旋回機(jī)構(gòu)工作原理及運動規(guī)律分析

摘 要 本文主要介紹了旋回機(jī)構(gòu)工作原理，并對其運動規(guī)律進(jìn)行了分析，對瓷質(zhì)磚拋光磨頭研發(fā)有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞 旋回機(jī)構(gòu)，工作原理，運動規(guī)律

1引言

瓷質(zhì)磚拋光磨頭是瓷質(zhì)磚拋光機(jī)上的重要部件。其工作特點是：磨塊工作面為圓弧面，磨盤上的六個T形磨塊在隨磨盤轉(zhuǎn)動的同時，自身以一定的速度往復(fù)擺動。

為實現(xiàn)磨塊工作時的往復(fù)擺動，有多種機(jī)構(gòu)供選擇。目前最常見的有凸輪式和旋回式兩種形式，其中凸輪式結(jié)構(gòu)簡單，但使用中易磨損；旋回式結(jié)構(gòu)及原理相對較復(fù)雜，但使用壽命較長；兩者運動特性也各有不同。

下面就旋回機(jī)構(gòu)的工作原理及運動規(guī)律進(jìn)行相關(guān)分析和討論。

2工作原理

如圖1，斜盤5與齒輪7固聯(lián)在一起，轉(zhuǎn)盤4與斜盤5通過軸承8聯(lián)接，轉(zhuǎn)盤4與活動銷(3件)3鉸接，且向外伸出，活動銷3與擺桿1通過滑套2插接。當(dāng)斜盤5在齒輪7驅(qū)動下繞軸套6旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)盤4通過活動銷3使得滑套2的中心繞K點上下擺動，從而驅(qū)動各主動擺桿，各主動擺桿通過錐齒，使得各從動擺桿相應(yīng)擺動，從而形成了各擺桿“此起彼伏”的運動效果。 文章內(nèi)容：

1擺桿 2滑套 3活動銷 4轉(zhuǎn)盤 5斜盤 6旋轉(zhuǎn)軸套 7齒輪 8軸承

圖1 機(jī)構(gòu)原理圖

該機(jī)構(gòu)是如何實現(xiàn)預(yù)定運動的呢？圖2所示的是該機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵元件斜盤5，其特征是安裝運動元件的設(shè)計中心線與實際迥轉(zhuǎn)中心線間有一傾角α，設(shè)計中心線與迥轉(zhuǎn)中心線的交點為K。工作時（見圖1），軸承8內(nèi)圈與斜盤5一起（假定）順時針轉(zhuǎn)動， 而軸承8外圈與轉(zhuǎn)盤4因與各主動擺桿連接在一起，不能轉(zhuǎn)動。這樣，它們與斜盤5就有了相對運動（轉(zhuǎn)動）。為便于研究，采用凸輪研究中最常用的反轉(zhuǎn)法分析，現(xiàn)假定斜盤5是靜止的，這就相當(dāng)于轉(zhuǎn)盤4逆時針旋轉(zhuǎn)，由于各件均是剛體（不可壓縮，不變形），這就使得KN（N：滑套中心）在轉(zhuǎn)動過程中與斜盤設(shè)計中心線KT始終保持垂直關(guān)系（KT繞旋轉(zhuǎn)軸套6中心轉(zhuǎn)），而N點與K點始終保持定長，這就是說N點的運動規(guī)跡是一個圓。同時，KN的運動軌跡(掃描一周)組成了一個平面（KN⊥KT）。

圖2 斜盤結(jié)構(gòu)

3運動規(guī)律分析

磨塊擺桿驅(qū)動點N的運動軌跡是一個圓，其所在平面為KN掃描一周而形成的平面，與水平面的夾角為α，以通過KN、KT交點的水平面為研究平面（擺桿處于水平位置），N點軌跡圓在水平面的投影是一個橢圓，其軸長情況是：長軸2a=D1，短軸2b=D1cosα，根據(jù)主、從動件的運動情況，采用橢圓極坐標(biāo)方程進(jìn)行研究。根據(jù)上述分析和假設(shè)建立的N點運動軌跡數(shù)學(xué)分析模型如圖3，圖4所示。

圖3 N點運動軌跡數(shù)學(xué)模型

圖4 N點運動軌跡平面投影

橢圓極徑變化規(guī)律為：

由于點N在高度方向呈周期性變化，使得主動擺齒、從動擺齒各自繞擺動中心O1、O2擺動，從而實現(xiàn)磨塊工作過程中所需要的往復(fù)擺動，如圖5所示。

1主動擺齒 2從動擺齒 3磨塊

圖5磨塊運動簡圖

以擺桿水平位置為基準(zhǔn)點，運動分析簡圖如圖6所示。

H點N在高度方向的最大變化范圍 φ擺桿的最大擺角

h點N所處高度 δ擺桿擺角 L擺桿擺臂長度

圖6擺桿運動幾何分析簡圖

擺桿擺腳的變化規(guī)律為：

上述各式的函數(shù)圖形如圖7所示。

f(θ):θ-δ角位移曲線 f′(θ):θ-δ角速度曲線 f″(θ):θ-δ角加速度曲線

圖7各函數(shù)曲線圖

從圖7各圖可看出，回旋機(jī)構(gòu)的運動規(guī)律為周期函數(shù)，且將坐標(biāo)軸向左移π/2時（各圖虛線部分），符合簡諧(余弦加速度)運動規(guī)律。

根據(jù)上述分析可得出如下結(jié)論：

（1） 旋回機(jī)構(gòu)從動件的運動規(guī)律（位移、速度、加速度）函數(shù)為規(guī)則的周期函數(shù)，且周期為2π；

（2） 峰值大小與轉(zhuǎn)盤大小、斜盤傾角有關(guān)，且與回轉(zhuǎn)半徑、傾角α成正比；

（3） 其運動特性為簡諧（余弦加速度）運動。

4與凸輪機(jī)構(gòu)的比較

4.1 運動規(guī)律及運動精度

出于加工工藝方面的考慮，凸輪機(jī)構(gòu)一般采用改進(jìn)等速運動曲線，就具體運用情況來說（速度較低，負(fù)荷較大），這也是一種較適合本場合的運動規(guī)律。但其運動精度由凸輪曲線精度決定，而凸輪曲線要靠加工來保證，特別是主動擺桿采用的是形封閉中的共軛鎖合方式，對加工控制提出了較高的要求，需要專門的加工設(shè)備及控制手段，加工工藝過程如不穩(wěn)定，會造成產(chǎn)品質(zhì)量波動；旋回機(jī)構(gòu)所具備的運動規(guī)律（余弦加速度），是用于無停歇運動中一種很好的運動規(guī)律，且運動精度由結(jié)構(gòu)保證，其影響因素僅由軸承及相關(guān)配合精度決定，其控制較凸輪加工控制簡單得多；

4.2 使用耐久性

凸輪機(jī)構(gòu)為高副機(jī)構(gòu)，易磨損，故擺桿間隙每隔一段時間需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整；旋回機(jī)構(gòu)采用的低副傳動，不易磨損，使用過程中一般不需調(diào)整；

4.3 維 修

凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相對簡單，維修較為便利；旋回機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，對維修技術(shù)要求相對較高。

參考文獻(xiàn)

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