1. 概 述

包裝機械運動的形式是多種多樣的。其 中有許多機構，要作連續運動，如連續的轉 動或移動，連續的往複擺動和往複移動。這 些運動形式可用齒輪機構，連杆機構和凸輪 機梅等實現。還有一些機構要作繼續運動， 如轉位凸輪機構，馬爾他機構，轉輪機構， 久齒齒輪機構等等。

馬爾他機鞫即槽輪機構，它從停到動和 從動到停的瞬時，角加速度都有一個突然的 變化。因此，槽輪同其傳動軸上的慣性負荷 都有一個突然的變化。這種變化實質上就是 一次衝擊和振動。而蘇輪機構雖然結構比較 簡單.，但是由於結構上的限製，其動作準確 度較差。另外，在高速使用時有衝擊和噪音。 欠齒齒輪機構，其動力特性則有舸顯的欠 缺。因此，現代包裝機的間歐運動機構，大 多釆用轉位凸輪機構。它比起上述間歇運動 機構有其得天獨厚的憂點：

(1)裝配方便，運動平穩可靠I

<2>可以獲得轉位與停位的任何時間比 例

3. 具有足夠的剛度*
4. 轉位凸輪機構本身能起到定位作 用，不需要附加其它定位裝置；
5. 可以使夙動件獲得任何給定的運動

規律。                              -

2. 轉位凸輪的類型

轉位凸輪按其運動形式可分為連續旋轉

和斷續旋轉兩種。

連續旋轉的轉位凸輪結構簡單，工作可 靠,一般都是等速旋轉°它的轉位角B和空 程轉角a之比，就是轉位時間與靜止時間之 比，而靜止時間正是包裝機用來完成產品的 包裝工藝時間，因此轉位角B一般在60—120 範圍內。對於斷續旋轉的轉位凸輪，按時接 通旋轉和停止，都必須有專門的發令件和離 令器加以控製，顯然結鞫就比較複雜。由於 其轉位角B不直接影響包裝機的效率，故一 般選擇在240以下。在什麽情況下采用連 續旋轉的轉位凸輪，在什麽情況下釆用斷續 旋轉的轉位凸輪，需要在轉位凸輪的直徑計 算之後來確定。一般在凸輪直後不太大的情 況下應釆用連續旋轉的轉位凸輪。

轉位凸輪的曲線槽有兩種。一種是矩形 槽，它的優點是製造簡單，成本低.另一種 是梯形槽，其優點是：(1)能使滾子在梯形 曲線槽中與工作麵接觸的各點線速度相同， 從而減少磨損，(2)工作麵在運轉中逐漸磨 損後，可以降低滾子盤與轉位凸輪之間的距 離，使滾子與工作麵重新剤配，修複方便。

梯形槽的夾角2 a是按滾子與曲線槽在 接觸錢上無滑動來確定的。若某一轉位凸輪 半徑R = 134 mm,半徑處槽寬為35 mm,則 tg a =                             a = 7°26' 2a=14°52'

夾角2 a的頂點必須在凸輪的軸線上，通 常2 a在17°左右(見圖1 ) 式中：K,—負荷的衝擊係數

Pg—在傳動中產生的最大力（蛇）

a.”一從動作的最大加速度

因此從上式可以看出，在整個係統設計 後，在傳動中產生的最大力Pg和從動件係 統的質量是一個常數，而隻有加速度的變化, 才是導致衝擊載荷增大和產生振動的主要因 素。    -'

3. 運動規偉的分忻

餘弦運動規律（即簡諧運動曲線〉在分度 轉位機構中的應用：首先，分析一下轉位凸 輪轉位曲線的運動規律。它對傳動機構的結 構和工作性能有很大的影響，國此，必須根 據對傳動機構提出的要求來選擇恰當的運動 規律。

傳動機構的要求是：

<1）在可能允許的最短時間內，轉動應 平穩，無衝擊和振動

<2）傳動機構的零件應具有較高的耐磨 性；

<3）停位和定位應具有較高的精度。

為了滿足第一個要求，必須保證在運動 過程中不產生剛性和柔性衝擊，即不應產生 由於運動加速度的變化而引起慣性力的大小 和方向的瞬時改變。由於餘弦運動規律設計 簡單，易於理解，性能良好等特點，轉位凸輪 轉位曲線一般釆用餘弦加速度由線。餘弦加 速度規律雖然在運動的始末，加速度發生有 限的突變，會產生柔性衝擊.但在中點處加 速度為零，不產生衝擊，且在整個行程中餘 弦加速度的變化是圓滑的（見圖2 Jo

加速度的變化將引起衝擊載荷的顯著增為了滿足第二個要求，即零件的高度耐 磨性，這個問題不僅要選用硬度和耐磨性好 的材料，同時應減小工作中產生的負荷。

產生負荷的原因有，

<1）阻力（磨擦，行程控製警等、

<2）慣性作用力，

<3）衝擊負荷，

E）壓力角。

在設計現代包裝機用轉位凸輪時，阻力 一般不可能減少。當選用餘弦運動規律時， 一般不會產生衝擊。因此，在設計時，主要 隊慣性力和壓力角來考慮，•從而改進工作性 能和提高其使用壽命。

慣性力由從動件的加速度決定：

Pwh = m・a

式中t PwH—慣性力（kg）

m—從動係統的質量（kg-s2/m） a —從動件的加速度（m/s2）

轉位凸輪不但給滾子傳遞運動，而且也 傳遞力。從傳力的視點看，希望壓力角越小 越好，但壓力角越小，則凸輪的尺寸越大。 通常轉位凸輪的壓力角限製在30°〜40°範圏 內。既然壓力角有限製315麽在轉位凸輪輪廓 設計完後，就需要檢驗一下輪廓上的最大壓 力角是否超過規定範圍。如果超過較多，就 需要加大等基圓半徑重新設計輪廓,如果壓 力角很小，說明設計的輪廓傳力比較輕快3 但如果凸輪尺寸較大，就需驀減小基圓半徑 修改設計，這些都要根據設計中的具悻情況 來決定。

轉位凸輪直徑的計算，

D = q—-

q t.tg Qm„

式中，D—凸輪直徑

T—包裝機工作周期＜s ）

H—轉位盤移動的位向距離《mm） 氐一轉位時間（s ）

。皿一最大允許壓力角

q—運動規律係數《餘弦運動規律q = 0.5）

由於轉位凸輪和滾子之間理論上是線接 觸，應力較大，故要求表麵硬度高、耐磨， 具有足夠的表麵接觸強度。因此，轉最凸輪 的選材，一般說來，對於壓力角較小的釆用 球墨鑄鐵QT60- 2或釆用優質灰鑄鐵HT 20-40, HT 25-47等材料扌壓力角較大的常 用20Cr滲碳淬火（滲碳深度

HRC56~62）或用45, 40Cr, GCr 15表麵淬 火HRC40—50,表麵高頻淬火HRC52-58d 為了滿足第三個要求，在設計時，柱銷 一般要選用窄係列的滾動軸承。為提高傳動 精度,軸承在裝配時應采用預緊方法，以消 除其徑向遊隙。在裝配轉位凸輪和滾子轉盤 時，可以利用控製中心距的辦法，使滾子表 麵和轉位凸輪輪廓間造成預緊。

轉位凸輪的運動規律亦和其它凸輪機構 一樣，有許多類型。現對餘弦加速度曲線（即

簡諧運動強線)與正弦加速度弦曲線(即擺線 曲線)運動規律(見附表)。

4. 轉位凸輪的設計

硯舉例說明轉位凸輪輪廓尺寸的設計： 如某廠要設計一燈泡包裝機，其生產能 力為1200隻/ h ,設計生產能力為Q = 1250隻 /ho

4.1 要求每隻燈泡的工作時間t總
臨=盜=2.883)

4.2求出工作轉盤的轉位時間壇 壇=罕=0.723)(選用轉位

4

凸輪的轉位角為90°時)

停位時間tn = 2.16s

4.3求出轉位凸輪每轉一轉時工作轉盤 的轉角七

丫 =響=3°°(選用工作轉盤為12

工位時)

4.4求轉位凸輪推動工作轉盤的最大距 離H

設工作轉盤直徑為© = 200 mm(見圖3 )

R =100為工作轉盤的半徑，丫 =30為轉 角，A, B分別為轉盤上相鄰兩滾孑。

H = AB = AD+DB

因為：AD=DB = Rsin}

£

所以：H = 2Rsin； = 51.7638(mni)

JU

s 用公式計算轉位凸軸軸曲鰻在座標係 統中的Uh

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

式中：H曲線總行程

h對應於單位轉角a的曲線升程 a單位轉角

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

h2= H(l-COSa2)/2

S.2根據h = H(l -cosa)/2公式計算轉位 凸輪輪廓曲線在座標中的值h 當 al =0° 時，hl= H(1 -COS0-)/2 = 0

«2 = 30° 時，h2 = H(l-cos30°)/2

=3* 4682

ct3=60° 時，h3= H(l-cos 60°)/2

= 12.941

■ ,

a4 = 90° 時，h4 = H(1-cos90°)/2

= 25.8819

□ 5 = 120°時，h5 = H(l-cosl20°)/2

=38.8229

a 6 = 150°時，h6 = H(l-cos 150°)/2

= 48.2963

a 7 = 180°時，h7=H(l-cosl80°)/2

= 51.7638

6 轉盤凸輪花専曲錐的修正(見圖4)

由於滾子在斜線槽中的運動軌跡並非走 弦線長，而實際上是走弧線長。因此，為了 保證轉位時的平穩，必須對曲線進行修正°

6.1求P點的修正值X

P點的 Y值：Y = rcosa

P點的X值，如為R2=(R-X)iY

.所以(R-X)JR2—丫£

(下轉第人頁＞

線在X0Z坐標平麵上的投影近似於圓，其最 大誤差僅為0.216 mm,足以滿足實際生產中 的焊接需要。因此，在這種條件下可以用焊 接件的圓周運動和焊槍頭的直線運動即可近 似地合成所需要的空間焊縫曲銭，而不必使 焊槍頭作三維空間運動進行焊接。這種替代 大大地簡化了這種焊接機的結構，可作為誤 類自動焊接機設計的理論依據。