往复推送链的运动学分析

1、2004年7月张丽萍等:往貞推送链的运动学分析57JOURNAL OF MACHINE DESIGN往复推送链的运动学分析张丽萍I,李业农I,施祖康'（1南通职业大学机械系江苏南通226007: 2.南京理工大学机器人研究所辽苏南京210094）往宜推送徒是一种新型的維传动装置，详细介绍了往宣推送琏的结构形式及工作原理对琏条与維轮的啮台 过程作了详恳地分析并通过仿直说明镂轮齿与滚轮交替地参与啮台。建立了推送傩条的位移、速度、加速度与経轮转角 之间的关茶曲线c通过链轮的负变位设计.使链条滾轮中心的运动轨迹与理论的轨迹重合有效地握高了其运动的平 稳性.并对梃轮与链条啮合的重合度 作了分析计

2、算.为 的选择提供了依据。往复推送链储轮.滾轮啮台.负变位设计重合度.TH132.45:AJ00I - 2354（2004丿07 0055 - 03 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2004年7月张丽萍等:往貞推送链的运动学分析57 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2004年7月张丽萍等:往貞推送链的运动学分析57:2003 -

3、09- 15;:2004- 01 - 16:张丽萍（1964 -）.女.辽苏南通人.工穆师专业方向：机械i殳计及理论.往負推送琏是一种新型的炮弹推送装置.也是一种新型的 琏传动装置。它由琏轮驱动链条作直线往复的推送运动傩条 的首尾不相连.分别敞开傩首经过导向装置保持直线状态的 运动。在它允许的厅程内可以快速、准确地将物件$弹丸或药 筒丿从一个位置快速推送到另一个位置，火炮药室丿。往重推送琏的維条爱到琏轮的周向推压力致使琏首推送 物件向前运动故琏条承受推压力。而传统的槎传动中維条只 能承受拉力。所以两者在受力方式上不同。当綾轮正转时 推 送維快速伸出.反转时将琏条收回経盒。传统的経条则是绕看 两

4、維轮作循环运动。所以.二者在运动形式上也不相同C由干推 送経的运行速度高，提高其运动的平稳性.减小冲击降低噪 声显得特别重要:基于这些要求.对往亘推送链的设计作了深 入的探讨,使其结构更趋台理。1往复推送链的工作过程往負推送経由链轮、推送維条、导向机构和槎盒组成如图 la所示。経轮轴上同步装有两个轻轮.两个維轮的齿形完全相同. 分别与链条上的孜排滾轮啮台链轮是主动件.为链条推送物 件提供足够的动力。轮齿为“圆弧T31弧”形齿廉如图2所示。推送維由双排滚轮、悄轴、轴真、真筒、槎节板组成.分为犍 首、啮台链二部分。維首运动时不参与啮台如图lh所示.琏节 之间龛禅头与凹槽定位.再用弹簧将相邻两桂节拉

5、紧.以保证 禅头与凹槽有良好的接触这样饶首运动时就能保持直线状 态.不弯曲。啮台链无拉伸弹簧和樟头.可作单向弯曲 保证其 与維轮能顺利地啮合.如图1c所示。导向机构是为桂条提供运动方向的导轨。如图la所示.电机经齿轮减速器驱动虢轮作正向回转时. 将与之啮台的綾条沿导轨正向直线推出，链条从导轨内快速伸 岀到达规定的位置，从而将物件推送到规定的位置。然后电机 驰功徐轮反转将琏条收回到锻盒内.以便进行F次的推送 运动，維首的端部装有缓冲椽胶以减轻对物件的冲击。外!9版2往复推送链的运动分析为保证笹条能够在滾道中运行流杨.除有良好的润滑条件 外滚轮的半径n应略小于与之啮台的維轮齿的圆弧半径 r”即n

6、<八八外导向挡板（简林外挡板）的圆弧半径R应略 大于盖轮分度圆半径R与滚轮半径匚之和（即R > R + 2。 否则琏轮、維条滾轮与外挡板之间便矣有卡住现象。在实际啮台中链条上的滾轮受到維轮齿向外的推力 再加 上链条的运行速度较高产生的离心力也较大.二力都迫使滾轮 贴在外挡板上运动.由干琏轮、桂条滚轮及外挡板三者之间的间 隙彫响迫使滾轮中心的运动轨迹外移了一个 距离如图2所 示致使这种徒传动在一定程度上偏离理想运动轨迹°此时，滚轮中心实际运动轨迹的半径为 乩它的理论运动 轨迹应该与桂轮的分度圆重合故理论运动轨迹半径为維轮分 度圆半径心二者之差为即在图2中创心分别表示琏轮轮齿

7、圆弧的圆心；b、b1.b_b&分别喪示链条滾轮的圆心o以OX为坐标轴顺时针转动为正。 山,a2 "3 ,如点坐标分别为:RCOS ()X. R05/?sin ()= /?snK/?8S ()彳X.& = RCOS (/esin f -)厂=穴Vn (2丿(H式中；警MZ为链轮齿数I滚轮1圆心析点坐标为(X竹乙几则: (X” xaj 2 4 ( rh| -人丿 2 = ( r, + r2> 2氏中滾轮1的半包.n一轮齿用处画弧半径上式经过变换后得：(Xb J( fj 了2丿 ( Rq sin 丿 Roos“ =Rq由于滚轮1与統轮齿接触，故此处间隙1=0。滾轮2圆

8、心址点的坐标为(X. YhJ.滾轮2与轮齿存在£i的间隙为由干f Xb2 Xb1 + ( Yb.= ( n + n)1(3丿式中(门+ r2i为链条的节距又有:2 2 ' 叫，%由上述二式便可解出b2点的坐标值/血2 .血丿。J( xa)- xbi)2 + (- yhj)2 - ( r, + r2)(5)同理：3 = J( Xa4 - Xbi)2 + ( rfl4 - Ybi)2 - (r. + r2)(6丿当链轮齿数z = 6.=0.3 mm时联立公式门八(2八、.齿顶圆半径为心.对玉统进行数字仿直.说 明了镂轮齿与滚轮交替地参与啮台。故按单个铸轮齿承担全部 推送載荷进疔设

9、计。由干链条滚轮中心的轨迹外移了一个致使铸轮上实际 啮台节距外移.导致辭轮节距略有增长.故当前一对琏轮齿与 链条滚轮啮合时后一对则处在游离状态。结果是当前一对脱 开啮合时后一对强制进入啮台.并产生冲击.伴有噪声彫响 了运动的平稳性。3 往复推送链的运动分析如图3所示滾轮1处在即将啮出阶段它沿看导轨作直线 运动。滾轮2作圆周运动.为了便于分析，不计滾轮与轮齿间的 间隙罢响。左直角三角形8OC中；Zobc = 90 - oc = Rdn . BC = /feus又:£cba DC = R OC = R( - sin 丿右直角三角形中AEsir.CO；令:S 则:S =DC =1 dn 丿

10、.AB = r> +="" = Jl sin2 = »/2sin sin2AD = BE RC = /ecOS - RWS R( i/29n sin2 cos )(7)丈门丿为滾轮1中心4距y轴的位移S,此时，它与偏置直 动滚于推杆盘形凸轮的运动机理完全相同将式(7)对时间/ 求导数得滾轮1中心A的运动速度即：ms fl dn=/ + sin J2sin sin2=30(为琏轮的角速度丿=90将式(8丿再对时间求导.得滚轮1中心A的加速度。s = R = k * anJ2sin !sin 1丿 f 3sin， + 4sirT 3sin(2sin sin2 严

11、如果链轮作等速技动则有 =0 式可写为;(san(2sin(10)当=30 时.S = 0当=90 吋.S = 0根据式怡八S八（10丿作出滚轮中心点A在 =3090 范围的位移、連度、加速度曲线，如图4所示。轨劇）从图4可以看出 位移S与转角 基本上呈线性关玉 健度 在R以下有较小的变化.基本上接近匀速运动加速度的变化 也较平缓说明链条运动比较平稳没有剧烈的冲击现象。4负变位设计为了使链条与雄轮接近于理想啮合状态对維轮采用了负 变位i殳计.以使滚轮中心的实际运动轨迹与理论运动轨迹重台。如图5所示.将桂轮上的半径为门的圆弧圆心沿看分度圆 半径方向的射线向中心移动一个距离X/即x = 6。丿.变

12、位 后的圆心为变位前圆心为OJ,变位后圆菰半径八"大小 不变即n"=门。半径2的圆弧圆心不动.仍位于分度圆上 （其圆心为。2丿。Jr2 +( /? - x)2 1r( r x)co$(111此时，c = do? - n（12）当維轮的分度圆半径R在40100 mm范圉内时变位重X在0.20.4 mm范围内选取。变位后.滚轮中心的运动轨迹基本上与理论轨迹重台.链 条的运行連度波动较小撮动冲击的噪声也较小。5重合度计算锭轮经负变位设计厉滾轮中心的实际运动轨迹与理论运 动轨迹基本重合重台度的计算可根据逊论的运动情况，进疔 分析计算。由图5可知維轮的齿顶圆与滾轮圆心的轨迹交点为脱

13、开啮台点.槎条滾轮经过点后便脱开了与維轮的啮台°脱开 啮台时滚轮的圆心处在A点。进入啮台点E.为維条输入轨道的中心线与維轮分度圆的 切点.当滚轮圆心处在E点时滚轮便开始与统轮啮台。右滾轮圆弊.迹上与滾转啮台段的长度为L.即：L AC + C£式中:AC = Afi + RC;AB ri 右直角三角形OBC中.= Jr； r2又c工R式中顶圆半翟.» Leoc.当畫轮的齿数z = 6、锁条的节距等于铁轮分度圆半径R 时重台度为从式"3丿可以看出当链轮.琏条的结构参数一定时，重台 度的大小与成正比。要使往复推送怯平稳地运疔.必须大 于I 但由于制造误差的影响

14、，参与啮合的滚轮与轮齿的对数也 不宜多故重合度应小于2 °6结束语往亘推送链具有结构简单、体积小、运行連度快及推行行 程长等优点。尤其是它的樽轮经过负变位设计后，链条的运行 更接近于匀速运动达到理论的运行状态大大提高了其运动 的平稳性.隨看人们对这种新型推送机构研究的进一步深入. 它的应用会越来越广泛。H）黄锡凯郑文伟.机械原SIMI.北京：高尊教育出版社.1994.12）尼曼G.温恃尔H机械|M|.张海明译 北京：机械工业出 版社991. 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2004年7月张丽萍等:往貞推送链的运动学分析57 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2004年7月张丽萍等:往貞推送链的运动学分析57由中国机械工程学矣主办的第五届物流工程论坛6月9日至10日左上海光大矣展中心国际酒店成功举行。论坛園绕“制造业的先进物流装缶与