1. 概 述

包装机械运动的形式是多种多样的。其 中有许多机构，要作连续运动，如连续的转 动或移动，连续的往复摆动和往复移动。这 些运动形式可用齿轮机构，连杆机构和凸轮 机梅等实现。还有一些机构要作继续运动， 如转位凸轮机构，马尔他机构，轉轮机构， 久齿齿轮机构等等。

马尔他机鞫即槽轮机构，它从停到动和 从动到停的瞬时，角加速度都有一个突然的 变化。因此，槽轮同其传动轴上的惯性负荷 都有一个突然的变化。这种变化实质上就是 一次冲击和振动。而蘇轮机构虽然结构比较 简单.，但是由于结构上的限制，其动作准确 度较差。另外，在高速使用时有冲击和噪音。 欠齿齿轮机构，其动力特性则有舸显的欠 缺。因此，现代包装机的间歐运动机构，大 多釆用转位凸轮机构。它比起上述间歇运动 机构有其得天独厚的忧点：

(1)装配方便，运动平稳可靠I

<2>可以获得转位与停位的任何时间比 例

3. 具有足够的刚度*
4. 转位凸轮机构本身能起到定位作 用，不需要附加其它定位装置；
5. 可以使夙动件获得任何给定的运动

规律。                              -

2. 转位凸轮的类型

转位凸轮按其运动形式可分为连续旋转

和断续旋转两种。

连续旋转的转位凸轮结构简单，工作可 靠,一般都是等速旋转°它的转位角B和空 程转角a之比，就是转位时间与静止时间之 比，而静止时间正是包装机用来完成产品的 包装工艺时间，因此转位角B一般在60—120 范围内。对于断续旋转的转位凸轮，按时接 通旋转和停止，都必须有专门的发令件和离 令器加以控制，显然结鞫就比较复杂。由于 其转位角B不直接影响包装机的效率，故一 般选择在240以下。在什么情况下采用连 续旋转的转位凸轮，在什么情况下釆用断续 旋转的转位凸轮，需要在转位凸轮的直径计 算之后来确定。一般在凸轮直後不太大的情 况下应釆用连续旋转的转位凸轮。

转位凸轮的曲线槽有两种。一种是矩形 槽，它的优点是制造简单，成本低.另一种 是梯形槽，其优点是：(1)能使滚子在梯形 曲线槽中与工作面接触的各点线速度相同， 从而减少磨损，(2)工作面在运转中逐渐磨 损后，可以降低滚子盘与转位凸轮之间的距 离，使滚子与工作面重新剤配，修复方便。

梯形槽的夹角2 a是按滚子与曲线槽在 接触钱上无滑动来确定的。若某一转位凸轮 半径R = 134 mm,半径处槽宽为35 mm,则 tg a =                             a = 7°26' 2a=14°52'

夹角2 a的顶点必须在凸轮的轴线上，通 常2 a在17°左右(见图1 ) 式中：K,—负荷的冲击系数

Pg—在传动中产生的最大力（蛇）

a.”一从动作的最大加速度

因此从上式可以看出，在整个系统设计 后，在传动中产生的最大力Pg和从动件系 统的质量是一个常数，而只有加速度的变化, 才是导致冲击载荷增大和产生振动的主要因 素。    -'

3. 运动规偉的分忻

余弦运动规律（即简谐运动曲线〉在分度 转位机构中的应用：首先，分析一下转位凸 轮转位曲线的运动规律。它对传动机构的结 构和工作性能有很大的影响，国此，必须根 据对传动机构提出的要求来选择恰当的运动 规律。

传动机构的要求是：

<1）在可能允许的最短时间内，转动应 平稳，无冲击和振动

<2）传动机构的零件应具有较高的耐磨 性；

<3）停位和定位应具有较高的精度。

为了满足第一个要求，必须保证在运动 过程中不产生刚性和柔性冲击，即不应产生 由于运动加速度的变化而引起惯性力的大小 和方向的瞬时改变。由于余弦运动规律设计 简单，易于理解，性能良好等特点，转位凸轮 转位曲线一般釆用余弦加速度由线。余弦加 速度规律虽然在运动的始末，加速度发生有 限的突变，会产生柔性冲击.但在中点处加 速度为零，不产生冲击，且在整个行程中余 弦加速度的变化是圆滑的（见图2 Jo

加速度的变化将引起冲击载荷的显著增为了满足第二个要求，即零件的高度耐 磨性，这个问題不仅要选用硬度和耐磨性好 的材料，同时应减小工作中产生的负荷。

 

 

产生负荷的原因有，

<1）阻力（磨擦，行程控制警等、

<2）慣性作用力，

<3）冲击负荷，

E）压力角。

在设计现代包装机用转位凸轮时，阻力 一般不可能减少。当选用余弦运动规律时， 一般不会产生冲击。因此，在设计时，主要 队惯性力和压力角来考虑，•从而改进工作性 能和提高其使用寿命。

惯性力由从动件的加速度决定：

Pwh = m・a

式中t PwH—惯性力（kg）

m—从动系统的质量（kg-s2/m） a —从动件的加速度（m/s2）

转位凸轮不但给滚子传递运动，而且也 传递力。从传力的视点看，希望压力角越小 越好，但压力角越小，则凸轮的尺寸越大。 通常转位凸轮的压力角限制在30°〜40°范圏 内。既然压力角有限制315么在转位凸轮轮廓 设计完后，就需要检验一下轮廓上的最大压 力角是否超过规定范围。如果超过较多，就 需要加大等基圆半径重新设计轮廓,如果压 力角很小，说明设计的轮廓传力比较轻快3 但如果凸轮尺寸较大，就需蓦减小基圆半径 修改设计，这些都要根据设计中的具悻情况 来决定。

转位凸轮直径的计算，

D = q—-

q t.tg Qm„

式中，D—凸轮直径

T—包装机工作周期＜s ）

H—转位盘移动的位向距离《mm） 氐一转位时间（s ）

。皿一最大允许压力角

q—运动规律系数《余弦运动规律q = 0.5）

由于转位凸轮和滚子之间理论上是线接 触，应力较大，故要求表面硬度高、耐磨， 具有足够的表面接触强度。因此，转最凸轮 的选材，一般说来，对于压力角较小的釆用 球墨铸铁QT60- 2或釆用优质灰铸铁HT 20-40, HT 25-47等材料扌压力角较大的常 用20Cr渗碳淬火（渗碳深度

HRC56~62）或用45, 40Cr, GCr 15表面淬 火HRC40—50,表面高頻淬火HRC52-58d 为了满足第三个要求，在设计时，柱销 一般要选用窄系列的滚动轴承。为提高传动 精度,轴承在装配时应采用预紧方法，以消 除其径向游隙。在裝配转位凸轮和滚子转盘 时，可以利用控制中心距的办法，使滚子表 面和转位凸轮轮廓间造成预紧。

转位凸轮的运动规律亦和其它凸轮机构 一样，有许多类型。现对余弦加速度曲线（即

 

附表
运动规律	金弦前速度（简谐）	正弦如連度（援线）
谖度廃律特点	在行程始末为零.中点处最大	在行程始末为筮，中点处最大
最大速度的比值（以辱速规律为 1）	1.57	2
加建崖规律符点（见图2）	在行程始末较大，中点姓为零，在整个行 程中照滑变化	在行程始末及中糸均为零，拄整个行程中 圆清变化 ■
鼠大加速度的比值〈以等加-萼 滅速为1 ）	1,24	1.57
主嗖性能特点	在行程始末加速度发生有限值的突变，会 产生柔性畔击“但在中点姓加速度为害， 不产生冲击，且整个行程中加速度变化是 圆檎的 j中速时应用效果最好	琛音,磨损较小，理论上无冲击.但性能                       ・ 取决于制造精度e在行程开始和賤了时的 制造公差非常重要，要求貌将良好性能的 公差为土 D. OOBm m 能用于高速

简谐运动强线)与正弦加速度弦曲线(即摆线 曲线)运动规律(见附表)。

4. 转位凸轮的设计

砚举例说明转位凸轮轮廓尺寸的设计： 如某厂要设计一灯泡包装机，其生产能 力为1200只/ h ,设计生产能力为Q = 1250只 /ho

4.1 要求每只灯泡的工作时间t总
臨=盜=2.883)

4.2求出工作转盘的转位时间坛 坛=罕=0.723)(选用转位

4

凸轮的转位角为90°时)

停位时间tn = 2.16s

4.3求出转位凸轮每转一转时工作转盘 的转角七

丫 =響=3°°(选用工作转盘为12

工位时)

4.4求转位凸轮推动工作转盘的最大距 离H

设工作转盘直径为© = 200 mm(见图3 )

 

 

R =100为工作转盘的半径，丫 =30为转 角，A, B分别为转盘上相邻两滚孑。

H = AB = AD+DB

因为：AD=DB = Rsin}

£

所以：H = 2Rsin； = 51.7638(mni)

JU

s 用公式计算转位凸軸軸曲鰻在座标系 统中的Uh

5.1 h = H(1 - cos a)/2

式中：H曲线总行程

h对应于单位转角a的曲线升程 a单位转角

hl = h(l - cos a 1)/2

h2= H(l-COSa2)/2

S.2根据h = H(l -cosa)/2公式计算转位 凸轮轮廓曲线在座标中的值h 当 al =0° 时，hl= H(1 -COS0-)/2 = 0

«2 = 30° 时，h2 = H(l-cos30°)/2

=3* 4682

ct3=60° 时，h3= H(l-cos 60°)/2

= 12.941

■ ,

a4 = 90° 时，h4 = H(1-cos90°)/2

= 25.8819

□ 5 = 120°时，h5 = H(l-cosl20°)/2

=38.8229

a 6 = 150°时，h6 = H(l-cos 150°)/2

= 48.2963

a 7 = 180°时，h7=H(l-cosl80°)/2

= 51.7638

6 转盤凸轮花専曲锥的修正(见图4)

由于滚子在斜线槽中的运动轨迹并非走 弦线长，而实际上是走弧线长。因此，为了 保证转位时的平稳，必须对曲线进行修正°

6.1求P点的修正值X

P点的 Y值：Y = rcosa

P点的X值，如为R2=(R-X)iY

.所以(R-X)JR2—丫£

(下转第人页＞

 

线在X0Z坐标平面上的投影近似于圆，其最 大误差仅为0.216 mm,足以满足实际生产中 的焊接需要。因此，在这种条件下可以用焊 接件的圆周运动和焊枪头的直线运动即可近 似地合成所需要的空间焊缝曲銭，而不必使 焊枪头作三维空间运动进行焊接。这种替代 大大地简化了这种焊接机的结构，可作为误 类自动焊接机设计的理论依据。