【正文】 自動化生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計第一章 自動化基本機構(gòu)任何復(fù)雜、龐大的自動化生產(chǎn)設(shè)備都可以分解為一個個相對簡單的機構(gòu)。機構(gòu)是自動化生產(chǎn)設(shè)備最基本的組成部分。在實際應(yīng)用中，機構(gòu)的種類繁多，其結(jié)構(gòu)及動作原理也各不相同，但它們都具有共同的特征，這就是傳遞、變換機械運動和力。所謂傳遞、變換機械運動，從根本上來說就是要使機構(gòu)的輸出運動滿足一定的工作要求，如實現(xiàn)一定的運動、動作或軌跡。而對于某一確定的工作要求，又可以采用不同的機構(gòu)來實現(xiàn)。因此，我們可以按機構(gòu)的輸出運動將機構(gòu)加以分類。觀察各種機構(gòu)的輸出運動，大致可歸納為三種基本類型：直線運動、擺動及回轉(zhuǎn)。這三種基本運動的組合又可以派生出各種各樣的復(fù)合運動，諸如：直線運動十擺動．直線運動十回轉(zhuǎn)，直線運動十擺動十回轉(zhuǎn)等等。這樣，按照機構(gòu)輸出運動的基本類型，本章將機構(gòu)分為：直線運動機構(gòu)、擺動機構(gòu)及回轉(zhuǎn)機構(gòu)三種基本機構(gòu)；同時附加一節(jié)復(fù)合運動機構(gòu)以進一步說明三種基本機構(gòu)的應(yīng)用。另一方面，在實際應(yīng)用中，機構(gòu)的輸出運動還必須滿足一定的速度特性要求。一般地，常希望機構(gòu)的從動件在行程兩端點或起動、停止時的速度變化較為平緩，以避免沖擊；或者為了節(jié)省時間，要求機構(gòu)的從動件在空行程時具有急回運動特性等。在自動化生產(chǎn)設(shè)備中常用機構(gòu)的輸出速度特性通?？煞譃椋? (1)等速型（見圖0（A）（B）） 機構(gòu)從動件在一個動作循環(huán)中，起動、換向及停止瞬時完成，往復(fù)或單向運動的速度相等且無變化。圖中橫坐標表示時間t，縱坐標表示速度V，加速度(2)端點減速型（見圖0（C）（D）（E））機構(gòu)從動件在一個動作循環(huán)中，起動時速度漸增，停止時減速70 (3)變速型（見圖0（F）（G）) 機構(gòu)從動件在一個動作循環(huán)中，速度按一定規(guī)律變化。在使用凸輪的機構(gòu)中，通過更換凸輪還可獲得不同的速度變化規(guī)律。（4）急回型(見圖0（H）（J）機構(gòu)從動件在一個動作循環(huán)中的往復(fù)速度不同，空程的速度大于工作行程的速度。 （5）中間停止型 機構(gòu)從動件在行程中間的某一位置，依靠行程開關(guān)、電氣回路的控制，停頓一段時間后再行動作。 最后關(guān)于本章的內(nèi)容再作幾點說明： (1) 許多圖例都給出了機構(gòu)從動件的行程或擺角范圍、速度特性曲線，僅供讀者參考。 (2) 一些圖例的說明文中提到了機構(gòu)所能承受的載荷，其范圍的基本劃分如下： 輕載荷； 1kg以下 中等載荷；1—10kg 重載荷； 10一100kg 、 (3) 嚴格地講．自動化基本機構(gòu)還應(yīng)包括控制電路，但由于本書重點放在機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)方面，故將控制電路部分從略。11 直線運動圖為利用空氣阻尼器使從動軸具有急回運動特性的機構(gòu)。電磁鐵1的可動鐵心(驅(qū)動抽)與結(jié)構(gòu)形如氣缸的阻尼器2相鉸接，同時又以柱銷和杠桿3的開口端相配合。當從動軸5在拉簧4的作用下向上運動時(工作行程)，電磁鐵1的可動鐵芯向下運動，由于阻尼器2下腔的空氣只能經(jīng)針閥b進入上腔，故形成阻尼而使從動軸5以較低的速度向上運動。反之，當杠桿3的右端觸動行程開關(guān)LS2時，電磁鐵1通電，其可動鐵心向上運動，由于此時阻尼器2上腔的空氣可通過單向閥a迅速排入下腔，故從動軸5能以較高的速度向下運動(空程)。該機構(gòu)適用于輕裁荷，行程范圍為5—20mm。圖為利用齒條齒輪的行程兩端減速直線運動機構(gòu)。當采用氣缸1直接驅(qū)動滑塊5時，在行程兩端往往難以實現(xiàn)減速，易引起沖擊。但若在氣缸1與滑塊5之間，如圖所示地加入齒條齒輪3及連桿4，則可以使滑塊5在其行程兩端具有良好的減速特性。該機構(gòu)可用于中等裁荷，行程范圍為50一150mm。設(shè)計時可選取齒輪3的直徑等于氣缸1的行程，使其轉(zhuǎn)角小于180度。當對滑塊5的定位精度要求較高時，亦可設(shè)置限位擋塊。圖為氣缸通過杠桿驅(qū)動從動軸作上下往復(fù)運動的機構(gòu)。該機構(gòu)具有力放大特性，適用于中等載荷；行程范圍為10—50mm 設(shè)計要點： (1)氣缸2的安裝方式應(yīng)采用尾部耳軸式； (2)在氣缸2的行程兩端點應(yīng)采取緩沖措施； (3)從動軸4與軸承6的配合部應(yīng)有足夠的精度及硬度；軸承6可采用直移式滾珠套或滑動軸承。 圖為氣缸驅(qū)動的變換直線運動方向的機構(gòu)。安裝在滑塊3上的滾輪4插在工作臺6的曲線槽A中；當氣缸2動作時，工作臺6將在與氣缸2軸線相垂直的方向上作往復(fù)直線運動。工作臺6在行程的兩端具有較平滑的減速特性。該機構(gòu)適用于輕載荷，行程范圍為10—l00mm。設(shè)計要點： (1)滑塊導(dǎo)桿8應(yīng)具有足夠的剛度，以避免氣缸2的活塞桿承受過大的彎曲載荷；(2)當要求工作臺6有較高的定位精度時，應(yīng)考慮滾輪4與曲線槽A的磨損。 圖為使油缸浮動的行程終端減速直線運動機構(gòu)。 當欲用耳軸支承油缸但其支點又無處安裝時，可采用圖示的使油缸整體浮動的方法。油缸1的缸體固定在浮動支板2上，其活塞桿與連桿4相鉸接，上側(cè)的連桿4以銷軸B相連，銷軸B固結(jié)在浮動支板2上。當油缸l的活塞桿伸出時，浮動支板2向右下方移動，從動軸5向右運動，在行程的終端即當銷軸A、B兩點重合時，從動軸5可獲得完全的減速特性。 該機構(gòu)可用于中等載荷，行程為300mm。 圖為使用移動凸輪的任意變速機構(gòu)。 安裝在滑板4上的滾輪5與移動凸輪2的曲線槽相配合；當油缸1驅(qū)動移動凸輪2往復(fù)運動時，滑板4將在垂直于油缸1軸線的方向上作直線往復(fù)運動。通過更換移動凸輪2，可使滑板4獲得不同速度特性的運動。該機構(gòu)能用于重載荷，行程為50mm。 圖為步距可變的直線步進機構(gòu)。 氣缸1驅(qū)動齒條2作直線往復(fù)運動，通過齒輪單向離合器4及電磁離合器5將運動傳遞給鏈輪6，使其作單向間歇轉(zhuǎn)動。利用定時器適當?shù)剡x擇電磁離合器5的通電時間，可使固結(jié)在鏈條7上的托架8在10一300mm的步距范圍內(nèi)實現(xiàn)直線步進運動。例如，若電磁離合器5僅在氣缸1的活塞桿伸出過程中的一段時間內(nèi)通電，則托架8將向左作步進運動，其步距為：。式中，d是鏈輪6的節(jié)圓直徑，D是齒輪3的節(jié)圓直徑；V是氣缸1的平均速度；T是電磁離合器5的通電時間。該機構(gòu)可用于工件的低速輸送，能承受中等載荷。圖為使從動件以高于油缸的最高速度運動的機構(gòu)。該機構(gòu)還可用于擴大油缸行程的場合?；?由兩導(dǎo)桿5所支承，安裝在搖桿2端部的滾輪3插在滑座4上的長孔中，當油缸1驅(qū)動搖桿2往復(fù)擺動時，滑座4將以高于油缸1的速度在行程500mm的范圍內(nèi)作往復(fù)直線運動，由于設(shè)置了行程開關(guān)LS3及三位四通Y型換向閩7，故亦可使滑座4停頓在行程的中間位置。該機構(gòu)可用于自動化生產(chǎn)線中輸送裝置的驅(qū)動。 圖為擺動氣缸及凸輪驅(qū)動的直線往復(fù)運動機構(gòu)。 安裝在擺動氣缸1(擺角為270度)的輸出軸上的凸輪2驅(qū)動工作臺4向左運動，回程則依靠拉簧5實現(xiàn)。為避免回程速度過高及保證滾子3始終與凸輪2相接觸，應(yīng)使拉簧5的彈性力與機構(gòu)運動部分的質(zhì)量相平衡，或改善凸輪2的廓線形狀，也可采用形封閉的凸輪機構(gòu)。工作臺4的導(dǎo)軌以采用摩擦較小的結(jié)構(gòu)為宜。 該機構(gòu)的行程為50mm，可用于中等載荷。 圖為利用鏈條、鏈輪及導(dǎo)桿將油缸的水平往復(fù)運動變換為托板上下平行運動的機構(gòu)。 兩根鏈條2均為一端固定在支架6上，另一端通過兩個或三個鏈輪3與托板5相連。托板5的行程為驅(qū)動油缸1行程的2倍。托板5依靠工件的自重下降(油缸1的前腔卸壓)。 該機構(gòu)適用于較長且較重工件的垂直上下搬運。 設(shè)計時需注意的是：導(dǎo)桿4與托板5應(yīng)采用鉸鏈連接；當兩導(dǎo)桿4的間距較大時，宜采用直移式滾珠套導(dǎo)向以減小摩擦阻力。 圖為擺動氣缸驅(qū)動的行程兩端減速直線運動機構(gòu)。 安裝在曲柄2自由端的齒輪4與固定不動的扇形齒輪3相嚙合．同時又通過連桿5和從動軸6鉸接。當擺動氣缸l驅(qū)動曲柄2擺動時，齒輪4將在扇形齒輪3上作純滾動，并通過連桿5帶動從動軸6作直線往復(fù)運動。當齒輪4的轉(zhuǎn)角小于180度時，從動軸6在行程兩端具有減速特性。若改變齒輪4與扇形齒輪3的嚙合位置或改變其齒數(shù)比，則從動軸6亦可在行程中間的某范圍內(nèi)獲得減速。 圖為可獲得長行程的直線往復(fù)運動機構(gòu)。 該機構(gòu)用于要求速度較高及行程較大的場合。當曲柄2的擺動范圍為士90度時滑塊4按簡諧運動規(guī)律移動。在曲柄2擺動的兩極限位置設(shè)有緩沖器7以減小沖擊。 該機構(gòu)的行程可達500mm，能承受中等載荷。 圖為將曲柄運動變換為直線往復(fù)運動的機構(gòu)。 電動機1驅(qū)動曲柄輪2連續(xù)轉(zhuǎn)動，通過連桿3使搖桿4作往復(fù)擺動；在搖桿4桿長的1/2處開有長孔，安裝在工作臺6上的滾輪5與之相配合，從而工作臺6在搖桿4的帶動下作直線往復(fù)運動，其行程等于曲柄輪2的半徑(曲柄長度)。 該機構(gòu)可用于中等載荷。 圖為利用曲柄運動的行程兩端減速直線運動機構(gòu)。 由燕尾形導(dǎo)軌8支承的工作臺7通過連桿6與齒輪5相鉸接，齒輪5相當于曲柄輪。當齒除5連續(xù)回轉(zhuǎn)時，工作臺7便沿導(dǎo)軌8作直線往復(fù)運動，且在行程兩端具有良好的減速特性。 該機構(gòu)的行程范圍為50一100mm，可用于中等載荷。圖為利用曲柄運動的行程兩端減速直線運動機構(gòu)。兩導(dǎo)桿8由直移式滾珠套9支承，并與開有凹槽的滑塊7固定聯(lián)接；曲柄5端部的滾輪6插在滑塊7的凹槽中。當電動機1通過帶傳動使曲柄5連續(xù)回轉(zhuǎn)時，滑塊7即兩導(dǎo)稈8將作直線往復(fù)運動，且在行程兩端具有良好的減速特性。該機構(gòu)的行程范圍為50一100mm，適用于輕載荷。 圖為利用單向離合器的急回運動機構(gòu)。 單向離合器2直接固定在電動機l的輸出軸上，其外套筒上的擺臂端部裝有滾輪3，滾輪3插在滑板4的槽中。從俯視圖所示的位置，當電動機1順時針回轉(zhuǎn)時，由于單向離合器2處于接合狀態(tài)，故滑板4將在擺臂的帶動下沿導(dǎo)軌運動，在行程端點，當滑板4觸動行程開關(guān)LS后，電動機1將停止轉(zhuǎn)動，滑板4則在拉簧5的作用下快速復(fù)位，此過程中單向離合器2處分離狀態(tài)。 該機構(gòu)的行程范圍為50一100mm，可用于中等載荷。 圖為利用曲柄輪及搖桿的急回運動機構(gòu)。 當電動機1經(jīng)齒輪副驅(qū)動曲柄輪2沿圖示方向連續(xù)回轉(zhuǎn)時，安裝在曲柄輪2上的滾子3將帶動搖桿4繞支點擺動．使連于搖桿4端部的工作臺5沿導(dǎo)軌作直線往復(fù)運動。從工作臺5的速度曲線可見：工作臺具有急回運動特性(向左運動時)，且在行程端點具有良好的減速性。 改變滾子3的回轉(zhuǎn)半徑可實現(xiàn)工作臺5的行程調(diào)整。 該機構(gòu)的行程范圍為50一200mm，能用于中等載荷。 圖為雙曲柄式變速直線運動機構(gòu)。 安裝在曲柄2自由端的滾輪4插在曲柄3的長孔中，曲柄3與鏈輪6同軸。當電動機1通過齒輪副驅(qū)動曲柄2以勻速轉(zhuǎn)動時，曲柄3及鏈輪6將作周期性變速轉(zhuǎn)動，從而使安裝在鏈條7上的托架8作周期性變速直線運動。 該機構(gòu)可用于裝配生產(chǎn)線中的零件輸送，行程為600mm，能承受中等載荷。 圖為利用端面凸輪的任意變速直線運動機構(gòu)。 由電動機1經(jīng)四級齒輪減速驅(qū)動的端面凸輪6，通過搖桿7推動工作臺11向左運動(工作行程)，面工作臺11的向右運動即空行程則依靠壓簧12實現(xiàn)。 通過更換凸輪6可改變工作臺11的速度特性；通過調(diào)整搖桿7上的滾輪支座9相對凸輪6的位置可實現(xiàn)工作臺11行程的微調(diào)。另外，當對工作臺U的初始位置有所要求時，可調(diào)節(jié)設(shè)置在滾輪支座9上的螺釘10。 該機構(gòu)的行程范圍為10一50mm，能承受中等載荷。 圖為利用齒條與欠齒齒輪的急回運動機構(gòu)。（扇形齒輪） 該機構(gòu)可用于裝配生產(chǎn)線中從料倉推出工件的場合。供料推板8與齒條5相固結(jié)，其向右的運動即工作行程由欠齒齒輪4驅(qū)動齒條5實現(xiàn)，而空程的急回運動則依靠彈簧6。該機構(gòu)的行程范圍為50一200mm，可用于中等載荷。圖為利用槽凸輪將連續(xù)轉(zhuǎn)動變換為直線往復(fù)運動的機構(gòu)。 安裝在擺桿3與連桿4鉸接點的滾輪插在槽凸輪2的槽中；當槽凸輪2在電動機(未畫出)的驅(qū)動下連續(xù)轉(zhuǎn)動時，通過連桿4將使工作臺5作直線往復(fù)運動。工作臺5的速度特性由槽凸輪2決定，其行程范圍為10—15mm，可用于中速載荷。圖為利用槽輪的間歇直線運動機構(gòu)。 帶有制動器2的電動機1通過外槽輪機構(gòu)(6)及齒輪副7驅(qū)動鏈輪8間歇轉(zhuǎn)動，使安裝在鏈條9上的托架10作間歇直線運動。槽輪6每轉(zhuǎn)動半圈托架10停頓一次。通過改變齒輪副7的齒數(shù)比可調(diào)整托架10的行程。 該機構(gòu)的行程范圍為50一200mm，能用于中等載荷。圖為利用偏心軸獲得水平直線振動的機構(gòu)。采用皮帶傳動可防止過載。振動臺6的振幅由偏心軸4的編心量所決定。該機構(gòu)的最大振幅為5mm，可用于中等載荷。設(shè)計時應(yīng)盡可能減小振動臺6的質(zhì)量及可動配合面的摩擦阻力。 圖為利用欠齒齒輪使鏈條作直線步進運動的機構(gòu)。電動機1經(jīng)皮帶傳動驅(qū)動欠齒齒輪2連續(xù)回轉(zhuǎn)，與之相嚙合的齒輪6作間歇轉(zhuǎn)動，由于；鏈輪7與齒輪6同軸．故鏈條8作直線步進運動。 為了防止欠齒齒輪2與齒輪6進入嚙合時產(chǎn)生沖擊或干涉，在欠齒齒輪2的扇形缺口內(nèi)(無齒部)又沒置了扇形齒輪3，其可相對于傳動軸4擺動。在欠齒齒輪2與齒輪6的嚙臺過程中，扇形齒輪3在彈簧5的作用下如圖所示與欠齒齒輪2相貼合。 該機構(gòu)的步進行程范圍為50一200mm，可用于工件的輸送。圖為鏈式中間可停頓的直線往復(fù)運動機構(gòu)。兩鏈