從動桿

從動桿結構包括齒圈、滾子、從動桿、輸入軸、輸出軸、偏心輪、機架,輸出軸上固裝有偏心輪,輸出軸一端支承在機架上,另一端支承在系桿架的軸孔內,偏心輪與從動桿相接觸,從動桿裝置在系桿架的導路上,從動桿另一端上裝有滾子,滾子與齒圈諧波廓線相嚙合,齒圈固定裝置在機架上,系桿架與輸入軸為一體,其迴轉中心與輸出軸迴轉中心重合。

從動桿分類

按從動桿的形狀分

1.尖頂從動桿

如圖中(D)、(G)所示,它能與任何形狀的凸輪保持接觸,以實現從動桿的運動規律,但尖頂易磨損,適用於作用力較小的低速凸輪機構。

2.滾子從動桿

如圖中(E)、(H)所示,在從動桿上安裝了一個可以轉動的滾子,可減少磨損,增大承載能力,因此套用最廣。

3.平底從動桿

如圖中(F)、(I)所示,從動桿與凸輪輪廓表面接觸的端面為平面,受力平穩,利於潤滑,但不能與凹形凸輪輪廓接觸,常用於高速重載凸輪機構。

從動桿 從動桿

按從動桿的運動形式分

1.直動從動桿

正置和偏置凸輪機構 正置和偏置凸輪機構

如圖中(D)、(E)、(F)所示,從動桿相對於機架往復移動。如圖正置凸輪機構中,若從動桿的導路通過凸輪轉動巾心,稱為對心直動從動桿;如圖偏置凸輪機構中,若從動桿的導路中心偏離轉動中心一定距離e(偏心距),稱為偏置直動從動桿。

2.擺動從動桿

如圖中(G)、(H)、(I)所示,從動桿相對機架做往復擺動。

從動桿的材料

工作時,由於從動桿與凸輪直接接觸,工作表面容易磨損,可能因此產生衝擊,所以要求凸輪和從動桿的工作表面硬度高,耐磨而心部有良好的韌性。一般來說,凸輪最常用的材料是45鋼,經調質處理後使用。如相對速度較大,熱處理方法可改為表面淬火以提高其耐磨性。

工作時受衝擊、振動,要求表層硬的凸輪,可採用20Cr經滲碳淬火後使用,或採用40Cr表面高頻淬火後使用。與凸輪接觸處的從動桿材料,常用的是45鋼經表面淬火。要求較高的可用20Cr滲碳淬火或工具鋼T8、T10淬火後使用。

從動桿的常用運動規律

在工程設計工作中,設計凸輪輪廓必須首先知道從動桿的運動規律。在一般的情況下,從動桿的運動規律是不能隨便選擇的。它的選擇原則是,首先應滿足設計的機械工作性能的動作要求,同時要考慮到凸輪輪廓便於加工製造,以保證必要的精度且成本低。例如各種自動與中自動工具機及專用設備,為了使被加工零件獲得較高的表面光沾度,並使工具機或設備的載荷穩定,控制刀架的從動桿必須作等速運動。有的加工設備,要求加工的工作行程速度慢,而退刀的空回行程速度快,以節約非生產輔助時間,因此刀架作慢速進給,快速退回的運動規律。紡織機上的繞線凸輪機構,為了使紗線均勻地繞在滾筒上,必須使從動桿作等速運動。而對內燃機中控制氣門開閉的凸輪機構,要求保證進氣量大,氣門開閉愈快愈好,全開的時間愈長愈好,因此從動件的工作行程應該是等加速度和等減速度的運動規律。施工用的提升機,為了使提升斗獲得允許最大的提升速度,以提高生產率,但又要保證安全,因此操縱電機的凸輪機構,應使提升機開始以等加速度上升,當增至允許的最大速度時作等速提升,快提升至目的地時則作等減速提升,最後停在要求的位置。

從動桿的運動規律種類較多,下面只介紹一種常用的從動桿運動規律——等速運動規律。

等速運動規律,即當凸輪等速迴轉時,從動桿在凸輪作用下,其速度等於常數。即
v=v=常數
S=vt
a=0

位移、速度、加速度線圖 位移、速度、加速度線圖

由上式可知從動桿的速度線圖為一水平直線如圖(b)所示;位移線圖為一傾斜直線如圖(a)所示;加速度線圖為與橫坐標重合的直線如圖(c)所示。

當從動桿運動時,由於速度為常數,所以加速度必然為零。在運動開始和終了時,由於速度突然改變,由0變至正v或由正v變至負v,或由負v變至0, 故在上述各點,理論上的瞬時加速度趨於無窮人, 即a=dv/dt→∞。

從理論上分析,上述各點加速度為∞,而從力學中知F=ma,則各點將產生無窮大慣性力, 但在生產實踐中發現,由於材料的彈性變形等因素影響,上述慣性力不可能是無窮的。

阿基米德螺旋線的繪製 阿基米德螺旋線的繪製

當從動桿作直線往復運動,且從動桿的導路通過凸輪的迴轉中心,即對心式直動尖端從動桿凸輪機構如圖5—18所示。當從動桿按等速運動規律運動,凸輪按等角速度迴轉,此時畫出的凸輪輪廓曲線是阿基米德螺旋線。其作圖方法:①以O為圓心,OO為半徑畫一圓,截取圓心角中¨ 並等分為四等分,②延長OO至4點令O4等於導程h,並將O4也等分為四等分,③分別以O為圓心,O1、O2、O3、O4為半徑畫圓弧,分別與相應的從O作的等分角幅射線相交於0ˊ、1ˊ、2ˊ、3ˊ、4ˊ,④最後光滑連線0ˊ、1ˊ、2ˊ、3ˊ、4ˊ各點即得阿基米得螺旋線。

在生產實踐中,要加工阿基米德螺旋線的凸輪、也很方便,只要利用萬能銑床,將工件卡住後,使銑床工作檯按一定比例關係轉動和移動,則在銑刀切削下,工件走過的軌跡即是。
這種運動速度規律的優點是得到被加工的零件光潔度較高,工具機工作時載荷平穩,凸輪製造工藝簡單,成本低。缺點是開始運動或停止運動時易產生衝擊,只適用於低速運動的機器設備。

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