。簡(jiǎn)言之。將AD線繞D點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)角度後所得點(diǎn)即為。圖6.18圖解法求中心曲線

4)的相對(duì)極點(diǎn)：它與A點(diǎn)重合。5)的相對(duì)極點(diǎn)：作線,使, 兩直線的交點(diǎn)即為點(diǎn)。6)的相對(duì)極點(diǎn)：它與重合。然後,取[,]和[]這兩對(duì)相對(duì)對(duì)極組成對(duì)極四邊形。借此對(duì)極四邊形即可求得中心曲線。由圖6.18可見,DK線是線的中垂線,亦即相對(duì)對(duì)極[,]位於另一相對(duì)極[]連線的中垂線上。這樣,中心曲線分為兩支,一為直線DK;另一為圓弧,該圓弧的求法是：將對(duì)極四邊形的對(duì)邊和分別延長(zhǎng)而交於π點(diǎn)。再作中垂線與DK線交於O點(diǎn)。以O(shè)為圓心,作半徑為OA的圓弧。搖桿兩鉸銷的外極限位置點(diǎn)D、必位於上述的中心曲線上。因D點(diǎn)已確定,則點(diǎn)必位於圓弧上。又因?yàn)樯鲜鲋行那€是假定搖桿處?kù)禔D的上方而求得的,再加上受曲柄存在條件以及壓力角的限制,故點(diǎn)只能在圓弧上的粗實(shí)線範(fàn)圍內(nèi)選取。確定後,相應(yīng)的點(diǎn)也隨之確定。圖6.19按繪定外極限位置前後兩對(duì)相應(yīng)角移量的圖解

綜上所述,按照給定的曲柄與搖桿在外極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)角移量,求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的步驟如下：1)作線段AD,表示固定桿長(zhǎng)度(如圖6.19所示)。2)求中心曲線:畫DK、AM兩直線，使，得到兩直線的交點(diǎn)O,以點(diǎn)O為圓心,OA為半徑作圓弧。

圖6.20按給定內(nèi)極限位置前後兩對(duì)相應(yīng)角移量的圖解1)作線段AD,表示固定桿長(zhǎng)度;2)求中心曲線:畫AM和DK線,分別使,,以AM、DK兩直線的交點(diǎn)O為圓心,OA且為半徑畫圓弧。這是以內(nèi)極限位置的搖桿為參考平面,且假定搖桿處?kù)豆潭U上方時(shí)的中心曲線。3)求鉸銷C的內(nèi)限極位置點(diǎn):在AD上方的圓弧上的適當(dāng)位置選取一點(diǎn)作為連接、為搖桿的內(nèi)極限位置。4)求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)極限位置及桿長(zhǎng):畫AL線,使得到AL的延長(zhǎng)線與DK線的交點(diǎn)R,該點(diǎn)即為這一對(duì)相應(yīng)角移量的相對(duì)極點(diǎn)。再畫RN線,使=,得到RN線與延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。即為所求曲柄搖扡機(jī)構(gòu)的內(nèi)極限位置,,,,。5)檢查壓力角。若超過(guò)許用值,應(yīng)重新選取點(diǎn)。當(dāng)沒有滿足壓力角要求時(shí),則需修正給定的值。4.給定搖桿總擺角與極位角

圖6.21(a)為控制糖果裹包機(jī)上工序盤的糖鉗作開閉運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。曲柄AB為主動(dòng)件,通過(guò)開鉗凸輪l驅(qū)動(dòng)糖2作開閉運(yùn)動(dòng)。對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求是:曲柄AB沿逆時(shí)針每轉(zhuǎn)一圈,搖桿CD完成一次往復(fù)擺動(dòng),總行程。與搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)30°相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角為(這時(shí)曲柄與搖桿轉(zhuǎn)向相同,故用表示)而與搖桿順時(shí)針擺動(dòng)30°相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角為170°(轉(zhuǎn)向相反,故用表示)。

這樣,極位角在確定機(jī)構(gòu)佈局和曲柄轉(zhuǎn)向時(shí)應(yīng)儘量使θ為正值。這可按給定搖扡總擺角和極位角,求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。圖6.21開鉗機(jī)構(gòu)1-開鉗凸輪,2一糖鉗

參見圖6.22所示,幾何法求解步驟如下:1)作線段AD,表示固定桿長(zhǎng)度。

圖6.22按給定搖桿總擺角和極位角的求解圖

2)求中心曲線和:畫AM、AM’和DK、DK’線,分別使,,得AM和DK兩線的交點(diǎn)。分別以O(shè)和為圓心,OA和(OA=)為半徑作圓弧和。3)求鉸銷C的外極限位置和內(nèi)極限位置、,在和上,分別取點(diǎn),使,連接和,則分別為搖桿的外極限和內(nèi)極限位置,且。

4)求曲柄搖桿機(jī)構(gòu):在線上取點(diǎn)。使。則 為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)得外極限位置,,, ,。5)檢查壓力角。由圖可見,令β為外極限位置得連桿與固定桿得夾角,則a、b、c、d存在如下關(guān)係:(6-51)(6-52)(6-53)

計(jì)算時(shí),先選取適當(dāng)?shù)忙轮?再計(jì)算值,然後,確定四桿中任何一個(gè)桿長(zhǎng),其他三個(gè)桿件便可算出。(二)無(wú)停留住複移動(dòng)

用連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裹包執(zhí)行構(gòu)件作無(wú)停留往復(fù)移動(dòng),常見的有如下幾種類型。1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與弧度型或正弦型、正切型及連桿型機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合若將圖6.3(a)、6.4(a)、6.5(a)、6.6(a)所示的機(jī)構(gòu)中的桿AB,改用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng),即成為機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合。由於它們具有增大行程和便於佈局等特點(diǎn),故在包裝機(jī)中被廣泛採(cǎi)用。

例1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與弧度型機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合。

圖6.23為圖6.22糖果裹包機(jī)的推糖機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。推糖桿1將糖塊2由位置I推送到位置II,移送距離為32mm,相應(yīng)的曲柄AB的轉(zhuǎn)角為90°。而推糖桿由推糖終了位置後退32mm,相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角為85°。已知固定桿AD=250mm,扇形齒輪節(jié)圓半徑R＝75mm,[α]=50°,試設(shè)計(jì)AB、BC、CD三個(gè)桿件的長(zhǎng)度。圖6.23無(wú)停留往復(fù)移動(dòng)的推糖機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖l-推糖桿,2-糖塊

解:根據(jù)題意,推糖桿的推程為32mm,相應(yīng)的扇形齒輪即搖桿CD的擺角為:,曲柄AB的轉(zhuǎn)角為90°。推糖桿回程運(yùn)動(dòng)(由推糖終了位置後退)32mm,相應(yīng)的搖桿擺角也為24.4°,曲柄轉(zhuǎn)角為85°。推糖至終了位置時(shí),曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD應(yīng)處?kù)锻鈽O限位置。因此,可按給定曲柄與搖桿在外極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)角移量來(lái)求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)曲柄沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則推程時(shí)曲柄與搖桿轉(zhuǎn)向相同,回程時(shí)則轉(zhuǎn)向相反。從而可確定＝90°, =85°,

用幾何法求解,如圖6-24所示:圖2.24推糖機(jī)構(gòu)的幾何法作圖

1)取比例1

5作圖,畫直線。2)畫DK線,使。畫AM線,使=,得到DK、AM兩線的交點(diǎn)O。以O(shè)點(diǎn)為圓心,OA為半徑作圓弧。3)在圓弧上取適當(dāng)點(diǎn),連接和。4)作AL線,使,得AL的延長(zhǎng)線與DK線的交點(diǎn)R。再作RN線,使得RN和A兩線的交點(diǎn)。由圖上量得,,故求得曲柄實(shí)長(zhǎng) ,連桿實(shí)長(zhǎng)=257.5mm,搖桿實(shí)長(zhǎng) 。5)檢查壓力角:畫出圖6-24(b),量得,則 可用。附帶說(shuō)明,從減小壓力角考慮,可將點(diǎn)沿圓弧取得偏上一些,以適當(dāng)增大,從而使值增大。但是,本例要求儘量減小曲柄尺寸,以便可將曲柄設(shè)計(jì)成偏心的結(jié)構(gòu)形式,所以不宜過(guò)長(zhǎng)。例2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與正切型機(jī)構(gòu)組合。

圖4.25所示是糖果裹包機(jī)推糖機(jī)構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)。推糖桿將糖塊移送,相應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角為90°。當(dāng)推糖桿由推糖終了位置後退30mm時(shí),相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角為85°。已知AD＝180mm,要求開始推糖時(shí)桿DE處?kù)兜奈恢?且DE＝245mm, 。試設(shè)計(jì)AB、BC和CD桿長(zhǎng)度及CD與ED間的夾角。

終了時(shí),曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD處?kù)锻鈽O限位置,因此可按給定的曲柄與搖桿在外極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)角移量,設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。圖6.25推糖機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖6.26推糖機(jī)構(gòu)的幾何法作圖1-推糖桿,2-糖塊

設(shè)推糖終了時(shí)刻的桿DE處?kù)段恢谩Ｓ伸锻铺瞧鹗紩r(shí)刻的DE桿處?kù)洞怪蔽恢?故推糖30mm相應(yīng)的DE桿擺角 。

推糖時(shí)搖桿與曲柄都作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),而回程運(yùn)動(dòng)時(shí)則是轉(zhuǎn)向相反,故,=85°,。

同樣,可仿照上例幾何法求解,如圖6.26所示,求得各桿實(shí)長(zhǎng)為a＝12mm,b=233.5mm,c=126.5mm,,適用。

對(duì)照?qǐng)D6.25和圖6.26,推糖終了時(shí)刻的桿DE與固定桿DA之間的夾角應(yīng)為

故桿DE與桿DC之間的夾角。例3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與連桿型機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合。

圖6.27所示是糖果裹包機(jī)的一種接糖機(jī)構(gòu)示意圖。它的接糖桿1與推糖機(jī)構(gòu)的推糖桿3配合,將糖塊2由位置I向右移送30mm而到達(dá)位置II,在此期間,曲柄AB的轉(zhuǎn)角為。而接糖桿1由接糖終了位置向左運(yùn)動(dòng)30mm到達(dá)接糖起始位置(回程)時(shí),曲柄AB的轉(zhuǎn)角為85°。已知AD＝180mm,e＝245mm,DE＝245mm,接糖終了位置時(shí)桿DE位於垂直位置(它不是極限位置),且。試設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

圖6.27接糖機(jī)構(gòu)示意圖圖6.28接糖機(jī)構(gòu)的幾何法求解圖

解:先求與接糖桿工作行程30mm相對(duì)應(yīng)的搖桿擺角:因工作行程終了時(shí)的搖桿處?kù)洞怪蔽恢?DE長(zhǎng)度與工作行程相比甚大,故

鑒於接糖工作行程起始時(shí)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD處?kù)秷D示的內(nèi)極限位置,故可按給定的曲柄與搖桿在內(nèi)極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)角移量來(lái)設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。又因工作行程曲柄與搖桿都沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),而回程運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向相反,故, ,

如圖6.28所示,用幾何法求得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各桿實(shí)際長(zhǎng)度a=20mm,b=163mm,c=160mm,適用。2．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

採(cǎi)用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裹包執(zhí)行構(gòu)件作無(wú)停留往復(fù)移動(dòng),結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。但由於它受到曲柄軸偏置距離的限制,而且沒有增大行程作用,以致它在裹包機(jī)中的應(yīng)用並不如前述的串聯(lián)組合機(jī)構(gòu)廣泛。對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求有如下幾種。(1)給定曲柄與滑塊在外極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)位移如圖6.29(a)所示,取為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的外極限位置,並給定滑塊位移量為s,相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角為或。顯然,所給定的一對(duì)相應(yīng)位移量無(wú)論是在外極限位置前還是後,也無(wú)論曲柄的轉(zhuǎn)向是順時(shí)針還是逆時(shí)針,總可以歸結(jié)為兩種情況:(圖6.29(b))和（圖6.29(c))。圖6.29按給定外極限位置前(或後)一對(duì)相應(yīng)位移量的圖解

由於曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái),由此,兩者的幾何法求解其原理基本一致。

對(duì)第一種情況(位於線的上側(cè)),它的幾何法求解,如圖6.29(b)所示,步驟如下:1)取點(diǎn)A表示曲柄的回轉(zhuǎn)中心。過(guò)A作x-y直角坐標(biāo)軸,使軸與滑塊的導(dǎo)軌平行。2)求這一對(duì)相對(duì)位移的相對(duì)極點(diǎn)R:作與y軸平行的直線,其間距為。再畫AL線,使其與y軸的夾角為。得到AL與兩線的交點(diǎn)R,該點(diǎn)即為以外極限位置的滑塊為參考平面,並假定滑抉位於y軸右方時(shí)這對(duì)相應(yīng)位移量的相對(duì)極點(diǎn)。3)求鉸銷C(即滑塊)的外極限位置:可在y軸右方的適當(dāng)區(qū)域內(nèi)任意選取一點(diǎn)作為點(diǎn),連接和A兩點(diǎn),則,而點(diǎn)與x軸間的距離為偏置距離e。點(diǎn)可選在x軸上或x軸的上下方,但為減小壓力角,e值不宜過(guò)大,而值不宜過(guò)小。4)求曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的外極限位置及桿長(zhǎng):作RN線,使,得到RN與兩線的交點(diǎn)。則為所求曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的外極限位置,。

5)檢查壓力角:應(yīng)滿足的要求（通常取 ）。當(dāng)滑塊的鉸銷C與其導(dǎo)軌的距離(懸臂長(zhǎng)度)較大時(shí),則應(yīng)檢驗(yàn)其損失係數(shù),應(yīng)使。

對(duì)第二種情況(位於線的下側(cè)),如圖6.29(c)所示,它的幾何法求解步驟與第一種情況基本相同,只是AL和RN兩直線的方向有所不同。(2)給定曲柄與滑塊在內(nèi)極限位置前(或後)的一對(duì)相應(yīng)位移量

如圖6.30(a)所示,取為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的內(nèi)極限位置。而給定的一對(duì)相應(yīng)位移量,可能屬於,也有可能屬於。

它的幾何法求解步驟與前相同,但線和AL及RN線的位置和方向不同。(b)圖示出了一對(duì)相應(yīng)位移量屬於時(shí)的解法,(c)圖示出了一對(duì)相應(yīng)位移量屬於-時(shí)解法,不再贅述。圖6.30按給定內(nèi)極限位置前(或後)的—對(duì)相應(yīng)位移量的圖解

(3)給定曲柄與滑塊在外極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)位移量

如圖6.31(a)所示,取為外極限位置。現(xiàn)給定曲柄與滑塊在外極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)位移量為、,且?？砂唇o定曲柄與滑塊在外極限位置前後的兩對(duì)相應(yīng)位移量,設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。如圖6.31(b)所示,它的幾何法求解步驟如下:圖6.31按給定外極限位置前後兩對(duì)相應(yīng)位移量的圖解

1)取一點(diǎn)A作為曲柄的回轉(zhuǎn)中心。以A為原點(diǎn)作直角坐標(biāo),使x軸與滑塊軌道平行。2)求中心曲線:畫與y軸平行的直線,使兩線的間距為。再作AM線使其與y軸的夾角為,得AM與兩線的交點(diǎn)O。以A為圓心,OA為半徑畫圓弧。此圓弧即是以外極限位置的滑塊作為參考平面,並假定滑塊位於y軸右方時(shí),所給定的外極限位置前後兩對(duì)相應(yīng)位移量和