第六章包装机械设计

1、,第一节,概述,第二节,作往复运动的裹包执行,机构的设计,明月几时有，把酒问青天。,不知天上宫阙，今夕是何年。,我欲乘风归去。又恐琼楼玉宇，高处不胜寒，起舞弄清影，,何似在人间。,转朱阁，低绮户，照无眠。,不应有恨，何事长向别时圆。,人有悲欢离合，月有阴晴圆缺，此事古难全。,但愿人长久，千里共婵娟,1,?,裹包机的种类很多,随着机器所完成的裹包方式及其包,装的物品和所用包装材料的不同,各种裹包机的生产率,有着很大的差异。但总的说来,其基本特点是,:,速度高,(,例如,糖果裹包机的生产率有的高达,30pcs/s),应设法改,变机械动力特性,(,振动与噪声,),及润滑磨损等问题,;,再有,执行机构

2、多,要求各执行机构具有较高的运动精度和准,确的动作配合关系。因此,必须采用新技术不断提高设,计和制造裹包机的水平。,?,主页,下一页,2,?,1),推料：将被包装物品和包装材料由供送工位移送,到包装工位。移送时,有的还要完成一些折纸工序。,?,2),折纸：使包装材料围绕被包装物品进行折叠裹包。,根据折纸部位的不同,可分为端面折纸、侧面折纸等。,?,3),扭结：在围绕被包装物品裹成筒状的包装材料的,端部,完成扭转封闭。,?,4),涂胶：将粘合剂涂在包装材料上。,?,5),热封：对包装材料加热封合。,?,6),切断：将串连在一起的裹包件加以分离。,?,7),成型：使包装材料围绕被包装物品形成筒状。

3、,?,8),缠包：将包装材料缠绕在被包装物品上。,3,?,主页,下一页,4,一种折叠式裹包机的工艺路线图,大体上表示用防潮玻璃纸裹包卷,烟小包的全过程。输送带,14,将被包装物品,13,送到工位,然后借水,平步进式推料机构,12(,参阅图,6.2,所示,),使之前移。送纸辊,11,的表面,匀布许多与真空室相通的小孔,以便吸附包装材料,10,并送至预定位,置。当推料板,12,将物品,13,推送到工位,II,时,包装材料遂被固定折纸,?,?,板裹成“”形。接着,侧面折纸板,l,向上运动将包装材料折成“”,形。托板,2,上升后,将物品上移一定距离,包装材料又被固定折纸板,(,图中未示,),折成“,”

4、形。在工位,III,侧面热封器,3,将搭接在各个物,品侧面的包装材料加以热压封合；待垒满四个物品后,折角器,9,对,移至顶部的物品两端伸出的包装材料进行折角,并将物品移向工位,在移送过程中由固定折角器,(,图中未示,),完成另一侧折角。到工,位,端面折纸板,4,将两端下部的包装材料向上折叠,然后托板,5,将物,品向上推送,推送过程中两端上部的包装材料又被固定折纸板,(,图中,未示,),折叠。在工位,V,端面热封器,6,和,8,对两端的包装材料热压封合；,待垒满四个物品后,由推板,7,将顶部的两个已裹包好的成品输出。,5,?,?,上一页,主页,下一页,6,?,因要求侧面折纸板,1,和端面折纸板,

5、6,作同步运动,故将它们固联,由凸,轮,28,驱动。托板,2,和,7,也作同步运动,故也将它们固联,由凸轮,27,驱动。侧,面热封器,5,和端面热封器,9,、,11,虽然工作行程方向各不相同,但其行程大,小和工作时间是一致的,由圆柱凸轮,3,经齿轮,4,同时驱动。折角器,8,由偏心,轮,13,驱动。输出推板,10,由凸轮,12,驱动。步进式推料机构,(,即推料板,23),借,偏心轮,26,、,29,驱动按预定平面曲线轨迹运动,将被包装物品由工位,I,逐次,推送到工位为止,(,参阅图,6.l),。压纸辊,18,和牵引辊,24,将包装材料,15,和撕,裂带,16,夹紧并向前供送。切口刀,19,可将

6、已粘合在包装材料上的撕裂带切,成一个“,U”,形切口,它由一对非圆齿轮,17,传动而作非匀速转动,调节一对,非圆齿轮,17,在其轴上的周向位置,能改变切口刀切撕裂带时的角速度,从,而可改变“,U”,形切口的长度。切纸刀,20,将包装材料和撕裂带切断,由于,牵引辊,24,的表面上匀布许多与真空室相通的小孔,所以包装材料被切断,后仍被吸附在牵引辊表面上。当牵引辊表面上的小孔转至与送纸辊,25,接,触时被解除真空,包装材料遂被送纸辊,25(,其表面也匀布许多与真空室相,通的小孔,),吸附过去,并被送到预定位置。,?,上一页,主页,下一页,7,?,显然,为了完成裹包操作,裹包执行构件与被包装物品及包装

7、,材料之间应有适当的相对运动。其中,有的物品及包装材料,不动,而执行构件运动；有的执行构件不动,而物品及包装材,料运动；还有的物品及包装材料同执行构件都要运动,但速,度互不相同。,?,对静止的执行构件,只需作结构设计。而对运动的执行构,件却要根据裹包操作的要求,选择和设计合适的机构使之实,现预期的运动规律。,?,上一页,主页,下一页,8,?,?,?,?,?,往复运动,平面曲线运动,空间曲线运动,匀速转动,非匀速转动,书山有路勤为径，,学海无涯苦作舟。,上一页,主页,下一页,9,对执行构件作往复运动的裹包执行机构有如下工作要求,:,?,1),位移,:,执行构件作直线或摆动往复运动的总位移量,分别

8、用表示。,?,2),动停时间,:,执行构件的工作行程和回程运动时间、停留时间及总位移,量,都是已知值。根据工作行程或回程运动的起始端和终止端有无停留,可将往复运动分为,:,?,无停留往复运动,;,在行程的两端和中途均无停留,;,?,单停留往复运动,;,只在行程的起始端或者终止端有停留,;,?,双停留往复运动,;,在行程的两端均有停留。,?,上述三种往复运动是常用的。此外,还有在行程的中途作一次或多次,停留的,或者在一个工作周期内作多次不同行程和动停时间的往复运动,等。,?,3),运动速度,:,有两种情况,一种为裹包操作要求执行构件必须按某种规,律运动,如作等速运动,或与其它执行构件作同步运动等

9、；另一种为裹包,操作对执行构件的运动速度无特殊要求,则可根据工作条件和结构自选,合适的运动规律。裹包执行机构大都属于后一种情况。,?,上一页,主页,下一页,10,凸轮机构工作可靠、布局方便,特别是它能使从动杆实,现任意的运动规律,因而在裹包机中应用广泛。下面结合具,体应用，着重讨论选择从动系统的运动形式设计问题，而,确定参数这个问题不作为重点。,(,一,),从动系统的形式,选择从动系统,要求构件数目少、传动效率高、结构简,单。为此,应尽量采用由凸轮直接驱动执行构件的方案。但,这不是经常能实现的。对设计裹包机来说,有时还必须通过,中间传动件,如执行构件远离凸轮轴、摆动执行构件的角位,移过大、或者

10、为减小凸轮几何尺寸以及便于布局等可考虑,如下四种中间传动形式。,上一页,主页,下一页,11,1.,弧度型从动系统,如图,(a),、,(b),所示,从动杆,AB,与执行构件的运动关系分别为,:,r,1,s,?,1,?,r,1,r,2,?,1,?,?,2,r,1,?,1,从动杆的摆角；,式中,:,r,1,与从动杆固连的扇形齿轮节圆半径；,s,直动执行构件的直线位移,;,?,2,摆动执行构件的角位移；,r,2,与摆动执行构件固联的扇形齿轮节圆半径。,.,上一页,主页,12,2.,正弦型从动系统,如图,6.4,所示,(a),图为直,动执行构件,当从动杆,AB,处于行程中间位置时,若,使它与执行构件的运

11、动,轨迹相垂直,则,?,1,m,s,m,?,2,arcsin,2,a,s,m,?,2,s,?,1,?,?,arcsin,2,2,a,同理,对于,(b),图所示的摆,?,1,m,动执行构件,当从动杆,AB,处,于行程中间位置时,若使它,与固定杆,AD,相重叠,则,?,1,m,?,2,m,d,?,2,arcsin(,sin,),?,?,2,m,a,2,?,1,m,?,?,2,m,2,?,1,?,?,2,m,d,?,?,2,?,2,arcsin,sin(,?,?,2,),a,2,3.,正切型从动系统,如图,6.5,所示,(a),图为直动执行构件,当从动导杆,AB,处于行程中间位置时,若,使它与直动执

12、行构件的运动轨迹相垂直,则,s,m,?,1,m,?,2,arctg,(6-7),2,e,?,1,m,s,m,?,2,s,?,1,?,?,arctg,(,),(6-8),2,2,e,(6-9),同理,对于,(b),图所示的摆动执,(6-9),行构件,当从动杆,AB,处于行程,中间位置时,若使它与固定杆,AD,相重叠,则,c,?,sin,?,2,m,2,?,1,m,?,2,arctg,(,2,?,2,m,c,?,sin(,?,?,2,),?,1,m,2,?,1,?,?,arctg,(,),(6-10),?,2,m,2,d,?,c,?,cos(,?,?,2,),2,d,?,c,?,cos,?,2,m

13、,),(6-9),式中,: e,从动杆的,A,点与直,动执行构件滚子中心,B,的运,动轨迹线之间的距离；,c,摆动执行构件的有,效长度；,其余符号同前。,4.,连杆型从动系统,如图,6.6,所示,(a),图为直动执行构件,当,从动杆,AB,处于行程中,间位置时,(,此时执行构,件不一定处于行程中,间位置,),若使它与直,动执行构件的运动运,动轨迹相垂直,则,s,m,?,1,m,?,2,arcsin(,),2,a,（,6-11,）,s,m,?,1,m,2,?,1,m,?,1,m,2,2,s,?,?,b,?,(,e,?,a,cos,),?,a,sin(,?,?,1,),?,b,?,e,?,a,co

14、s(,?,?,1,),2,2,2,2,2,（,6-12,）,式中,: b,连杆,BC,的长度；,其余符号同前。,当,b,较大,而又较小时,可用式,(6-4),代替作近似计算。,图,6.6,从动型从动系统方案,1-,执行构件,2-,从动杆,3-,主动凸轮,对于图,6.6(b),所示的摆动执行构件,当杆,AB,和,CD,各自,的行程中间位置互相平行,(,不是两杆件同时到达行程中间位置,),时,则,sin,a,?,sin,?,2,m,?,1,m,2,2,?,c,?,2,m,?,1,m,2,?,2,m,?,1,m,2,b,?,d,?,c,?,cos(,?,?,),?,a,cos(,?,?,),?,c,

15、?,sin(,?,?,),?,a,sin(,?,?,),2,2,2,2,2,(6-13),AB,、,CD,两杆件的运动关系式为,?,2,m,?,1,m,d,d,cos(,?,?,?,?,2,),?,cos(,?,?,?,?,1,),(6-14),a,2,c,2,?,1,m,?,?,2,m,a,2,?,c,2,?,d,2,?,b,2,?,cos(,?,?,2,?,?,1,),?,?,0,2,2,ac,式中,:,从动杆,AB,处于行程中间位置与固定杆,AD,之间的夹角；,?,杆,AB,的总摆角,;,?,杆,CD,的总摆角；,a,、,b,、,c,、,d,分别为杆,AB,、,BC,、,CD,、,AD,

16、的有效长度,。,1,m,1,m,以上四种从动系统的形式,都具有增大行程和便于总体布局的特点,不仅在凸轮机构中被广泛应用,而且在连杆机构中也经常采用。,(,二,),参数确定,1.,带滚子直动从动杆盘形凸轮机构,参见图,6.7,影响凸轮机构传动效率和推力系数的主,要参数有,:,凸轮理论廓线基圆半径,凸轮轴偏置距离,e,直,动从动杆的导轨长度及其最大悬臂长度。,r,1,上述参数通常是按凸轮许用压力角确定的,推程运,动的许用压力角一般可取,30,。在实践中,这种凸轮机,构,往往压力角并未超过许用值而推力系数,(,凸轮对直动,从动杆的推力与从动杆所承受的载荷的比值,),却很大甚,至自锁的情况时有发生；也

17、有凸轮压力角超过许用值而,工作情况却良好。所以,按许用压力角确定其参数,是不,够妥善的。为此,特介绍一种按机构传动效率确定其参,数的方法。,.,上一页,主页,18,由图可见,在推程运动中,从动杆所受的,作用力为,:,Q,从动杆的负载,包括工作阻力、,有关构件的重力和惯性力以及封闭力等,P,凸轮对从动杆的推力,理论上它,通过凸轮与滚子的接触点,并与滚子和,销轴的当量摩擦圆相切。由于当量摩擦,圆半径一般甚小,可近似认为该力通过,滚子中心,A,亦即,P,与凸轮廓线的法线重,合。,F,导轨对从动杆的反力,是和的合,力。,图,6.7,直动从动杆盘形凸轮机构简图,r,1,.,上一页,主页,19,根据力的合

18、成与平衡原理,F,应通过,F,与,2,的交点,B,及,Q,与,P,的交点,A,由,F,1,图示几何关系得,:,l,b,(6.15),2,tg,?,d,c,tg,?,?,?,tg,?,d,),d,?,l,?,(,2,2,l,b,?,?,式中,:,d,从动杆与其导轨的当量摩擦角；,(6-9),?,d,从动杆与其导轨的摩擦角；,l,从动杆位移为,s,时的悬臂长度；,C,从动杆的宽度或直径。,l,b,c,tg,?,d,与,计算结果表明,2,2,和,相比其值甚小,可略去,不计,则上式简化为,2,l,tg,?,?,),tg,?,d,d,?,(,1,?,l,d,l,(6-16),根据,Q,、,F,、,P,三

19、力平衡条件,得,?,?,?,?,d,?,90,?,显然,当时,该机构将产生自锁。,?,d,?,0,?,则,假定从动杆与其导轨之间没有摩擦,即,(6-18),1,P,0,?,Q,cos,?,(6-9),这样,可粗略地求出该机构的传动效率,为,(6-19),P,0,?,?,?,1,?,tg,?,tg,?,?,d,?,1,?,?,P,cos,?,?,d,P,(6-17),?,Q,cos(,?,?,?,?,d,),式中,:,损失系数,其许用值用,表示。,欲保证机构有合理的传动效率通常,可取,?,?,tg,?,tg,?,?,d,?,?,(6-20),若用,K,表示推力系数,则,cos,?,?,P,d,K

20、,?,?,?,Q,cos(,?,?,?,?,d,),2,1,?,(,?,/,tg,?,?,),d,1,?,(6-21),?,2,?,?,?,tg,?,?,因为,d,?,tg,?,d,故,K,?,1,?,(,?,/,tg,?,d,),举例,:,如图,6.7,所示的凸轮机构,直动从动杆的推程为等速运动,l,a,/,l,b,?,55,.,从动杆与其导轨间的摩擦系数,?,?,tg,?,d,?,0.15,。,已定参数为,?,若按许用压力角,=30,确定轮基圆半径,则因其,和,?,的最大值均,d,?,发生在推程运动起始时刻,可由式,(6-20),求得最大损失系数为,m,(6-22),1,?,?,2,l,a

21、,?,m,?,tg,?,0,tg,?,?,d,0,?,tg,?,(,1,?,),tg,?,d,?,1039,.,l,b,计算结果表明,:,该机构压力角虽末超过许用值,但损失系数,已大于,l,机构自锁。由此可见,按许用压力角确定参数是,不可靠的。而按许用损失系数确定参数,既可以保证有合,理的传动效率,也能保证推力系数不致过大。,因此,需要进一步讨论按许用损失系数来确定有关参,数。对图示的偏置直动从动杆盘形凸轮机构而言,设从动,杆推程起始时刻凸轮的转角为零,当凸轮转动角度后,从动,ds,杆的位移为,s,不难导出,?,e,tg,?,?,d,?,s,?,r,a,2,?,e,2,(6-23),将式,(6

22、-23),、,(6-16),代人式,(6-20),并经整理可得,tg,?,d,l,b,?,2,(,l,a,?,s,),ds,?,?,?,(,?,e,),?,?,2,2,l,b,(6-24),s,?,r,a,?,e,d,?,为研究方便,再将上式无因次化,得,tg,?,d,L,b,?,2,(,L,a,?,S,),V,?,?,?,(,?,E,),?,?,2,2,L,b,?,m,S,?,R,a,?,E,l,a,l,b,r,a,e,L,a,?,、,L,b,?,、,R,a,?,、,E,?,;,?,m,s,式中,:,为与从动杆推程总位移,m,相对应,s,m,s,m,s,m,s,m,(6-25),的凸轮转角,

23、(,弧度,),；,S,、,V,分别为从动杆推程无因次运动的位移与速,度。又设,为凸轮的无因次转角,A,为从动杆的无因次运动加速度。,则无因次运动与实际运动的关系为,:,?,(6-26),?,?,?,m,s,(6-27),S,?,s,m,d,?,?,m,ds,V,?,?,?,(6-28),dS,s,m,d,?,dV,?,d,s,A,?,?,?,(6-29),d,?,s,d,?,2,m,2,2,m,?,0,?,0,、,S,0,?,0,时,?,m,最大损失系数,可能发生在推程的起始位置,即,关于,刻。故由式,(6-25),可得,(6-30),tg,?,d,L,b,?,2,L,a,V,0,?,0,?,

24、?,(,?,E,),?,?,L,b,R,a,2,?,E,2,?,m,d,?,?,?,?,(,?,p,),?,0,、,?,?,(,?,p,),?,0,处,令,?,0,?,p,但,也有可能发生在,的极大值,d,?,得,A,p,1,2,1,?,?,?,(6-31),V,p,?,?,m,E,V,p,L,b,?,2,(,L,a,?,S,p,),S,?,R,2,?,E,2,p,a,tg,?,d,L,b,?,2,(,L,a,?,S,p,),V,?,p,?,?,(,?,E,),?,?,(6-32),2,2,L,b,S,?,R,?,E,?,m,p,a,当凸轮机构有关参数已确定时,便可利用式,(6-30),、,(

25、6-31),、,(6-32),验算损失系数。,当参数一定时,可按,确定凸轮的基圆半径,Ra,的,许用最小值。方法是,:,先将式,(6-31),和式,(6-32),联立,消去,Ra,后得,(6-33),1,p,?,由上式求得值,将其代入式,(6-32),经整理得,r,(6-34),另外,还须满足式,(6-30),的要求,即,(6-35),当然,应从,Rap,、,Ra0,中选取较大者作为设计依据。,.,上一页,主页,26,综合上述,得出结论,:,1),愈小而,愈大,则,愈小。若将从动杆设计成非悬臂的结构,形式,则,亦即应使,。例如,当,=0.2,时,须使,就是说,对于非悬臂结构,虽然凸轮的压力角较

26、大,但仍可有良,l,r,l,好的传动效率。而当悬臂长度很大时,情况则相反。,2),对于用槽凸轮形封闭的形式,因从动杆两个方向的运动都是,推程运动,通常取e0。对于力封闭的形式,凸轮轴应按推程运动正,向偏置,通常取,当所取,e,值使,Rap=Ra0,时,则可以使凸,轮获得最小尺寸,此最佳偏距值可由式,(6-33),、,(6-34),、,(6-35),联,立求得,不再赘述。,a,1,a,.,上一页,主页,27,3),凸轮的许用最小基圆半径可按,求出。,2.,带滚子直动从动杆圆柱凸轮机构,图,6.8,所示是将圆柱凸轮廓线展开后的带滚子的直动从动杆圆,柱凸轮机构展开图。,根据,(6-36),r,(6-

27、37),(6-38),1,图,6.8,直动从动杆圆柱凸,轮机构展开图,28,理后可得,:,d,?,?,p,值,整,?,0,求与,的极大值相应的,将式,(6-38),对,求导,令,d,?,?,1,V,p,?,L,b,?,2,(,L,(6-39),a,?,S,p,),A,p,?,0,2,?,m,?,?,p,?,V,p,R,a,?,m,L,b,?,2(,L,a,?,S,),?,tg,?,d,?,?,(6-40),L,b,3.,按许用损失系数确定参数,(1),弧度型从动系统,如图,8.9(a),所示,因对执行构件的驱动力,F,和执行构件的运动方,向之间的夹角,恒等于齿轮齿条的压力角,且执行构件的悬臂长

28、度也,为常量,故由式,(6-16),可知,2,l,a,?,?,tg,?,tg,?,?,),tg,?,d,?,?,d,?,tg,?,(,1,?,l,b,tg,?,d,R,a,?,L,b,?,2,(,L,a,?,S,p,),V,p,?,m,L,b,?,(6-41),2),正弦型从动系统,如图,6.9(b),所示,直动执行构件的受力情况为,:,所承受的工作载,荷,Q,驱动执行构件施动的力,P,因滚子与其销轴的当量摩擦圆半径甚,小,近似认为,P,与执行构件的运动方向平行；导轨对执行构件的作用,F,1,与,F,2,的交点,O,方向与执行构件的运动,F,1,和,F,2,的合力,F,它通过,力,方向相反。将

29、,P,、,Q,对点,O,求矩得,l,b,l,b,Q,?,P,(,?,l,BC,),?,0,2,tg,?,d,2,tg,?,d,(,6-44),(6-9),解得,2,l,BC,P,?,Q,/,(,1,?,tg,?,d,),l,b,(6-45),?,d,?,0,?,则,假定执行构件与其导轨之间没有摩擦力, ,P,0,?,Q,(6-46),P,0,2,l,BC,故,(6-47),?,?,?,1,?,tg,?,d,?,1,?,?,(,P,l,b,式中,2,l,BC,?,?,tg,?,d,l,b,（,6-48,）,2,l,a,?,?,?,05,.,则,(6-43),l,b,2,tg,?,tg,?,?,d

30、,l,a,?,?,20,?,、,tg,?,d,?,015,.,、,?,?,0,.,2,时,应使,?,13316,.,例如,当,l,b,图,直,动,执,行,构,件,受,力,图,8.9,为保证,应使,(6-49),l,BC,的最大,(,l,BC,),m,滚子中心,B,至执行构件导轨中心线间的距离,式中,:,值。,l,BC,欲减小,应尽量减小,。因此,当杆且,AB,处于行程中间位置时,?,m,e,?,a,a,/,cos,最好与执行构件的导轨垂直,且取,。若是这样,一般就,2,无须检验,值。,(3),正切型,如图,6.9(c),所示。若杆,AC,的行程中间位置与执行构件的导轨垂,直,则滚于处于极左位置

31、,C,时损失系数最大,即,?,m,2,l,a,?,m,?,tg,(,1,?,),tg,?,d,2,l,b,S,m,tg,?,因,2,2,e,2,tg,?,d,l,b,?,(,l,BC,),m,?,?,m,l,a,e,?,?,?,05,.,故应保证,l,b,S,m,tg,?,d,(6-57),式中,:Sm,直动执行构件的总行程。,(4),连杆型,如图,6.9(d),所示,驱动直动执行构件运动的力,P,与执行构件运动,方向的夹角,等于连杆,BC,与执行构件导轨间的夹角。若杆,AB,的行程,中间位置与执行构件的导轨相垂直,且取,e,a,由于,甚小,一般无须,检验,值。,综合上述,正弦型和连型秆从动系

32、统均有较高的传动效率,弧度,型和正切型从动系统的传动效率却较低,须按,确定或校验,l,及,a,l,b,的值。,二、连杆机构,采用连杆机构实现往复运动,输入端是作等速转动的,曲柄,输出端是作往复运动的裹包执行构件。,由于连杆机构具有容易制造、运转较平稳、使用寿命长,并能,承受较大载荷以及适合高速等特点,在裹包机中的应用日趋增,多。但执行构件的运动速度变化规律不能任意选定,且结构不,够紧凑。,(,一,),无停留往复摆动,执行构件作无停留往复摆动,采用曲柄摇杆机构和摆动导,杆机构最为简单。但由于加工和布局等原因,常采用曲柄摇杆,机构。裹包操作对曲柄摇杆机构的运动要求,主要有如下几种,1.,给定曲柄与

33、摇杆在外极限位置前,(,或后,),的一对相应角移量,如图,6.10(a),所示为折纸机构简图。折纸板,l,从开始折纸到折,纸终了的摆角,据此,设计曲柄摇,?,?,80,?,?,?,9,?,曲柄转角,杆机构,ABCD,各杆长。,?,B,AB,?,80,80,?,?,?,?,1,?,?,(,或,?,?,?,),?,?,?,?,0,?,?,?,?,?,80,9,?,?,图,6.10,折纸机构,1-,折纸板,2,-,纸,3-,糖块,图,(b),所示为该折纸机构示意图。当折纸终了时,因折纸板,已到达最高位置,故此时曲柄摇杆机构应处于外极限位置,AB0C0D,。,35,这样,当折纸板由开始折纸位置运动到折

34、纸终了位置时,要求摇,杆,CD,由位置,C1D,运动到位置,C0D,其转角,C1DC0=9,；而对于曲,?,B,1,AB,0,?,?,?,80,?,而当其沿逆时,柄,AB,若是沿顺时针转动,则转角,?,B,1,?,AB,0,?,?,?,?,80,?,。但是,不管曲柄转向如何,折纸,针转动时,则转角,?,?,?,(,或,?,?,?,?,),工序所要求的曲柄与摇杆的一对相应角移量,都处于外极限位置之前。因此,这可按给定的曲柄与摇秆在外,极限位置前的一对相应角移量,设计曲柄摇杆机构各杆长。,?,角度,相应的曲,另外,也有要求摇杆由外极限位置往回摆,C,0,D,摆动到,?,的。它相当于,(b),图中摇

35、杆由,C,1,D,曲柄,柄转角为,B,1,A,(,或,B,1,?,A,),。显然,这一对相应角移量是处于外,B,0,A,转动到,则由,极限位置之后。鉴于曲柄摇杆机构的运动具有可逆性,因此,所,给定的一对相应角移量,无论是在外极限位置之前还是之后,实,质上都是一样的。,实用中,这类设计问题采用几何法求解比较直观,也便于检,查,其步骤大体如下：,首先,判别所给定的曲柄与摇杆在外极限位置前,(,或后,),的一对相应角移量是转向相同还是转向相反。对,(a),图所示,的折纸机构来说,当曲柄顺时针转动时,给定的一对相应角移,?,B,1,AB,0,?,?,C,1,DC,0,其转向是相同的；当曲柄逆时针转动时

36、,量为,?,B,1,?,AB,0,?,?,C,1,DC,0,其转向是相反,则给定的一对相应角移量为,的。下面就上述两种情况分别加以讨论。,(l),转向相同的求解,给定曲柄与摇杆在外极限位置前,(,或后,),的一对相应角移,?,?,?,且它们的转向相同。实际上,符合此条件的解,量为,可有无穷多个,现假定图,6.11,所示的曲柄摇杆机构,ABCD,是其,?,B,1,AB,0,?,?,?,C,1,DC,0,?,?,AB,0,C,0,D,为其外极限位置,则,中的一个解,C,0,D,看作为固定杆,以外极限位置的摇杆作参考平面,(,即把,?,?,?,这一对相应角移量的相对极点,R,01,即,:,将四边形绕

37、点,),求,D,1,C,与,DC,0,重合,得四边形,;,分别作的中垂线物,D,回转角度,使,此两中垂线交点即为所求相对极点。,图,6.11,给定的一对相应角移量转向相同的求解图,?,R,01,DA,?,a,01,是,?,ADA,?,的角平分线,即,显然,中垂线,。,2,?,?,?,B,0,R,01,C,0,?,?,AR,D,01,又根据相对极点的性质,得,?,?,?,2,故,R,01,A,?,LAD,?,的延长线,AL,与直线,AD,间的夹角为,。,2,?,综上所述,参见图,6.12(a),所示,可以得出如下的求解,步骤,:,图,6.12,按给定外极限位置前,(,或后,),一对相应角移量的图

38、解,1),作线段,AD,它表示固定杆长度,A,、,D,分别为曲柄和摇,杆的支点。,2),求相对极点,R:,假定摇杆位于固定杆的上方,则过,A,、,D,两,?,?,?,LAD,?,、,?,KDA,?,点分别作,AL,和,DK,线。使,所得,AL,的延长,2,2,线与,DK,的交点,R,即为所求的相对极点。,C,0,D,:,在,AD,上方的适当位置选取一,3),求摇杆的外极限位置,C,0,D,、,C,0,A,则,C,0,D,为摇杆的,点,C,0,作为饺销,C,的外极限位置。连接,C,0,A,为曲柄与连杆的长度之和。,外极限位置,而,4),求曲柄摇杆机构的外极限位置及杆长,:,铰销,B,的外极限,C

39、,0,A,直线上过相对极点,R,作,RN,线,使,?,NRC,0,?,?,ARD,B,0,必在的,位置,B,0,。这样,所曲柄摇杆机构的外极限,两线的交点即为所求点,AB,0,C,0,D,。,位置为,用,a,、,b,、,c,、,d,分别表示曲柄、连杆、摇杆及固定杆的长度,a,?,AB,0,、,b,?,B,0,C,0,、,c,?,C,0,D,、,d,?,AD,即,。,5,),检,查,压,力,角,是,否,超,过,许,用,值,。,通,常,取,许,用,压,力,角,=50,高速及重载时取,=40,。若压力角过大,可,能是由于,C,点的位置选择不当,则应重新选择点,C,；也有,0,0,?,?,、,值不合理

40、,?,可能是由于给定的,(,如,值过小或,?,值过大,),则应修改给定值。,?,?,?,显然,在给定,?,的同时,还可以附加其他条件。例如,根据结构条件给定摇杆长度,以及摇杆的外极限位置等。,(2),转向相反的求解,同理,参见图,6.12(b),所示,它的几何法求解步骤如下,:,1),作线段,AD,它表示固定杆长度。,?,LAD,?,、,?,KDA,?,2),求相对极点,R:,作,AL,和,DK,线。使,2,2,所得,AL,与,DK,两线的交点,R,。此点即是以外极限位置的摇杆,?,?,?,这,为参考平面,并假定摇杆位于,AD,上方时,所给定的,一对相应角移量的相对极点。,?,?,?,1.,给

41、定曲柄与摇杆在外极限位置前,(,或后,),的一对相应角移量,?,AB,?,80,80,?,?,?,B,?,?,?,(,或,?,?,?,?,),?,?,?,?,?,?,?,?,80,9,?,?,如图,6.10(a),所示为折纸机构简图。折纸板,l,从开始折纸到折纸终了,的摆角,曲柄转角,据此,设计曲柄摇杆机构,ABCD,各杆长。,图,(b),所示为该折纸机构示意图。当折纸终了时,因折纸板已到,达最高位置,故此时曲柄摇杆机构应处于外极限位置,AB0C0D,。这样,当折纸板由开始折纸位置运动到折纸终了位置时,要求摇杆,CD,由位,置,C1D,运动到位置,C0D,其转角,C1DC0=9,；而对于曲柄,

42、AB,若是沿,顺时针转动,则转角,而当其沿逆时针转动时,则转角。但是,不管曲,柄转向如何,折纸工序所要求的曲柄与摇杆的一对相应角移量,都处,42,于外极限位置之前。因此,这可按给定的曲柄与摇秆在外极限位置,1,0,?,另外,也有要求摇杆由外极限位置往回摆,角度,相应的曲,C,D,摆动到,?,的。它相当于,(b),图中摇杆由,C,1,D,柄转角为,A,转动到,B,1,A,(,或,B,1,?,A,),。显然,这一对相应角移量是,曲柄则由,B,处于外极限位置之后。鉴于曲柄摇杆机构的运动具有可逆,性,因此,所给定的一对相应角移量,无论是在外极限位置,之前还是之后,实质上都是一样的。,0,0,实用中,这

43、类设计问题采用几何法求解比较直观,也便,于检查,其步骤大体如下：,首先,判别所给定的曲柄与摇杆在外极限位置前,(,或后,),的一对相应角移量是转向相同还是转向相反。对,(a),图所,示的折纸机构来说,当曲柄顺时针转动时,给定的一对相应,?,B,1,AB,0,?,?,C,1,DC,0,其转向是相同的；当曲柄逆时针,角移量为,?,B,1,?,AB,0,?,?,C,1,DC,0,其转向,转动时,则给定的一对相应角移量为,是相反的。下面就上述两种情况分别加以讨论。,(l),转向相同的求解,给定曲柄与摇杆在外极限位置前,(,或后,),的一对相应角,?,?,?,且它们的转向相同。实际上,符合此条件,移量为

44、,的解可有无穷多个,现假定图,6.11,所示的曲柄摇杆机构,AB,0,C,0,D,为其外极限位置,则,ABCD,是其中的一个解,?,B,1,AB,0,?,?,?,C,1,DC,0,?,?,。,C,D,看作为固定,以外极限位置的摇杆作参考平面,(,即把,?,?,?,这一对相应角移量的相对极点,R,01,即,:,将四边,杆,),求,AB,1,C,1,D,绕点,D,回转,?,AB,1,?,C,1,?,D,;,形,角度,使,D,1,C,与,DC,0,重合,得四边形,R,AA,?,、,B,0,B,1,?,的中垂线物,a,01,、,b,01,此两中垂线交点,01,即,分别作,为所求相对极点。,0,a,01

45、,是,?,ADA,?,的角平分线,即,显然,中垂线,?,R,01,DA,?,。又根,2,?,?,?,据相对极点的性质,得,故,R,01,A,的延长,?,AR,01,D,?,?,B,0,R,01,C,0,?,2,?,线,AL,与直线,AD,间的夹角为,。,?,LAD,?,2,?,综上所述,参见图,6.12(a),所示,可以得出如下的求解,步骤,:,图,6.12,按给定外极限位置前,(,或后,),一对相应角移量的图解,1),作线段,AD,它表示固定杆长度,A,、,D,分别为曲柄和摇杆的支,点。,2),求相对极点,R:,假定摇杆位于固定杆的上方,则过,A,、,D,两点,?,?,?,LAD,?,、,?

46、,KDA,?,分别作,AL,和,DK,线。使,所得,AL,的延长线与,DK,的,2,2,交点,R,即为所求的相对极点。,C,D,在,AD,上方的适当位置选取一点,C,0,3),求摇杆的外极限位置,:,C,0,D,、,C,0,A,则,C,0,D,为摇杆的外极,作为饺销,C,的外极限位置。连接,限位置,而,C,0,A,为曲柄与连杆的长度之和。,0,4),求曲柄摇杆机构的外极限位置及杆长,:,铰销,B,的外极限位置,B,0,C,0,A,的直线上。过相对极点,R,作,RN,线,使,?,NRC,?,?,ARD,则,RN,与,AC,必在,两线的交点即为所求,B,点。这样,所求曲柄摇杆机构的外极限,0,位置

47、为,AB,0,C,0,D,。,用,a,、,b,、,c,、,d,分别表示曲柄、连杆、摇杆及固定杆的长度,?,AB,、,b,?,B,C,、,c,?,C,0,D,、,d,?,AD,。,即,a,5),检查压力角是否超过许用值。通常取许用压力,=50,高,C,0,速及重载时取,=40,。若压力角过大,可能是由于,点的位,?,、,?,C,0,置选择不当,则应重新选择,点；也有可能是由于给定的,值,?,?,不合理,(,如值,过小或,值过大,),则应修改给定值。,?,?,?,的同时,还可以附加其他条件。例如,显然,在给定,根据结构条件给定摇杆长度,以及摇杆的外极限位置等。,0,0,0,0,0,(2),转向相反

48、的求解,同理,参见图,6.12(b),所示,它的几何法求解步骤如下,:,1),作线段,AD,它表示固定杆长度。,LAD,?,、,?,KDA,?,所得,AL,与,DK,2),求相对极点,R:,作,AL,和,DK,线。使,?,2,2,两线的交点,R,。此点即是以外极限位置的摇杆为参考平面,并假,?,?,?,?,这一对相应角移量的相,定摇杆位于,AD,上方时,所给定的,对极点。,C,0,D,:,在,AD,上方的适当位置选取一点,C,0,3),求摇杆的外极限位置,连接,C,0,D,、,C,0,A,则,C,0,D,为摇杆的外极限位置。,4),求,曲,柄,摇,杆,机,构,的,外,极,限,位,置,及,杆,长

49、,:,作,RN,线,使,?,NRC,0,?,?,ARD,则,RN,与,AC,0,两线的交点,AB,0,C,0,D,为所求,B,0,点。则,a,?,AB,0,、,b,?,B,0,C,0,、,c,?,C,0,D,、,d,?,AD,曲柄摇杆机构的外极限位置。其中,5),检查压力角是否超过许用值。,2.,给定曲柄与摇杆在内极限位置前,(,或后,),的一对相应角移量,如图,6.13,所示的折纸机构,若折纸板由折纸起始至折纸终了,?,与其相应的曲柄转角为,?,的摆角为,。由于拆纸终了时曲柄,摇杆,机构处于内极限位置,因此,这可按给定曲柄与摇杆在内极,限位置前,(,或后,),的一对相应角移量,设计曲柄摇杆机

50、构。,?,?,?,图,6.13,折纸机构简图,其求解方法和步骤与前述的相同,即,:,1),判别所给定的一对相应角移量的转向是相同还是相反；,2),以内极限位置为参考平面,求这一对相应角移量的相对极点,；,3),在适当位置选取一点,C,0,作为铰销,C,的内极限位置；,?,?,?,?,B,0,RC,0,?,C,0,A,线上取一点,B,?,B,0,RC,0,?,?,ARC,),则,4),在,使,(,即,0,2,AB,0,C,0,D,即为所求曲柄摇杆机构的内极限位置；,5),检查压力角。,在图,6.14,中,(a),图为转向相同,而,(b),图为转向相反,DK,、,AL,、,RN,各线的方向都是假定

51、摇杆处于固定杆上方求得。,设计举例,:,有一折纸机构如图,6.15(a),所示,折纸板为完成,折纸须摆动,15,相应的曲柄转角为,90,。已知,A,、,D,两支点的,距离为,200mm,折纸终了时的,CD,杆与,AD,杆的夹角为,98,=50,试设计曲柄摇秆机构的其它三个杆的长度。,解,:,折纸终了时,曲柄摇杆机构处于外极限位置,因此,它是,给定曲柄与摇杆在外极限位置前的一对相应角移量的设计问题,?,?,90,?,，,?,?,15,?,。折纸时,摇杆应作顺时针转动,而曲柄作逆时针,转动,故这一对相应角移量转向相反,如图,6.12(b),和图,6.15(b),所示,:,1),取作图比例为,1:4

52、,作固定杆,AD,200/4=50mm,。,?,?,?,KDA,?,?,7,.,5,?,两线相交于,R,点。,?,LAD,?,?,45,?,、,2),作,AL,和,DK,线,使,2,2,DC,0,线,使,?,C,DA,?,98,?,。并取摇杆实长为,80mm(,3),根据题意,作,0,任意选取,),按作图比例,取,DC,=20mm,。,0,AC,0,线的交点,B,0,量得,AB,0,4),作,RN,线,使,?,NRC,?,?,ARD,得,RN,与,B,0,C,0,=4.5mm, =52mm,。故曲柄,AB,和连杆,BC,的实长为量得值的四,倍,即分别为,18mm,和,208mm,。,?,max

53、,?,88,?,最,5),检查压力角,如图,6.15(c),所示,最大传动角为,?,m,?,90,?,?,min,?,90,?,60,?,?,30,?,小传动角,?,min,?,60,?,故最大压力角,末超过许用值,适用。,0,图,6.14,按给定内极限位置前,(,或后,),的一对相应角移量的图解,图,6.15,折纸机构的几何法求解,3.,给定曲柄与摇杆在极限位置前后的两对相应角移量,图,6.16,所示为某糖果裹包机的送糖机构示意图。推糖板,2,与接糖板,5,将糖块,3,和包糖纸,4,夹紧,并将它们向左送入工序,盘内,(,图中未示,),移送的距离,(,弧长,),为,30mm,。送糖,(,和纸,

54、),操,AB,C,D,、,AB,作对两个曲柄摇杆机构,2,C,2,D,2,分别提出如下运动要求,。,1,1,1,AB,1,C,1,驱动推糖扳,D,1,曲柄摇杆机构,2,作,C,D,往复摆动,从开始推糖到推糖终了,摇杆,的摆角,(,逆时针,)9,相应的曲柄的转角,AB,AB,1,C,1,D,为,1,90,推糖终了时,处于内极限,1,位置。另外,还要求推糖板由推糖终了,位置往回摆动,9,(,回程运动,),相应的曲,AB,1,的转角为,85,。,柄,显然,推糖工作行程曲柄与摇杆的,一对相应角移量,(90,-9,),处于内极限,位置之前,而回程运动的一对相应角移,量,(85,-9,),则处于内极限位置之后。,图,6.16,送糖机构示意图,因此,这可按给定曲柄与摇杆在内极限,1-,输送带,2-,推搪板,3-,糖块,4-,纸,5-,接糖板,位置前后的两对相应角移量,设计曲柄,摇杆机构。,1,1,AB,2,C,2,D,2,来说,接糖工作,对驱动接糖板,5,运动的曲柄摇杆机构,行程起始时,它处于图示的外极限位置。,在外极限位置后,接糖板,5,配合推糖