【正文】 足 要 求。對定軸輪系要合理分配各對齒輪的傳動(dòng)比，這個(gè)問題將在機(jī)械設(shè)計(jì)課程中解決． 在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，僅在某一區(qū)間承受生產(chǎn)阻力較大的機(jī)器，將引起等效構(gòu)件所受的等效阻力矩有明顯的周期性變化，若電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩近似地認(rèn)為是常數(shù)，則將引起角速度 的周 期性波動(dòng) 。若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件轉(zhuǎn)速不同，可先確定總傳動(dòng)比，再根據(jù)總傳動(dòng)比選定不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及組合方式。 因此，為 使各 執(zhí)行構(gòu) 件 能 按 工藝 要 求協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)繪出機(jī)械 系 統(tǒng)的機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng) 循壞 圖。 例如 本題中 推動(dòng) 夾緊 裝 置 使夾 緊片張開的 控制 機(jī)構(gòu) ， 由于夾緊片張 開后 要停留片 刻， 讓紙板 送入 后才能夾緊， 因 而 推桿 移動(dòng)到最高位置 時(shí) ，有較長時(shí)間停歇的運(yùn)動(dòng) 要 求，故 采 用凸輪機(jī)構(gòu)在 設(shè)計(jì)上 易 于 實(shí)現(xiàn)此 要 求，且結(jié)構(gòu)簡 單。再從機(jī)構(gòu) 具 有急 回特性 的 要 求出發(fā) ， 在 定性 分析的 基 礎(chǔ)上， 選 取 節(jié) 省動(dòng)力的機(jī)構(gòu) 。 例如， 實(shí)現(xiàn) 往復(fù)直線 移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，有凸輪機(jī)構(gòu)、 連桿 機(jī) 構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等。不同的 機(jī) 構(gòu)類型及其組 合 將構(gòu)成 多 種 運(yùn) 動(dòng)方 案。 三 、 設(shè)計(jì)方案及討論 根據(jù)半自動(dòng)平壓模切機(jī)的工作原理，把機(jī)器完成加工要求的動(dòng) 作 分 解成若干 種基本運(yùn)動(dòng)。 工作臺(tái)離 地面的 距離約 1200mm。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1450r/min， 滑 塊 推 動(dòng)下模向 上運(yùn) 動(dòng)時(shí)所受生產(chǎn)阻力如圖 32 所示， 圖中 pc=2106N， 回程 時(shí) 不受力，回程的 平 均 速 度為工 作 行 程平 均 速度的 15 倍 ，下 模移動(dòng)的 行程長 度 H=50177。 本 題要 求 按 照壓制紙板的 工 藝過程 設(shè)計(jì) 下列 幾 個(gè)機(jī)構(gòu)： 使 下壓模運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)，起減 速 作用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ；控 制 橫 塊上夾緊 裝 置（夾緊紙板）的 控制 機(jī)構(gòu) 。 與此同時(shí)，后一個(gè) 橫 塊進(jìn)人 第 二個(gè)工 作循環(huán) 。 這 時(shí)，在 工作臺(tái)面 下 部的 的主傳動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行構(gòu)件 — 滑 塊 6 和下模為一體向上移動(dòng)，實(shí) 現(xiàn) 紙板的壓 痕 、切 線 ，稱為 模壓或壓 切。這 時(shí)，工 作 臺(tái)面下方的 控 制機(jī) 構(gòu)， 其執(zhí)行構(gòu)件 7 作往復(fù)移動(dòng)，推動(dòng) 橫塊 上的 夾緊裝置， 使 夾緊 片張開，操作者可將紙板 8 喂 入 ， 待 夾緊后，主動(dòng) 鏈 輪 又 開始轉(zhuǎn)動(dòng)，將 紙板 送到具有上 模 5(裝調(diào)以后是固定不動(dòng) 的 )和下模 6 的 位置。 主動(dòng) 鏈 輪由間歇機(jī)構(gòu)帶動(dòng)， 使 雙列 鏈條 作同步的間歇運(yùn)動(dòng)。 壓制紙 板 的工藝過 程 分為 “走紙 ”和 “模切”兩部 分 。壓凹凸。 31 半自動(dòng)平壓模切機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 一 、 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)半自動(dòng)平壓模切機(jī)的模切機(jī)構(gòu) 。必要時(shí)可修正運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。其后，再對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，可得到機(jī)構(gòu)正確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。角 0? 為兩機(jī)構(gòu)串聯(lián)的相位角。選定?BO 以后，可定出與 AOA 兩個(gè)位移 43,?? （或 Ⅰ 、 Ⅱ、Ⅲ 三個(gè)位置）。具體選定 ?BO 的位置時(shí) ．可再考慮急回特性的要求，或搖桿速度接近零的區(qū)域中位移變化比較平緩的要求。此時(shí)， ?BO 應(yīng)選在 BA? 的延長線上，則 BA? 受力最小。所以，當(dāng)搖桿在 AOA 位置時(shí)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的連桿 BA? 與 AOA 的夾角應(yīng)接近 90176。 圖 212 確定曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸。所以，應(yīng)取一個(gè) 合 適的曲柄長度和 ? 值．滿足滑 塊 90— 100mm的行程 ， 而曲柄轉(zhuǎn)角則在 60176。而搖桿的轉(zhuǎn)角應(yīng)小于180176。但 ? 愈大。 根據(jù)上述分析，該機(jī)構(gòu)可按如 下 步驟設(shè)計(jì)： 確定曲柄滑塊機(jī)構(gòu)尺寸?？蓪⑶?搖 桿機(jī)構(gòu) sA OBAO ?? ?? 整個(gè) 繞 AO? 逆時(shí)針向轉(zhuǎn)一個(gè)角度 0? 。 )，滑塊的位移 s 約在接近零的一個(gè)很小的范圍（約 ）內(nèi)運(yùn)動(dòng)，依靠運(yùn)動(dòng)副的間隙，可近似認(rèn)為這時(shí)滑塊是停歇的。而從 ?1? 、 s? 得到 s?1? 曲線上的一點(diǎn)，依此可得出 一條 s?1?曲線。因此，第一個(gè)機(jī)構(gòu)中的 1? 和第二個(gè)機(jī)構(gòu)中的 2? 有如下關(guān)系 102 ??? ?? 式中 0? 為一常數(shù)，所以若將圖 211c 的坐標(biāo) 1? 用 2? 表示，則相當(dāng)于曲線平移了一個(gè)距 11 離 0? (如虛線所 )。今將第一個(gè)機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件 (在速度為零的位置 )和第二個(gè)機(jī)構(gòu)的輸入構(gòu)件 (在其輸出構(gòu)件速度接近為零時(shí)的位置 )固接起來，即機(jī)構(gòu)串聯(lián)起來，那么，在這個(gè)位置附近 (一段較長時(shí)間 )組合機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件將近似停歇． 其原理說明如下： 假設(shè)已知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2??s (圖 211a)，圖 211b 所示該機(jī)構(gòu)正處于滑塊速度接近于零的位置；曲柄擺桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 11 ??? ，如圖 211c 實(shí)線所示，而圖 211d所示為該機(jī)構(gòu)搖桿 AOA ?? 正處于速度為零的位置。 方案四是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián) 而成的組合機(jī)構(gòu)。所以可用凸輪機(jī)構(gòu)完成小振動(dòng)動(dòng)作，用串聯(lián)的連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換和放大。 至于下沖頭機(jī)構(gòu)和料篩機(jī)構(gòu)，也可照上 述方法選定方案，不再詳述。 其余方案也可達(dá)到所要求的機(jī)構(gòu)功能．但均不如前述幾個(gè)方案的結(jié)構(gòu)簡潔。如用 圖 29 方案四，將曲柄 搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄 滑塊機(jī) 構(gòu)串聯(lián)，剛可 得 到比 較 好的運(yùn)動(dòng)規(guī) 律 ．尺寸也不致過大。而且凸輪與從動(dòng)件 是 高副接 觸 ，不宜用于低 速 、大壓力 的場合 。圖 29 方案一、三都采用了凸輪機(jī)構(gòu)。此外，合適 地安 排機(jī) 構(gòu) 構(gòu)件的相對位置，使得到良好的傳力 條件 ， 即得到 較大的 有 效作用力．也是一種“ 增 力”的辦 法 。因?yàn)?，若不?jì) 摩 擦 損 耗時(shí)，輸 入、 輸出功 率 應(yīng)相等，即 ?M = 11?M ，所以 速 度低時(shí)， 10 力大。并 聯(lián)組合時(shí) ， 將兩個(gè) 輸入 構(gòu)件的 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 相加，可 使 輸出構(gòu) 件 的速度在預(yù)定區(qū)域內(nèi) 接 近于零 。 用其 它 方式 組 合機(jī)構(gòu) 。 圖 210 在機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合時(shí)，使兩機(jī)構(gòu)的從動(dòng) 件 均在 速度 零位時(shí)串接。 9 圖 29 使機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副或運(yùn)動(dòng) 鏈 暫時(shí) 脫離 ， 這可采 用基本機(jī)構(gòu)的變異機(jī)構(gòu)，如槽輪機(jī)構(gòu) (圖210b)， 也可采用換向機(jī)構(gòu)或離合器 (圖 2－ 10c)。 要使 機(jī)構(gòu)從動(dòng) 件 (執(zhí)行構(gòu) 件 )在行 程 中停歇．即 運(yùn) 動(dòng) 速度為零，大 致有下述幾種辦法： 如圖 29 中方案一、三用轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪推動(dòng)從動(dòng) 件 ， 則與 從動(dòng)件行 程 末端相應(yīng) 的 凸輪廓線用同心圓弧廓 線 時(shí) ， 從動(dòng)件在行 程 末端停歇。例如，我們可從中選出如圖 29 所示的四種方案作為評(píng)選 方案。 圖 28 先取上述 (1)、 (2)、 (3)三種必須具備的功能來組成機(jī)構(gòu)方案．若每一功能僅由一類基本機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，如圖 28 所示，則有六種動(dòng)作結(jié)構(gòu)，可組合成 100 多種方案 。這里 僅對 其中的主加壓機(jī)構(gòu)敘 述 其設(shè)計(jì)過 程。 8 四、 確定機(jī)構(gòu)方案 由 上 述分析可 知 ， 壓 片機(jī)機(jī)構(gòu)有三個(gè)分支：一為實(shí)現(xiàn)上沖頭運(yùn) 動(dòng)的 主加 壓機(jī)構(gòu)； 二為實(shí)現(xiàn) 下沖頭運(yùn)動(dòng)的輔助加壓機(jī)構(gòu) ；三是實(shí) 現(xiàn)料 篩 運(yùn)動(dòng)的 上、 下料機(jī) 構(gòu)。 必 要 時(shí)，再對設(shè)計(jì) 的 機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，用分析得到的位移規(guī)律到運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 上 觀 查 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否協(xié)調(diào)。 這樣 安 排，可增長執(zhí) 行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 ， 減小加 速度， 從而改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性 能。 擬定 運(yùn) 動(dòng)循環(huán) 圖 (圖 27)時(shí)，還要注意一個(gè)問 題 ，即各機(jī)構(gòu)執(zhí) 行 構(gòu) 件 的動(dòng)作起迄位置可視具體情況重疊 安 排。下沖頭停歇 待 卸片坯時(shí)，料篩推進(jìn)到型腔上方推卸片坯 (圖中 ⑦ )。以后，上沖頭先開始退出，下沖頭稍后并 稍慢地向上移動(dòng)到和臺(tái)面平齊。 這時(shí) ， 上、下沖頭各移 8mm(圖中 ④ )，然后兩沖頭停歇保壓 (圖中 ⑤ )，保壓時(shí)間約為 秒，相當(dāng)于主動(dòng) 件 轉(zhuǎn) 60176。料篩 剛 退出，了沖頭即開 始 下沉3mm(圖中 ② )。運(yùn)動(dòng) 循 環(huán)圖 上的 位移曲 線 主 要 著眼于運(yùn)動(dòng)的起迄 位 置，而不 必準(zhǔn)確 表示出運(yùn)動(dòng) 規(guī) 律 。 上沖頭加壓機(jī)構(gòu)主 動(dòng)件 每轉(zhuǎn)完 成 一個(gè)運(yùn)動(dòng)循壞，所以擬訂運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，以 該 主動(dòng)件的轉(zhuǎn) 角 作為 橫 坐 標(biāo) (0～ 360176。 料篩在模具型 腔 上方住復(fù) 振動(dòng)篩料 ，然后向左退 回 ，待坯料 成 形并被 推出 型腔 后 ，料 篩復(fù)在臺(tái)面上 右移約 45～ 50 mm 推卸成形片坯，其位移 線 圖 大致 如 圖 26c 所示。若機(jī)構(gòu)主動(dòng)件一轉(zhuǎn)完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，則上沖頭位移線圖的形狀大致如圖 26a 所示 下沖頭下沉 3mm，然后上升 8 mm(加壓 )后 停歇保壓，繼而上升 16 mm，將成型片 7 坯頂?shù)脚c臺(tái)面平齊后停歇，待料篩將片坯推離沖頭后在下移 21 mm 到待裝料位置。 二、 分解工藝動(dòng)作 ， 擬定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式 根據(jù)工藝過程，機(jī)構(gòu) 應(yīng)具有一個(gè)模具 (圓筒形型腔 )和三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件 (一個(gè)上沖頭、一個(gè)下沖頭和一個(gè)料篩 )。其 工 藝過程是： 干 粉 料均 勻 篩 入 圓筒形型 腔 (圖 25a)； 下沖頭下沉 3mm，預(yù)防上沖頭進(jìn)人型腔時(shí)把 粉料 撲出 (圖 25b)； 上、下沖頭同時(shí)加壓 (圖 25c)并保壓一段時(shí)間； 上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯 (圖 25d)； 料 篩 推出片坯 (圖 25e)。 例一 ： 設(shè) 計(jì) 5 噸 壓片機(jī)的加 壓機(jī)構(gòu) 一、 了解 題 意 設(shè)計(jì)的第 — 步 就 是 要 了解題意， 即 了解機(jī)器的工作對象、加工方法 和 工作參 數(shù) （設(shè) 計(jì)時(shí)必要的原 始數(shù)據(jù)） 它們都是設(shè) 計(jì)機(jī) 構(gòu)的依據(jù) 。 167。 象上述評(píng)論的例子中，在鉛垂方向尺寸最小的情況下，再比較增力性能和自鎖可靠性 ， 可確定方案 A、 D 是 較 好的方案。 上 述各方案有其各自的優(yōu) 缺 點(diǎn)，最后怎 樣來 確 定 采用哪個(gè) 方 案 ， 目前流行一種定 量式判別 辦 法 ，就是將上 述 各項(xiàng)指標(biāo)按其重要 程度 分別規(guī)定 “ 分”值，然后逐項(xiàng)評(píng)分， 哪 個(gè)方案得到的總分最多， 就 認(rèn)為哪個(gè)方案 最 優(yōu)。而且采用面接觸的兩個(gè)對稱機(jī)構(gòu) ， 加壓時(shí)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定，螺桿受拉力，受力情況好（無壓桿穩(wěn)定問題）；有兩個(gè)自鎖壞節(jié)，所以工作絕對可靠，而且加壓性能不受工件尺寸變化的影響。 就機(jī)構(gòu)的實(shí)用性而言，使用安全可靠是最主要的。 當(dāng)被加壓 工 件 尺寸變化 時(shí) ，方案 A、 D 可用改變輸入構(gòu) 件 轉(zhuǎn)角的辦法 來 調(diào)整從動(dòng)件的加壓行程。 方案 A、 D 中螺 旋 副的加工要比轉(zhuǎn)動(dòng)副 復(fù) 雜一些 。至于運(yùn)動(dòng)副形式，因這里有移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以 選 用移動(dòng)副。若壓緊力不大，則可改用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 這四個(gè)方案中的機(jī)構(gòu)易磨損程度依次為方案 B、C、 A、 D，而易修復(fù)程度則依次為 D、 A、 B、 C。方案 C雖不易磨損，但磨損后要補(bǔ)償行程是不容易的，必須凋整四桿機(jī)構(gòu)的尺寸才能達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?；方?A 則只要斜面和螺桿長度留有余地，即可實(shí)行補(bǔ)償。當(dāng)然，若從生產(chǎn)率的角度來看，機(jī)構(gòu)加壓和松開所需的動(dòng)作時(shí)間，方案 B、 C 明顯地要比 A、 D 少。方案 A、 D 的主動(dòng)件是螺桿，它要轉(zhuǎn)動(dòng)很多圈以后才能使從動(dòng)件壓緊工件，所以若將轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的手柄做成飛輪狀，使螺桿產(chǎn)生加速轉(zhuǎn)動(dòng)，利用慣性力矩作最后的加壓，就可以以較小的驅(qū)動(dòng)力，得到較 大的壓緊力。但是，由于在鉛垂方向上機(jī)構(gòu)尺寸受到限制，所以可進(jìn)一步在這方面進(jìn)行比較、在達(dá)到同樣大小行程并有良好的傳力特性情況下，方案 B、 C 在鉛垂方向的空間尺寸要比 A、 D 兩種方案大得多。 按照上屬評(píng)判 準(zhǔn)則，試以圖 24 所示的幾個(gè)方 案 為 例 ，作如下的評(píng)述。如 果 這個(gè)方案制造 比較 簡易，則應(yīng)該優(yōu)先 采用 ， 因 為 這 有利 于提高 機(jī) 構(gòu) 的經(jīng) 濟(jì) 性。 在設(shè)汁與制造的關(guān)系方面。 高副易于用少 數(shù) 構(gòu)件精確實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡。移動(dòng)副的 配 合精度 就較低 。 一 般來說，轉(zhuǎn)動(dòng) 副制 造簡單，容易保 證 運(yùn)動(dòng) 副 元素 的 配合 精度 ，效率較高。 動(dòng)力 源 的合理選擇，有利 于 機(jī)構(gòu)的簡潔 化 和改善 運(yùn) 動(dòng)質(zhì) 量 。提高機(jī)構(gòu) 的 剛 度 ，并 且 連帶地降低機(jī)構(gòu)產(chǎn)生故障的可能 性 ，提 高 其工作的可靠性 。 減少構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù) 可降低制造的難易程度。 二、 機(jī) 構(gòu)結(jié)構(gòu) 的 合理性 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)要簡潔。 然而 ， 各 種方 案 在實(shí)現(xiàn)功能的質(zhì)量上還是有差別 的 。 所 以一般 來 說。這大致有下述幾個(gè)方面 ： 4 一、 機(jī)構(gòu)功能的質(zhì)量 機(jī)構(gòu)的功能就是轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)和傳遞力 。 23 方案評(píng)選準(zhǔn)則 在評(píng)價(jià)方案時(shí)，應(yīng)該包括制造工藝、材料選則、結(jié)構(gòu)繁簡、經(jīng) 濟(jì) 實(shí)用性等方面的優(yōu)劣進(jìn)行比較。 圖 24 中列出了四種 較為合理的方案 ，供評(píng)選 。其中 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三 種結(jié)構(gòu)是 在移動(dòng)狀 態(tài) 下改變運(yùn)動(dòng)軸 線 方向 ， Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ 三 種結(jié) 構(gòu)是在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下改 變 軸 線方向；而 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 三種 結(jié) 構(gòu)是在 轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)中增力； Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ三 種結(jié)構(gòu)是在移動(dòng)狀態(tài)中增力。 由此可 知 ，該加壓裝置的機(jī)構(gòu)應(yīng) 有 下 列幾 個(gè)基本運(yùn)動(dòng)功能： 一、 轉(zhuǎn)動(dòng)變移動(dòng) (水 平軸的 旋 轉(zhuǎn)變?yōu)橹币七\(yùn)動(dòng) )； 二、 運(yùn) 動(dòng)軸線變 向 (轉(zhuǎn)動(dòng)軸 線 水 平 ， 直移 沿鉛垂方向 )，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)形式有轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng) 兩 種形式，所以 軸線 變向 可 以有轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下軸線變向和移動(dòng) 狀態(tài) 下變向兩種變 向 形式； 三、 為了加壓，機(jī)構(gòu)最好有增力作用 ， 所以有運(yùn)動(dòng)縮小的功能 。