不完全链匀速往复摆动机构设计研究

Virtual Modeling and Simulation of the Globoidal Indexing
Cam Mechanism based on CATIA and ADAMS
Xu Feng, Xu Nianfu, He Wei( 42)
Abstract The 3D model of globoidal indexing cam mechanism
图 2 1 号、2 号与 3 号链轮 之间的径向位置
反方向的运动。这样 3 号链轮就能够实现匀速往复运
动。
2 不完全链设计计算
我们以某一管外自动清洗及喷涂机器人为实例进
54
机械传动
2009 年
行设计计算。 设计要求: 传递功率 P= 0. 5kW, 1 号链轮( 主动链
轮) 转速 n1max= 185. 5r/ min, n1min= 100. 9r/ min, 传动比 i 12= 1, i 13= 16. 12, 中等冲击载荷, 小链轮和链沿圆弧
参考文献
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[ 2] 孟繁忠. 链条链 轮产 品设 计与 检测 [ M ] 北 京: 机 械工 业 出版 社, 1996: 1- 5.
[ 3] 王成军. 管外自动喷涂机 器人的 研究[ D] . 淮南: 安徽 理工大 学, 2007: 27- 43.
08B- 2- 53 GB/ 1243- 1997
08B- 1- 85 GB/ 1243- 1997
3 不完全链应用实例
用上述所设计的不完全链机构, 实现了匀速摆动 的要求, 已成功地运用于某管外自动清洗及喷涂机器 人中( 见图 4 和图 5) 。其中两链轮在不完全链交替啮 合时必须由设计及调整来保证, 使交替啮合时能保证 一轮正确脱离啮合后就正确进入另一轮啮合, 作反向 运动。另外此机构只适用于低速运行状态。该机构的 应用表明设计正确、方法可靠。
查得 dkmax= 34mm> 25mm, 满足要求。 ( 10) 有效圆周力 F
Fmax =
1000P Vm in
=
1000 0. 0. 365
5=
1369. 86N
F min =
1000 P Vmax
=
1000 0. 0. 671
5
=
745. 16N
( 11) 作用在轴上的力 FQ
FQ= 1. 2KAF
径 R3= 553. 84mm
( 2) 实际传动比
i 13=
z z
3 1
=
274 17
=
16. 12, i 12=
z z
2 1
=
1177 =
1
( 3) 设计功率
由文献[ 4] 965表 8- 2- 7 查得: 工作情况系数 KA
= 1. 4, Pd = KAP = 1. 4 0. 5= 0. 7kW ( 4) 单排链条的传递功率[ 5]
摘要 研究了一种采用在不改变驱动源转向时, 用一种不完全链传动机构实现管外执行头的均匀 摆动机构。论述了该机构的运动学实现原理。通过一个具体实例, 分析了该不完全链匀速往复摆动机 构的设计计算方法。分析计算表明该机构能够满足匀速摆动运动要求。结果表明不完全链匀速往复摆 动机构运动可行、结构紧凑、可靠性强。
Lp 0=
l0 p
=
171329. .71= 136. 9, 取 Lp0= 138
故圆整后取 l 0= lp0p = 138 12. 7= 1752. 6mm
( 7) 中心距 a
令 = 2 - 2 , 由图 2 可得 l = d1+ R 3 + ( R3+ d1) = d 1+ ( d3+ d 1) , 代入数据得 = 1. 21= 69. 36
( 下转第 59 页)
第 33 卷 第 5 期
齿轮变位系数与齿轮各系数和尺寸之间变化关系探讨
59
图 11 重迭系数 a 与变位系数 x1、x 2 的变化曲线
4 结语
研究并给出了齿轮变 位系数的大小 与齿轮各系 数、尺寸之间的变化关系, 其研究成果可以应用于齿轮 尺寸的计算、变位系数的选择, 借助于该变化关系可
传动, 它兼有齿轮传动和带传动的一些特点, 其传动比 较准确、传力大、挠性好、效率高、寿命长、使用可靠、适 应性强、维修方便、成本低廉[ 1- 2] 。
1 不完全链匀速往复摆动机构原理
不完全链传动系统 由 6 个 单链轮、1 条单排链、1 条双排不完全链和 1 对外啮合齿轮组成。详细结构如 图 1 所示。
P0=
K
Pd z Kp
=
0. 7 0. 773
1= 0. 91kW
( 5) 链条节距, 取 P = 12. 7mm
( 6) 链条长度及链条节数
根据设计要求, 链条走完半圈时, 3 号链轮刚好转 过 90 角, 即 1/ 4 圆周。也就是说链条的总长度 l 等于
3 号链轮半圆周长, 即链条的理论长度
l 0= R3= 3. 14 553. 84= 1739. 1mm
英文摘要
2009 年3
ratio. The analysis process its usefulness in gear strength calcu-
lation.
Key words: Gear transmission Strength calculation Trans-
verse load fatora Coefficient of contact rat io
布置, 小链轮分度圆直径 d1= d2= 69. 12mm, 小链轮孔 径 dk= 25mm。1 号链轮、2 号链轮和 3 号链轮的径向 位置关系如图 2 所示。3 号链轮( 半环链圈) 与不完全 链中的单排链啮合, 其与机体间通过滚动体及滚道保 持其导向性并减小摩擦。执行头装配在 3 号链轮上, 通过不完全链完成周向匀速往复摆动的动作[ 3] , 如图 3 所示。
FQmax= 1. 2KAF = 1. 2 1. 4 Fmax
= 1. 2 1. 4 1369. 86= 2301. 36N
FQmin= 1. 2KAF = 1. 2 1. 4 Fmin
= 1. 2 1. 4 745. 16= 1251. 87N ( 12) 润滑方式 根据 p = 12. 7mm 和 Vmax= 0. 666m/ s, 结合实际工 况, 宜采用人工润滑方式。 ( 13) 链条标记
[ 4] 吴 宗泽. 机 械设 计 实用 手 册[ M ] . 北京: 化 学工 业 出版 社 出 版, 1999: 965- 966.
[ 5] 濮良贵, 纪名刚. 机械设计[ M] . 北京: 高等教育出版社, 165- 184.
收稿日期: 20081118 作者简介: 茅矛( 1987- ) , 男, 江苏东台人, 在读本科生
第 33 卷 第 5 期
不完全链匀速往复摆动机构设计研究
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文章编号: 1004- 2539( 2009) 05- 0053- 02
不完全链匀速往复摆动机构设计研究
茅 矛1 王成军2 马履中1 沈元锡1 徐燕云1 刘家臻1 王 莹1
( 1 江苏大学 机械工程学院, 江苏 镇江 212003) ( 2 安徽理工大学 机械工程学院, 安徽 淮南 232001)
图 3 不完全链传动系统中 3 号链轮的结构与安装图
( 1) 各链轮齿数 取 z1= z 2= 17, 3 号链轮的齿数 为 z 3= z 1i 13= 274. 04, 取 z3 = 274。3 号链轮的分度圆
直径, d3 =
p
sin
Hale Waihona Puke Baidu
180 z3
=
12. 7
sin
180 274
=
1107. 68mm, 分 度圆半
[ 1] 西北工业大学机械原理及机械零件教研组. 机械设计[ M] . 上海: 人民教育出版社, 1978: 235.
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[ 3] 张晋西. V isual Basic. NET 二次 开发 AutoCAD 范例精解 [ M ] . 北 京: 清华大学出版社, 2004: 1.
关键词 不完全链 链传动 往复摆动
0 引言
在石油化工等输送管道外表面的清洗、保养以及加 工等作业中, 当驱动源以确定方向转动时, 希望执行头匀 速摆动及直线匀速移动。其中设计匀速直线移动机构较 容易, 而设计一种均匀摆动运动机构较难于实现。
目前工业上能够实现往复运动的主要方法有: ( 1) 曲柄摇杆传动。该机构虽然曲柄是匀角速度 转动, 但摇杆输出的角加速度却不为零, 所以曲柄摇杆 机构只能在运动轨迹和位置上达到设计要求, 而不能 实现匀速往复摆动的效果。 (2) 凸轮传动。与曲柄摇杆机构一样不能实现匀 速往复摆动的效果; 而且凸轮轮廓线与从动件之间是 点或线接触的高副, 易于磨损; 凸轮机构在运行过程中 会产生较大的震动, 不利于机器的平衡。 ( 3) 齿轮传动。通过对电机的控制使电机正反转, 用齿轮机构将运动输出以达到设计要求。由于这种机 构, 电机需要频繁反复启动, 对电机的要求较苛刻, 通 常须使用步进电机或伺服电机, 成本较高。 能够实现定传动比的主要方法: 链传动、齿轮传动 和蜗杆传动。 基于以上情况分析, 我们采用由单排链和双排链 组成的链传动机构, 与齿轮传动机构巧妙而合理地结 合在一起, 提出了不完全链传动机构。 不完全链传动机构的特点有: (1) 不完全链传动是通过机构内部自动换向实现 往复运动, 对电机和控制系统的要求较低, 只需采用普 通电机即可实现。 (2) 不完全链传动同时具备了链传动和齿轮传动 的优点, 能够精确地实现匀速的往复运动, 完全符合设 计要求。 (3) 链传动是一种具有中间挠性件的非共轭啮合
[ 4] 陈立新, 赵红梅. 基 于 V B. NET 的 AutoCAD 二次开 发[ M ] . 计算 机 应用. 2006( 6) : 13- 15.
收稿日期: 20090601 作者简介: 张伟( 1975- ) , 男, 山西长治市人, 在读工程硕士, 讲师
( 上接第 54 页)
图 4 管外自动清洗及喷涂 机器人实物图
is established by using CATIA 3D software. The virtual model
needed by ADAMS is directly achieved by converting the 3D
model assembly through the interface of SimDesigner. In
所以 10. 32 理论中心距
a0 = | AB | = 2| OA | sin 2
=
2( R3+
R1)
sin
69. 36 2
=
669. 59mm
为了保证交替啮合时一轮正确脱离啮合后立即准
确进入另一轮啮合, 作反向运动。经计算中心距须为
链节距的整数倍。故实际中心距取 673. 1mm。 ( 8) 链速
图 1 不完全链传动机构原理图
工作时, 电机提供 一个
方向的驱动力, 不完 全链的
内侧 半环 链 分别 与 4 号、5
号链轮啮合。当内侧半环链
与4 号链轮啮合时, 单排链
与之同步运动; 当内 侧半环
链与 4 号链轮脱离啮合后即
与 5 号链 轮啮合, 此 时通过 一对外啮合齿轮变向, 单排 链受到反向的驱动力而实现
以选配出满足不同生产实际要求的变位系数。例如: 按不同的啮合角 、不同的重迭系数 a、不同的齿顶 圆齿厚 sa1、sa2要求选配不同的变 位系数 x 1、x 2, 也可 以判断出若要增大或减小啮合角 、重迭系数 a、齿 顶圆齿厚 sa1、sa2时, 应该如何选配变位系数 x 1、x 2 值。
参考文献
链条的线速度速度 3 号链轮的线速度, 即
Vmax = v lmax= R 3wmax
= 0. 55384 11. 58 30= 0. 671m/ s Vmin= v lmin= R3w min
= 0. 55384 6. 29 30= 0. 365m/ s ( 9) 验算小链轮孔径 根据 z 1 = 17, p = 12. 7, 由文献[ 4] 966 表 8- 2- 13
图 5 管外自动清洗及喷涂 机器人原理图
4 结论
通过对几种能实现往 复运动的机构 的比较和研 究, 设计了不完全链匀速往复摆动机构。充分发挥了 链传动的特点, 合理地将单排链和双排链结合起来, 设 计了一种全新的匀速往复运动机构。以某一管外自动
清洗及喷涂机器人为实例进行设计计算。该机构结构 简单、稳定性好, 能够适应多种恶劣的工作条件, 有较 好的应用前景。