程長(zhǎng)　何清　叢永超

【摘 要】本文意在介紹一種偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由5個(gè)動(dòng)力源構(gòu)成。其中1個(gè)動(dòng)力源提供主軸常態(tài)旋轉(zhuǎn)，2個(gè)動(dòng)力源使主軸上下收縮，另外2個(gè)動(dòng)力源實(shí)現(xiàn)偏心旋轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)向2個(gè)不同矢量方向偏心旋轉(zhuǎn)。通過控制2個(gè)偏心動(dòng)力源的運(yùn)作時(shí)間，可由此2個(gè)偏心旋轉(zhuǎn)的矢量合成一個(gè)復(fù)雜的偏心旋轉(zhuǎn)曲線，從而實(shí)現(xiàn)其加工生產(chǎn)的功能。

【關(guān)鍵詞】偏心；旋轉(zhuǎn)；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

0.引言

在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)加工領(lǐng)域我們常常用到偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來滿足生產(chǎn)線某些產(chǎn)品特定工藝加工生產(chǎn)的要求。例如，利用偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)清洗產(chǎn)品內(nèi)孔；利用偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)塑化產(chǎn)品進(jìn)行造型處理；利用偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)打磨產(chǎn)品外表面輪廓等等。然而對(duì)于動(dòng)作曲線單一的偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)我們不難實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于動(dòng)作曲線復(fù)雜偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)卻不易實(shí)現(xiàn)。本文所介紹的偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是用于汽車剎車系統(tǒng)中的卡鉗內(nèi)孔的洗刷，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)作曲線復(fù)雜的偏心旋轉(zhuǎn)。

1.機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成

此偏心結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)有別于常規(guī)設(shè)計(jì)。如圖1所示，此偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出軸19.主軸為直軸而不是偏心軸，19.主軸自身不會(huì)實(shí)現(xiàn)偏心旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，其偏心旋轉(zhuǎn)動(dòng)作是靠8.大偏心套筒和18.小偏心套筒旋轉(zhuǎn)從而迫使19.主軸偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。

此偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由5個(gè)動(dòng)力源組成。圖1所示4個(gè)動(dòng)力源，它們分別是22.小擺動(dòng)氣缸，23.氣動(dòng)馬達(dá)，24.氣缸，25.氣缸。另外1個(gè)動(dòng)力源是1個(gè)可以360°旋轉(zhuǎn)的齒輪齒條擺動(dòng)氣缸，其于一個(gè)同步帶輪相連，通過同步帶與9.偏心帶輪相連，為提供其偏心旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。22.小擺動(dòng)氣缸與10.小齒輪相連，小齒輪與17.偏心齒輪相互嚙合，偏心齒輪又與15.套筒相連，最終把動(dòng)力傳遞在套筒上，為整個(gè)機(jī)構(gòu)提供偏心旋轉(zhuǎn)的另1動(dòng)力。23.氣動(dòng)馬達(dá)通過與11.聯(lián)軸節(jié)螺紋連接（螺紋旋向要與1.刷子的旋轉(zhuǎn)方向一致），11.聯(lián)軸節(jié)再通過鍵連接把23.氣動(dòng)馬達(dá)的扭矩傳遞給輸出軸19.主軸，從而提供1.刷子旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。通過調(diào)整23.氣動(dòng)馬達(dá)的輸入氣壓的大小及流量可以控制其轉(zhuǎn)矩的大小及轉(zhuǎn)速的快慢。24.氣缸與25.氣缸他們的行程不同，分別與12.連接塊和16.氣缸頭連接塊相連，12.連接塊在抱死23.氣動(dòng)馬達(dá)的同時(shí)又與15.套筒相連，當(dāng)氣缸收縮就會(huì)帶動(dòng)12.連接塊、23.氣動(dòng)馬達(dá)、15.套筒、11.聯(lián)軸節(jié)、19.主軸等等運(yùn)動(dòng)，最終作用在1.刷子上使其上下運(yùn)動(dòng)。氣缸不同的行程控制主軸可上下運(yùn)動(dòng)不同的長(zhǎng)度。在此機(jī)構(gòu)中的1.刷子為易損件， 所以在工作時(shí)必須實(shí)現(xiàn)可快換1.刷子。為此3.刷子下接頭設(shè)計(jì)成十字開口錐面的形狀， 2.刷子上接頭內(nèi)部也設(shè)計(jì)成錐面形狀（比3.刷子下接頭的錐度?。?，通過與3.刷子下接頭螺紋相連擰緊，其錐面就會(huì)擠壓3.刷子下接頭的錐面以達(dá)到鎖死1.刷子的目的。

圖1 偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成

1.刷子2.刷子上接頭3.刷子下接頭4.銷子5.大法蘭盤6.襯套7.固定套筒8.大偏心套筒9.偏心帶輪10.小齒輪 11.聯(lián)軸節(jié)12.連接塊13.墊圈14.氣缸連接板15.套筒16.氣缸頭連接塊17.偏心齒輪18.小偏心套筒19.主軸20.軸端擋圈21.小法蘭盤22.小擺動(dòng)氣缸23.氣動(dòng)馬達(dá)24.氣缸25.氣缸26.軸套27.密封圈28.密封圈

2.機(jī)構(gòu)的基本原理

此偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)基本的工作原理圖如下圖2所示，其中19.主軸為輸出軸由24.氣缸和25.氣缸帶動(dòng)可上下運(yùn)動(dòng)，又由23.氣動(dòng)馬達(dá)提供動(dòng)力圍繞中心Oa實(shí)現(xiàn)自身持續(xù)旋轉(zhuǎn)。18.小偏心套筒由22.小擺動(dòng)氣缸傳遞動(dòng)力，使其可圍繞Ob旋轉(zhuǎn)，從而迫使19.主軸偏轉(zhuǎn)，通過調(diào)整22.小擺動(dòng)氣缸擺角的死擋角度可調(diào)整19.主軸偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角量。8.大偏心套筒由機(jī)構(gòu)外接的可360°旋轉(zhuǎn)的齒輪齒條氣缸提供動(dòng)力，其可圍繞Oc點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，從而迫使18.小偏心套筒旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。19.主軸、18.小偏心套筒和8.大偏心套筒相互配合作用，可使輸出軸端的1.刷子生成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡。通過調(diào)整5個(gè)動(dòng)力源運(yùn)行的快慢以及相應(yīng)的擺角即可實(shí)現(xiàn)軌跡相應(yīng)的變化，從而達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的需求。

圖2 偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本工作原理

3.機(jī)構(gòu)的運(yùn)作分析

下面簡(jiǎn)單介紹此機(jī)構(gòu)運(yùn)作流程。整個(gè)機(jī)構(gòu)以PLC控制閥島，22.小擺動(dòng)氣缸23.氣動(dòng)馬達(dá)24.氣缸25.氣缸等等相應(yīng)的閥片都集成在閥島上，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)加工動(dòng)作過程的全自動(dòng)化。第1步，PLC控制閥島使23.氣動(dòng)馬達(dá)接通氣源帶動(dòng)19.主軸持續(xù)旋轉(zhuǎn)，1.刷子連同旋轉(zhuǎn)；第2步，24.氣缸縮回使1.刷子伸出到工作位；第3步，22.小擺動(dòng)氣缸擺動(dòng)帶動(dòng)9.主軸偏轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)1.刷子偏轉(zhuǎn)；同時(shí)機(jī)構(gòu)外接的可360°旋轉(zhuǎn)的大擺動(dòng)氣缸擺動(dòng)，間接帶動(dòng)1.刷子向另一方向偏轉(zhuǎn)；同時(shí)氣缸25縮回帶動(dòng)1.刷子在偏心旋轉(zhuǎn)的同時(shí)伸長(zhǎng)。第3步動(dòng)作運(yùn)作完成后按原步驟返還，回歸0位。

4.結(jié)束語

本文詳盡的闡述可偏心旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)組成、基本原理以及運(yùn)作分析的概況，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)別出心裁，現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用具有運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，靈活性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。由此機(jī)構(gòu)生成的合成運(yùn)動(dòng)曲線可根據(jù)使用者所要完成的加工需求來進(jìn)行相應(yīng)的柔性調(diào)整。此機(jī)構(gòu)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其是汽車零部件加工生產(chǎn)方面有著十分重要的參考價(jià)值。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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[2]劉延柱，楊海興，朱本華.理論力學(xué).高等教育出版社，2005，12.