9操纵机构设计

图8.12c所示为用一个能绕中间小轴摆动的杠杆，使两轴互锁。
3)按被操纵件的受力状况，可分为偏侧作用式操纵机构和对称作用式操纵机构。
偏式操纵机构如图8.2所示，滑块或拨叉是从滑动齿轮一侧拨动滑移齿轮，因此滑移齿轮在被推动的过程中受偏转力矩。有时，为了防止自锁，可采用对称作用式操纵机构，如图8.3所示。
主要介绍单独式操纵机构的设计。
9.2单独式操纵机构的设计
单独式操纵机构中常见的有摆动式操纵机构、移动式操纵机构、套装式结构、对称作用式结构、轴心拉杆式机构。本节主要介绍摆动式操纵机构。
2)停止按钮必须安置在最方便的位置且醒目，以便紧急停车时用。
3)对于相互干涉的运动，应有互锁装置，以保证在操作出现误动作时，不发生事故。例如，车床上溜板的机动进给与开合螺母必须互锁，丝枉与光杠的传动必须互锁，否则在机动进给时如果合上开合螺母，将损坏机床。
4)变换及换向用的操纵机构必须可靠定位，以免工作过程中自动松开。
9.2.1摆动式操纵机构
图8.2所示为摆动式操纵机构，当转动手柄4时，经转动轴5、摆杆3、滑块2即可使滑移齿翻沿着轴向移动。这种机构的结构简单，应用很普遍。其缺点是摆杆摆动时，端部滑块的运动轨迹是半径为R的圆弧，因此滑块在齿轮环形槽内相对于滑移齿轮轴线会产生偏移量a，如图8.4所示。a越大，操纵越费力，而且滑块有脱离齿轮环形槽的可能，所以在设计摆动式操纵机构时应力求减少偏移量a。
(4)中间传动装置
当操纵力较大或被操纵件距离较远时，应加中间传动装置，如齿轮、链轮、杠杆等。因操纵力过大而设置传动装置时，传动比应小于1；因距离较远设置传动装置时，传动比常取为1。
9.2.2移动式操纵机构
当滑移齿轮移动距离较大时，可采用移动式操纵机构。；
移动式操纵机构是通过带导向杆或带导向孔的拨叉、轴心拉杆拨销来拨动被操纵件的，这种机构用于操纵行程较大的滑移齿轮。图8.5所示为带导向孔拨叉的移动式操纵机构，手柄1经轴2、齿扇3、齿条4，使带导向孔的拨叉6在导向杆5上移动来控制滑移齿轮，实现变速，轴2与拨叉6之间的传动也可以用齿轮齿条、拨销滑块等。
2.回柱销定位
图8.7所示为圆柱销定位机构。操纵时，首先将手柄1向外拉，拨出圆柱销2,转动手柄到所需的变速位时，在弹簧3的作用下，圆柱销进入另一个销孔定位。这种方式定位可靠，结构简单，但操纵不如钢球定位方便，一般用在定位可靠性要求较高的情况下。
3．锥销定位
图8.8所示为锥销定位机构，操作原理同上述，适用于要求定位精度高，且定位可靠的情况，但结构复杂，一般用在对定位精度要求比较高的场合，如铣床分度头转换手柄等。
9.3.3操纵机构中的互锁装置
1.旋转运动间的互锁
图8.12a所示为用于平行轴间的间距较小时的互锁装置。两个手柄轴上各装有一个带缺口圆盘，在图示位置时，只能左边的轴转动，右边的轴被锁住。只有当两圆盘的缺口相对时，右边轴才可以转动，一旦右边的轴转动时即将左边的轴锁住。
图8.12b所示为增加了一个中间构件。当圆柱销嵌入右边圆盘的销孔而锁住右边的轴时，左边的轴才能转动。反过来，只有当圆柱销嵌人左边圆盘的销孔而锁住左边的轴时，右边的轴能转动。
4.槽口定位
如图8.9所示，操作时将手柄1向外拉，将插销拔出，然后转动手柄到所需的变速位置，在弹作用下齿条轴2复位，同时手柄1也被齿条轴推动复位，使凸块插入槽口定位。这种方法定位可靠，使用方便，但结构复杂，一般用在要求定位可靠的场合。
9.3.2定位机构安装位置对定位精度的影响
定位机构的安装位置可以在操纵件上、执行件上和滑移件上，但对滑移件定位精度的影响不同。
确定θ作图或计算可得摆杆的摆角θ。
检验定位孔间距。根据定位装置的有关尺寸及摆杆的摆角θ，检验两相邻定位孔（坑）之间壁距不得小于2mm（图8.6)。否则可适当减小H值，这时摆角将增大，但须使θ≤60°－80°。
校核不自锁条件。
方案设计完毕即可进行操纵机构的结构设计。设计单独操纵机构时，因摆动式结构简单应优先选择。若L/H比值过大无法采用时可改用移动式操纵方案。
（1)轻便省力
为了减轻工人的劳动强度，手轮和手柄的操纵力不应超过GB 9061关于操纵力的规定。可采取以下措施：
1)选择合适的传动比、杠杆比，适当加长操纵手柄或加大手轮直径。
2)将常用的操纵件布置在人手所及的便于操纵的区域，还要根据具体情况就位，不应过高、过低或过远。
3）根据具体情况采用电力、液压或气动控制。
从图8.4c中可知：
上述两式平方相加：
整理后可得
H值不宜过小，否则在滑移距离L一定的情况下，滑块偏离量a将增大，为了保证滑块正常工作，要求a≤0.3b(b为滑块长度)。H值亦不可过大，否则因摆角θ过小，使操纵机构准确定位有困难，而且结构也不紧凑。
（3)防止自锁
为了保证滑块能拨动滑移齿轮，即操纵机构不发生自锁，设计时应保证使C满足下列条件：C/B<1
3操纵机构的定位和互锁
徐 州 工 程 学 院 教 案 纸
第9章操纵机构设计
9.1概述
9.1.1操纵机构的功用和基本要求
专机的操纵机构用于控制各执行件的起动、停止、制动、变速、换向以及控制各种辅助运动，如转位、定位、送料及夹紧等。操纵机构虽不直接参与专机的工作运动，对专机的精度、刚度等不产生直接影响，但对专机的布局、使用性能、生产率及外观造型等都有一定的影响。因此，在确定专机总体方案时应对操纵机构力口以考虑，并与相关部件一起进行结构设计。对操纵机构通常应满足以下几个方面的要求：
图8.11a所示是将定位孔设计在齿轮轴上，使装配、调整比较方便，但有时定位不够可靠。为防止滑移件在滑移过程中超程，在行程终点处装上限程挡圈。
图8.11b所示的双钢球结构，将定位孔设计在滑移齿轮上，定位可靠，但调整不够方便。
操纵机构虽具有定位装置，但在操纵过程中也会发生被操纵件超越两端定位的现象，可能与零件相碰，造成磨损甚至破坏。因此，为了防止被操纵件越位，除了本身具备限位作孔盘）外，都需要安装限位件，如挡套、弹性挡圈等。
9.3操纵机构的定位和互锁
为保证齿轮的正常啮合运转，机构的定位
操纵机构常用的定位方式有钢球定位、圆柱销定位、锥销定位及槽口定位等。
1．钢球定位
如图8.6所示，钢挡圈2上钻有与各个变速位置相对应的定位锥坑。当变速时，转动手柄至选定的变速位置，则钢球被弹簧推入定位锥坑，实现定位。这种定位方式结构简单，制造、装配方便，成本低，应用普遍。缺点是定位精度差，不太可靠，在机床振动较大或定位精度要求较高的情况下不宜采用。
徐 州 工 程 学 院 教 案
2011年至2012年第一学期第7周星期五
课题名称（含教材章节）：第9章操纵机构设计
教学目的和要求：1.了解单独式操纵机构的设计
2.了解操纵机构的定位和互锁
教学重点：单独式操纵机构的设计、操纵机构的定位和互锁
教学难点：单独式操纵机构的设计
教学内容（要点）
1概述
2单独式操纵机构的设计
2)传动装置它将操纵运动从操纵件传给执行件。传动装置有机械的、电气的、气动的、液压的，如拉杆、摆杆、齿轮、齿条、丝杠、螺母、凸轮、液压及电气传动装置等。
3)控制件它控制操纵机构的执行件，使之按要求的方向和行程运动。常用机件有凸轮、孔盘、液压预选阀等。对于结构简单的操纵机构，往往没有独立的控制件，而是由手柄对执行件直接控制，这时操纵件兼作控制件。
3)操纵手柄或捏手的尺寸应与人手相称，不宜过大或过小。通常球柄的球径约为40－50 cm，圆柱形手柄的直径约为30 cm，长度不小于70 cm，且不应过高、过低或过远。设计时可参考GB 4141.1至GB 4141.31所规定的标准形式和尺寸。
4)完成不同控制作用的手柄应有不同的标记，最好采用不同的颜色或形状。
9.1.3操纵机构的分类
1)按一个操纵件所控制的执行件数目，可分为单独式操纵机构和集中式操纵机构。
单独式操纵机构的操纵件只能控制一个执行件。其优点是传动链短、结构简单、制造维修方便、箱内布局容易、安排手柄位置灵活、操纵时顶齿现象少。所谓“顶齿”是指滑移齿轮左右移动时，与固定齿轮的齿顶相碰，不能顺利通过。其缺点是手柄多、不便记忆、操纵不便、总的操纵时间长、操纵劳动量大。
5)尺寸较大、转速较高的手轮在专机运转时应与运动件脱开，以防伤人。
此外，根据专机的特点，对操纵机构应有不同的要求。例如，对于微量进给操纵机构要求操纵准确；对于高生产率机床或在加工过程中需频繁操纵的机构，要求操纵速度快等。
9.1.2操纵机构的组成
操纵机构一般由下述四部分组成：
1)操纵件产生操纵运动或发出操纵信号的机件，如手柄、手轮、捏手、液压操纵阀、电气开关和按钮等，其中大部分已标准化，可选用标准件。
1．定位机构布置在操纵件上
定位机构到滑移件之间的传动环节较多，传动积累误差较大，所以滑移件的定位误差也较大，如图8.6-8.9所示。
2．定位机构布置在执行件（拨叉）上
这种情况传动环节少，积累误差较小，故对滑移件的定位精度影响也较小，如图8.10所示。
3.定位机构布置在滑移件上
显然，这种方式滑移件的位置精度最高，如图8.11所示。
5)开、停操纵，如用按钮控制，按钮水平排列时应为右开左停，上下排列时应为上开下停。如用手柄，则手柄运动方向自左至右或自下而上是开，反之为停。
3)安全可靠
设计操纵机构时，必须保证操作人员和专机的安全。为此，必须考虑：
1)每个操纵件周围需留有足够的空间，以免操纵件之间以及操纵件与专机机壁之间发生翻撞或碰伤人手。
设计摆动式操纵机构时应考虑如下几个方面：
（1）正确选择摆杆转轴的位置
摆杆转轴O应布置在与滑移齿轮左右两极限位置相对称的位置上，使滑块的上、下偏移量a相等，如图8.4a所示。只有在专机结构不允许时，才使摆杆转轴左右偏移（图8.4b），但偏距e不应太大。
(2)合理确定摆杆转轴与滑移齿轮轴线之间的距离
从图8.4c可知，当清移齿轮的移动距离L一定时，H越小，则偏移量e及摆角θ越大，操纵费力；但H过大也会使操纵机构不紧凑，而且摆角θ过小，使准确定位困难。一般θ在600一900之间。通常，在结构设计时先确定滑移齿轮的滑移距离L，根据滑块不脱开齿轮槽来确定a值，再根据G.和a按几何关系求出H的值，然后检查夹角B，调整H值，使B＝60°-90°。L,a和H之间的关系推导如下：