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凸轮分割器选型机理

Selection mechanism of cam indexing drive

间歇式分割机理应用

分割器原理中的间歇分割器的作用,入力轴的分割传动,规律的间歇运动,这个在实际生产应用中比较普遍的,在自动化组装系统的圆盘设计中,工位在确定好以后,利用间歇的时间差,完成钻孔、攻牙、塑胶键、金属零部件的安装等,在凸轮分割的作用下,完成运动和停止的工作,在实际的运用过程中,多个型号及种类的分割器进行组合,完成更加复杂连续的生产动作。

摇摆式分割机理应用

摇摆式的运作属于分割器的凸轮分割中所产生往复运动的原理,入力轴的连续旋转,在分割的作用下,出力轴作往复运动,在生产中,这种摇摆式的应用较常用在同一工序的两个加工动作,或两个不同的工序的同一加工动作中,在一些大型机械中,需要达到摇摆需求的部件中也常常被用到,有一些摇摆式的机械动作也习惯使用电机的极位切换的方式,但是,从使用中的稳定性上,还是分割器的优势多些。

升降式分割机理应用

升降式分割器原理主要的特点是完成升降生产动作,大部分在机械的升降动作中用到,特别是高速的生产动作,凸轮分割器的稳定性是其它设备所不及的,同样在这些升降动作需求中,无论从设计还是实际的应用中,所付出的成本同比分割器也是最低的。升降分割器所能实现的是高低工位的运作,或者是加工条件的需求,定向入力分割所实现的升降运动的功能。

任意分割式机理应用

任意分割的功能属于特殊功能的凸轮传动,在凸轮分割器的生产中,大部分属于规则的分割传动,如果需要不规则的时间间歇,那么,就需要借助电机的动停来实现时间间隔的控制。这种情况的控制方法是比较多的,采用信号凸轮的辅助,外加PLC控制组合等,另外,就是光电感应装置也会在这样的设施中普遍用到。值得一提的是,这种任意分割的情况使用,需要对分割器的选型做比较详尽的分析和计算,做到设备的运行稳定、能量消耗、和运作成本都能在理想的状态

凸轮分割器选型手册


曲线特性

凸轮曲线特性速度(Vm)、加速度(Am)、入力扭

矩(Qm)对凸轮分割机构的精度、寿命有非常大的影响、选定适当的凸轮曲线,

对凸轮机构而言,是一项重要的考虑因素。

一般而言,常用凸轮曲线为变形正弦曲线(MS),变形曲线(MT),变形等速度曲线(MV)其选用原则如下:

① 速度连续(包括开始及停止)

② 加速度连续(包括开始及停止)

③ 最大值Am、Vm及入力驱动扭矩Qm尽量小

④ 在高速轻负荷时,选用MS,MT(Am小/Vm大)

⑤ 在低速重负荷时,选用MS,MCV(Am大/Vm小)

⑥ 对速度及负荷状况不明时,以选用MS为最适合

凸轮分割器选型计算

例-1:在间歇式圆盘上的使用

选用适当大小及规格的间歇凸轮分割器所需的驱动马达,依据下列表格进行计算,如下图一所示的设计计算资料:

① 间歇分割器等份  8

② 停止时间 0.5秒

③ 分割时间 0.25秒

④ 转盘尺寸 Ф400×300

⑤ 夹具重量 4kg/组

⑥ 工件重量 0.5kg/组

⑦ 回转有效半径 150mm

⑧ 凸轮曲线 MS(变形正弦曲线)

解答:

1-1间歇分割定位等分:S=8

1-2转位角度θ=360°×0.25/(0.25+0.5)=120°

1-3入力轴之回转数:N=60/t2×θ/360=60/0.25×120/360=80rpm

1-4凸轮曲线是变形正弦曲线,因此Vm=1.76,Am=5.53,Qm=0.987

1-5负载安全系数fe=1.8

1-6摩擦系数μ=0.2


计算方法

(1)惯性扭矩:Ti

(a)转盘重量:W1,夹具重量:W2,工件重量:W3,则

W1=π×202×3×7.85×1/1000=29.59kg

W2=4×8=32kg

W3=0.5×8=4kg

(b)回转盘惯性矩:I1夹具惯性矩:I2,工具惯性矩:I3,各为

I1=W1R12/2G=29.59×0.22/2×9.8=0.060kgf·m·s2

I2=W2R22/G=32×0.152/9.8=0.0735kgf·m·s2

I3=W3R32/G=4×0.152/9.8=0.0092kgf·m·s2

(c)总惯性矩:I

I=I1+I2+I3=0.060+0.0735+0.0092=0.1427kgf·m·s2

因为是单导程,m=I

Ti=226.2Am×I·N2/S(θ/m)2

   =226.2×5.53×0.1427×802/8×120

   =9.916kgf·m

(2)摩擦扭矩:Tf

Tf=μ·W·R=0.2×(29.59+32+4)×0.15=1.968kgf·m

(3)工作扭矩:Tw

在间歇分割时没有作功,因此Tw=0

(4)以上总负载扭矩:Tt

Tt=Ti+Tf+Tw=9.916+1.968+0=11.884kgf·m

实际负载扭矩:

Te=Tt·fe=11.884×1.8=21.391kgf·m

入力轴扭矩:Tc,注:入力轴起动负载扭矩视为0,因此Tca=0

Tc=360/θ·S×Qm×Te=360/(120×8)×0.987×21.391=7.917kgf·m

计算所需之马力,假设马达的效率为60%

P=Tc×N×9.8/(9550×0.6)

  =(7.917×80×9.8)/(9550×0.6)=1.083kw

事实上,以上所计算之值为起动时的最大马力,而连续传动所需之马力

Pa=P×1/2=1.083×1/2=0.542kw

(5)选择适用之间歇分割器

根据以上所计算之资料以及入力轴之转数80rpm来选择,请参考说明书上所记录的,凡是出力轴扭矩高于以上所计算之Te值者均可选用。因为Te=21.391kg·m,所以应用RU-110DF。




凸轮分割器选型计算范例-1

1.间歇分割器在传送带上的应用

间歇分割器配合出力轴之齿轮装置应用于传动输送带,而使输送带移动之计算如下:


分割器

设计资料:

输送带输送间矩:239mm

加转角度:θ=120°

每行程运转时间2秒/周期

速度比

r=180/100=(n/m)

凸轮分曲线:变形正弦曲线(MS )

摩擦系数μ=0.2

Dc=输送齿盘之节径

Pc=输送带之横向节距

R=速度比

计算方法

2-1间歇分割定位等份:N

S=π×Dc×r/Pc=3.14×25.4×1.8/23.9=6

2-2设定2秒/周期时入力轴回转数

N=60/2=30rpm

2-3凸轮分曲线是变形正弦曲线,因此Vm=1.76,Am=5.53,Qm=0.987

2-4负载扭矩:Tf

1.静扭矩(惯性扭矩):Ti

(a)主动齿轮重量:W1=8kg,圆直径=Ф180

主动齿轮惯性矩:IA

IA=W1R2/2G=8×92/2×980=0.331(kg·cm·s2)

(b)输送带惯性矩

从动齿轮惯性矩:I2

I2=W2(R2+r2)/2G=5(52+2.52)/2×980=0.08(kg·cm·s2)

传动轴之惯性矩:I3

I3=W3·r2/2G=(4×2.52)/(2×980)×2=0.026(kg·cm·s2)

链轮之惯性矩:I4

I4=W4(Re2+r2)/2G=5(12.72+2.52)/(2×980)×4=1.71(kg·cm·s2)

④链条之惯性矩:I5

I5=W5Re2/G=10×12.72/980=3.29(kg·cm·s2)

⑤夹具之惯性矩:I6

I6=W6Re2/G=0.7×12.72/980×10=1.15(kg·cm·s2)

⑥工件之惯性矩:I7

I7=W7Re2/G×4=1×12.72/980×4=0.658(kg·cm·s2)

⑦因此输送带之总属性矩:I

IB=I2+I3+I4+I5+I6+I7

=0.08+0.026+1.71+3.29+1.15+0.658=6.914(kg·cm·s2)

(c)输送带之有效总惯性矩:IBe

IBe=IB(n/m)2=6.914×(180/100)2=22.4(kg·cm·s2)


(d)总惯性矩为(a)+(b)之和

I=IA+IBe=0.331+22.4=22.731(kg·cm·s2)

(e)出入轴最大角加速度:α

α=Am2π/S(360/θ×N/60)2=5.53×2×3.14(360/120×30/60)2=13.03(rad·s2)

(f)静扭矩(惯性扭矩)

TI=I·α=22.731×13.03=296.18(kg·cm)

2-5摩擦扭矩:Tf

(a)输送带上之摩擦扭矩:摩擦负荷应等于滑动面上链条和

夹具的一半重量和工件全部重量所造成之摩擦力。

Tf=μ·W·R=0.2×4+0.7×10/2+10×2/2×12.7=44.45kg·cm)

(b)输送带之有效摩擦扭矩:Tfe

Tfe=Tfn/m=44.45×180/100=80kg·cm)

2-6工件扭矩:Tw

在间歇分割时没有作功,因此Tw=0

2-7负载扭矩:Tt

Tt=Ti+Tfe+Tw=296.18+80+0=376.18(kg·cm)=3.76(kg·m)

2-8实际负荷之扭矩:Te,安全负荷之因数fe=2

Te=Tf·fc=3.76×2=7.52

2-9入力轴扭矩Tc

Tc=360/S·1/θ·Qm·Te+Tca=0

注:入力轴起动负载扭矩视为0,因此Tca=0

Tc=360/6×1/120×0.987×7.52+0=3.71

2-10计算所需之马力:P

所设马达的效率η=60%

P=Tc×N/975×η(kw)

以上所计算之值为起动时之最大马力,

面实际运转所需马力为计算值之1/2=0.19×=0.095kw

2-11选择所适用之间歇凸轮分割器

根据以上计算资料所得入力轴为30rpm,参考目录上各种之资料及扭矩来选择之规格Te=7.52(kg·m);应选RU70DS。


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