毕业设计-槽轮机构加工工艺设计及编程(2)

广东工程职业技术学院毕业设计（论文）

部件设计以及装配，而是否存在干涉都是根据经验来考虑的，免有疏忽。另外，在以往的设计中对于机构的分析做得非常的少，一是在充分保证刚度、强度的情况下，这样势必造成材料的浪费和价格的上升。这样槽轮机构的研制、改进及优化对于本课题来说是非常必要的。

通常在以往的槽轮设计方法中机械设计人员要查找许多的图表利用的公式计算、并考虑众多的因素对其进行不断地校核。而在各过程中只要有一个参数的设计要求发生了稍许的变化就需要再一次进行类似的重复性。这样的设计效率低、机构可靠性差。为此，开发这套集成了CAD/CAE能的槽轮机构设计系统，把这些繁琐的计算以及相关的设计知识融入其中，通过软件强大功能来实现整个机构的设计。对于用户来说，只要简单地输入几个关键尺寸值即可得到所需结构，并利用运动仿真模块可以对槽轮机构进行运动仿真分析。

总体来说，应用参数化设计技术起到了提高设计效率、优化设计方案、减轻员工的劳动强度、缩短设计周期、加强产品设计的标准化、系列化等作用。对于三维建模和运动仿真，Solid Works拥有友好的操作界面和强大建模功能，综合其丰富的API接口，利用VB6.0编制Solid Works二次开发插件，希望由此建立的槽轮机构设计软件，对于槽轮的快速设计有大的意义。

目前CAD技术在一些先进的工业国家已经得到了广泛的应用。在美国，CAD/CAM公司已超过300家，日本有80%以上的公司在不同程度上应用了CAD技术。CAD的应用领域从大规模生产企业，发展到中、小型民用工业。同时，基础软件的商品化工作在这些国家发展尤为迅速，相继推出具有强大绘图功能的图形软件，如美国Autoudesd公司的AutoCAD、SDRC公司的I-DEAS、EDS公司的Unigraphics、PTC公司的Pro-Engineering、法国Dassault公司Solidworks等等。另外，在有限元分析、优化设计、数据库管理系统等方面的技术日益成熟的情况下，也相继推出了许多实用性很强的商品化分析软件，ANYSYS、ADAMAS、NATSARN等，极大地促进了CAD技术在企业中的应用。

我国对CAD技术的研发始于70年代，当时我国计算机应用尚处于萌芽阶段，二维CAD图纸设计是我国最早应用的CAD技术。从80年代初，CAD技术经历了“六五”探索，“七五”技术攻关，“八五”普及推广，“九五”深化应用四个阶段。CAD技术在我国机械行业应用较早，并得到迅速发展，也取得一些重要的应用成果。一些大型企业逐渐引进国外的一些成熟的CAD系统，并在其基础上进行二次开发，开发一些适应本企业产品的系统，目前这些方面取得了相当的成果，也取得了一定的经济效益。另外，也有一些科研独立开发自己的CAD系统，如北京高华计算机有限公司的高华CAD，北京海尔软件有限公司（原北京航空航天大学华正软件研究所）的CAAX电子图板和CAXA-ME制造工程师软件，浙江大学电子信息工程有限公司的GS-CAD98，广州红地技术有限公司的金银花(Lonicera)系统，华中理工大学机械学院

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开发的开目CAD等。但从软件的总体设计以及功能等各方面来说，与国外的软件间存在着较大的差距。

参数化是CAD系统一直以来所追求的目的。参数化设计能够极大地提高设计效率。通过尺寸驱动既能为用户提供设计对象的直观、准确的反馈，随时对设计对象加以更改，同时减少设计中的疏忽。在先进的CAD软件设计过程中所涉及到的所有参数都可以当作变量，可以建立互相间的约束关系式，添加程序逻辑。这些变量间的关系可以跨越CAD软件的不同模块，从而实现设计数据的全相关。参数化是实现机械设计自动化的前提和基础，参数化设计的前途不可限量。

槽轮机构具有结构简单、转动效率高、设计和制造方便等优点，所以广泛地应用于轻工、食品、制药和烟草等行业的自动机械中，用于实现周期性间歇运动。槽轮机构一般应用在转速较低且要求间歇地转动的场合。我国对槽轮机构的应用和研究已有多年历史，目前仍在继续扩展和深入。1983年全国第三届机构学学术讨论会上关于槽轮机构的论文只有8篇，涉及设计、运动规律、分析、轮廓的综合等四个研究方向。到了1988年第六届会议，已有槽轮机构方面的论文20篇，增加了动力学、振动、优化设计等研究方向。而1990年第七届会议，槽轮机构方面的论文22篇，又增加了CAD/CAM、误差分析等研究方向。

近几年，为了适应槽轮机构设计与制造的需要，还开展了槽轮机构的动力学理论和试验研究，建立了动力学模型，进行了动力特性分析，这些研究有利于提高槽轮机构的运行速度和改善槽轮机构的动态性能。计算机辅助设计系统及专家系统也有了相当的研究，计算机辅助设计系统及专家系统成为现代机构设计的主要手段。它将机构概念、知识、理论和方法以及设计专家的经验和智慧与计算机系统的逻辑推理、分析、判断、数据处理、图形显示等功能密切结合、以简便、快速地完成设计任务。现在槽轮机构已经在包装机械、食品机械、纺织机械、交通运输机械、动力机械、印刷机械等领域得到了广泛应用。但是，与先进国家相比，我国对槽轮机构的研究和应用还存在较大的差距，尤其是在对振动的研究、槽轮机构的加工及产品开发等方面。

虽然已有很多学者对槽轮机构的研究做了相当多的工作，但在各研究方向仍有许多可继续进行的工作，并有一些研究工作有待开发。从设计的角度考虑，大致有以下几点：

（1）在从动件运动规律的研究方面，除了继续寻找更好的运动规律外，要研究有效的分析方法。

（2）在几何学和运动学的研究方面，要综合考虑各种槽轮机构，尽可能导出普遍适用的计算公式。已有研究大多集中于平面和圆柱槽轮，而且一种槽轮一种研究方法，因而设计公式过多，近似较多，并影响到其他方面（如CAD的应用等）的研究。

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（3）发展通用而有效的CAD系统。由于种种原因，计算机在槽轮机构设计中的应用一直被局限于几种平面和圆柱槽轮机构，且每一程序一般只能处理一、二种机构，对比较完整的CAD系统的研究，在近十几年才开始，且很不完善。

（4）引入专家系统或人工智能CAD系统。由于槽轮机构不是标准机构，种类多，应用广，加之许多已有的知识不能公式化，所以应用普通的CAD系统，有时效果并不很理想。如果引入专家系统，则可以获得较为理想的结果。

（5）加强对槽轮机构的运动学特性和动力学特性的计算机模拟，以提高设计质量和缩短产品研制周期。

（6）研究的CAD/CAM一体化。

（7）槽轮机构作为引导机构的研究和应用。

（8）槽轮机构与其他机构组合。为改善直线槽轮机构的动力特性，可采用其他机构，如连杆、凸轮、齿轮机构与槽轮机构组合应用。组合机构的通常是通过改变主动拨盘的速度，以减小拨盘圆销进、出槽轮的柔性冲击。组合机构虽然在不同程度上改善了槽轮机构的动力性能，但是由于组合机构的结构较为复杂，因而增加了设计的难度。而且构件数目的增多，机构占有的空间也有所增大，同时也增大了积累误差，从而影响了定位精度，因此实用价值较低。

（9）槽轮机构的结构改进。先阶段的研究热点是曲线槽轮机构，即将槽轮轮廓线由直线改为曲线，以实现消除柔性冲击、改善动力性能的目的。

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第二章 槽轮机构的设计与分析

第一节、槽轮机构的工作原理、特点及应用

工作原理：槽轮机构主要由带有圆销的拨盘、具有竟、径向槽的槽轮及机架组成。主

动销轮顺时针作等速连续转动，当圆销未进入径向槽时，槽轮因内凹的锁止弧被销轮外凸的锁止弧锁住而静止；圆销进入径向槽时，两弧脱开，槽轮在圆销的驱动下转动；当圆销再次脱离径向槽时，槽轮另一圆弧又被锁住，从而实现了槽轮的单向间歇运动。（如下图） 槽轮机构分内啮合槽轮机构、外啮合啮合槽轮机构。内、外啮合时槽轮机构中槽轮的转向与拨盘转向的关系：拨盘上的圆销可以是一个，也可以是多个，拨盘转动一周，槽轮转动两次。 槽轮机构结构简单.制造方便、转位迅速，但转角不能调节，当槽数z确定后，槽轮转角即被确定。由于槽数z不宜过多，所以槽轮机构不宜用于转角较小的场合。槽轮机构的定位精度不高，只适用于各种转速不太高的自动机械中作转位或分度机构。单轴转搭自动车床的转刀架及转位机构就是应用槽轮机构的的一个例子。其中拨盘、槽轮和机架组成一槽轮机构。

2、槽轮机构的几何尺寸计算

槽轮机构的中心距a是根据槽轮机构的应用场合来选定的。槽轮的轮槽数z和圆销数是根据具体工作要求，并参考前述分析确定的。如果中心距a、轮槽数z和圆销数κ已知，则其他几何尺寸可相应算出。

（槽轮机构运动示意图）

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第二节 外槽轮机构角速度和角加速度的分析

通过下面的公式分析可以得出角速度和角加速的系数：

1. 运动系数与槽数的确定

在一个运动循环中，槽轮的运动时间t2与销轮的运动时间t1之比，称为运动系

数，用τ表示。

对于外槽轮机构为了避免或减轻槽轮在开始转动和停止转动时的碰撞或冲击，圆销在开始进入径向槽或从径向槽脱出的瞬时，圆销中心的线速度方向均沿着径向槽的中心线方向，以便槽轮在启动和停止时的瞬时角速度为零。 2 2

式中z为槽轮的槽数。

主动件以等角速度ω1转动时，槽轮转动一次所需的时间为t2 =2

10

+ 2

20

=π

20

10

=π- 2=π-(2π/z)

10

/ω1 。

当主动拨盘对称均布有k个圆销时，则主动拨盘转过2π/k 角度便完成槽轮的一个运动循环，其所需的时间为t1 =2π/ [kω1]，因此τ的值为

同理，对于内槽轮机构τ的值为(z+2)/2z

由上式可知，由于外啮合槽轮机构的运动系数τ应大于零，因此其槽数 z 应大于3。当 K = 1 时, z 不论多少,τ总是小于0.5，即外啮合槽轮机构的运动时间

总是小于停歇时间。

此外，由于槽轮机构是作间歇运动的，故必须有间歇时间，所以运动系数τ总是小于1，因此 k 与 Z 的关系应为k<2z/(z-2)，常取 z = 4 ～ 8 。 当要求拨盘转一周，槽轮

k次停歇的时间互不相等时，则可将圆销不均匀分布

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