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牙刷植毛機中送毛機構(gòu)的凸輪機構(gòu)設(shè)計

2016-04-29 10:52:35 安裝信息網(wǎng)

劉鐵，姜銘，伏高印，鄭傳德

（揚州大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇揚州 225127）

摘要：為滿足牙刷植毛機刷毛運送的要求，設(shè)計了偏心圓凸輪機構(gòu)。根據(jù)凸輪擺桿從動件運動至極限位置時凸輪與擺桿的幾何關(guān)系，求得了偏心圓凸輪幾何半徑R與偏心距e，從而確定了偏心圓凸輪理論輪廓曲線。由于受到牙刷植毛機的工作空間限制，又對該機構(gòu)進行了改進。經(jīng)過實踐驗證，改進后的偏心圓凸輪機構(gòu)能很好地完成刷毛運送工作。

關(guān)鍵詞：牙刷植毛機；偏心圓凸輪；設(shè)計；送毛機構(gòu) 中圖分類號：TH132. 47

0 引言

牙刷植毛機是一種高速、輕載機器，其機構(gòu)運動復(fù)雜，自動化要求高。這類運動空間小、對運動協(xié)調(diào)性要求較高的機械，適宜采用結(jié)構(gòu)緊湊、控制準(zhǔn)確的機構(gòu)來實現(xiàn)其運動要求。根據(jù)以上工作要求及工作條件限制，采用擺動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)。凸輪具有結(jié)構(gòu)緊湊、可以高速啟動、動作準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點，而且通過改變凸輪輪廓的外形就能實現(xiàn)不同的從動件運動規(guī)律，在很多特殊領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1 送毛機構(gòu)工作原理

圖1(a)是由盤形凸輪、擺桿I（由擺臂工和擺臂Ⅱ組成）、連桿、擺桿Ⅱ、拉毛梭所組成的凸輪送毛機構(gòu)，圖1(b)為植毛嘴局部放大圖。凸輪與擺桿I的擺臂I相接觸，在輸出軸的驅(qū)動下，凸輪開始轉(zhuǎn)動，通過凸輪的輪廓曲線使擺臂I繞固定軸上下擺動，同時與之固聯(lián)的擺臂Ⅱ作左右擺動，從而控制連桿的左右往復(fù)運動。此時，與連桿聯(lián)接的擺桿Ⅱ帶動與之固裝的拉毛梭往復(fù)運動，即順時針與逆時針轉(zhuǎn)動。毛梭逆時針轉(zhuǎn)動時，毛梭槽將在預(yù)定位置拉取牙刷毛；順時針轉(zhuǎn)動時，拉毛梭將刮取到的牙刷毛運送至植毛嘴的開口槽處，至此該機構(gòu)的送毛任務(wù)已完成。接下來，再由其他相關(guān)的運動機構(gòu)將刷毛植入到牙刷板的毛孔內(nèi)。

2擺動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計

凸輪機構(gòu)的設(shè)計，首先要依據(jù)凸輪機構(gòu)從動件的實際運動要求設(shè)計出從動件運動規(guī)律的數(shù)學(xué)模型；然后根據(jù)給定的結(jié)構(gòu)參數(shù)，由從動件的運動規(guī)律推導(dǎo)出凸輪的理論輪廓曲線；最后再根據(jù)從動滾子的半徑來確定凸輪的實際輪廓曲線。

2.1 凸輪機構(gòu)的選擇

圖2為牙刷植毛機中凸輪送毛機構(gòu)從動件所要實現(xiàn)的行程曲線圖。凸輪轉(zhuǎn)角β在00～180。區(qū)間時為推程，在1800～3600區(qū)間時為回程，從動件所要實現(xiàn)的最大擺角為38.40。由圖2可知，從動件行程并不存在近休止或遠休止過程。基于以上幾點，再結(jié)合送毛凸輪機構(gòu)高速、輕載的工作要求，將其設(shè)計為擺動滾子推桿偏心圓凸輪機構(gòu)，其從動件的運動規(guī)律對應(yīng)為偏心圓凸輪運動規(guī)律。

2.2 偏心圓凸輪輪廓曲線求解

3偏心圓凸輪虛擬設(shè)計與實物試制

利用求得的凸輪幾何半徑R和偏心距e，通過三維軟件對凸輪進行三維實體建模，如圖4所示。由圖3(b)可知，當(dāng)擺桿擺角位至最大位置時，擺桿已與凸輪理論輪廓線干涉。根據(jù)送毛凸輪機構(gòu)工作空間的限制，為避免擺桿與凸輪機構(gòu)發(fā)生干涉，且保證所設(shè)計的凸輪理論輪廓線始終與擺桿B點保持接觸，完成機構(gòu)的工作要求，故將其優(yōu)化為如圖5所示的偏心圓凸輪機構(gòu)。改進后的機構(gòu)是由滾圈1、軸承2、偏心圓凸輪3組成的新型偏心圓凸輪機構(gòu)，4是原偏心圓凸輪的理論輪廓線。改進后，偏心距e及理論廓線半徑R均保持不變，即從動件擺桿的行程沒有發(fā)生改變。換言之，通過調(diào)整滾圈1（滾圈1的作用相當(dāng)于擺桿的滾子）的形狀和凸輪3的大小來避免凸輪機構(gòu)的干涉，同時也達到了擺桿上B點通過幾何鎖合與滾圈上B'點相接觸的目的。圖6為改進后的偏心圓凸輪機構(gòu)裝配圖，圖7為該凸輪機構(gòu)的試制品。通過實踐證明，該機構(gòu)能較好地完成預(yù)定的運動要求。