电容器组装机槽轮机构的设计与分析

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薄膜电容器自动组装机为薄膜电容器的生产提供了-种新的工艺。为实现薄膜电容器的供料、换位、焊接、装壳、计数、检测等全自动工艺操作，必须要求设备中的执行机构或辅助机构作周期性的停歇运动。自动机械和各种生产线上常用的间歇运动机构有：棘轮机构、槽轮机构、星轮机构、不完全齿轮机构、连杆间歇机构、齿轮连杆间歇机构、凸轮式间歇机构以及其他组合式间歇机构，如图1所示。在薄膜电容器自动组装机中共三个转盘，其转位机构就是-种典型的间歇运动机构-槽轮机构，其中转盘 1为四工位槽轮机构，转盘2与转盘3为八工位槽轮机构。槽轮机构以其结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机械效率高，在自动机械中得到广泛应用。在薄膜电容器自动组装机安装调试过程中，发现转盘 1与转盘 2、转盘 3相比，存在着运行不平稳，冲击声大等现象。为使槽轮机构传动平稳，减小冲击，以转盘 1四工位外槽轮机构为例，对其进行运动分析，提出问题所在，对其进行改进。

图 1电容组装机槽轮机构Fig.1 Geneva Mechanism of Capacitor Assembly Machine2槽轮机构组成和工作原理普通槽轮机构由带有均布的开口径向直径槽的槽轮2和带有圆销4的转臂(曲柄)1组成，如图2所示。曲柄连续转动，圆销4进入轮槽驱动槽轮转动，当曲柄和槽轮转过-定角度后，曲柄上的圆销开始离开槽轮。曲柄继续转动2叮r-2‰角期间，从动槽轮停歇。这样，便实现了将主动曲柄的连续转动变换为从动槽轮的单向步进运动[1。

来稿日期 ：2012-08-01作者简介：辛 伟，(1979-)，男，山西山阴人，硕士，工程师，主要研究方向：电子专用设备的研发第6期 辛 伟等：电容器组装机槽轮机构的设计与分析 1232 (2)运动系数 r随着槽数 z的增加而增大 ，即意味着槽数的增加，导致槽轮在-个间歇运动周期里的运动时间增长。

(3)由于槽轮是作间歇运动的，所以必须有停歇时间，故运a 动系数 应总是小于 1。由式(7)可得，主动拨盘的圆销数 k与槽轮槽数 的关系式为：图2槽轮结构组成图Fig.2 Structure of Geneva Mechanism为保证圆销离开轮槽后槽轮的定位，在曲柄 1上固连-带缺口的圆盘-定位板 3，其半径与槽轮上两轮槽之间的圆弧轮廓，即定位弧的半径相同。

3槽轮机构的运动分析3.1槽轮机构的运动系数由于槽轮的运动是周期性的间歇运动，对于槽轮的径向槽为x4g，均布的槽轮机构，槽轮每转动-次和停歇-次便构成-个运动循环，在-个运动循环中，槽轮2的运动时间t 与曲柄 1的运动时间t 之比，称为运动系数.用r表示，即：： (1)tl它是用来衡量槽轮的运动时间在-个间歇周期中所 占的比例。

如图2所示，为了避免或减轻槽轮在开始转动和停止转动时的碰撞或冲击，圆销在开始进入径向槽或从径向槽脱出的瞬时，圆销中心的线速度方向均需沿着径向槽的中心线方向，以便槽轮在起动和停止时的瞬时角速度为 0，即要求 0 P上OP，0。P，上ON 由图可得 ：。 。1T (2)由于槽轮每次转过的角度 与槽轮的槽数 有关，即：：盟 (3)Z将式(3)代人式(2)得：2‰rr-2ap0 -(21T ) (4)当主动件 1以等角速度 转动时，槽轮转动-次所需的时间为：t22 /wI (5)当主动拨盘对称均布有k个圆销时，则主动拨盘转过2rlk角度便完成槽轮的-个运动循环，其所需的时间为：tl2"rlktol (6)将式(4)(5)(6)代人式(1)得：r (譬 ) (7)而槽轮在-个运动循环内的停歇时间为：t2 1-t2 (1-r) (8)根据以上计算可知在槽轮机构设计时必须注意以下问题：(1)为了保证槽轮可以被曲柄所驱动，运动系数，r应大于0，即槽轮径向槽的数目应大于或等于3。

< (9)由式(9)可知 ，z3时，kl-5；z-4时，kl-3；当z≥6时，kl～2。槽数z>9的槽轮机构比较少见，因为当中心距-定时，z越大，槽轮的尺寸也越大，槽轮转动时惯性力矩也增大，且当z>9时，槽数如再增加，r的变换也不大，故 常取(4～8 o(4)kl的单销外槽轮机构，槽轮的槽数无论取多少，r的值总是小于0.5，也就是说，在这种槽轮机构中，槽轮的运动时间总是小于其静止时间。

3-2槽轮机构的运动特性如图 3所示，槽轮在运动的任-瞬时，设拨盘位置角用 Ol来表示，槽轮位置角用 表示。并规定在圆销进入区为正，在圆销离开区为负，变化区间为： 1 s l； l s 1。在 AABO1和AABO 中有如下关系：tg ： A B B蕊sin a (10)图 3圆销在褶轮中任-位置 幽Fig.3 Cylindrical Pin Any Place the Groove令aR/Lsin(r/z)代入式(10)得：tg～ as ina (11)分别将式(1 1)对时间求-阶导数和二阶导数 ，并令 ∞：d ，dt， -d p/dt ，则得： (12)l-2AcosA： ： 嘎 . (13)(1-2Acosa A )令L 21 2 ， 2/to：，代入式(12)(13)则得： (14)I-Z cosOlA.i ： 嘎 (15)(1-2Aco锨，A)124 机 械 设 计与 制 造No.6June.2013将上述i ，，k 随 的变化绘制成曲线，称为槽轮机构的运动特性曲线，如图4、图 5所示。当拨盘的角速度tO-定时，槽轮的角速度及角加速度的变化撒于槽轮的槽数且随槽数的增多而减校在槽轮转动开始和终止的瞬间，即当p±( - )时，由式(13)得槽轮的角加速度OL，为：%± ：tan(竹 ) (16)由于/z>O，因此 ：≠0，即圆销在啮入和啮出时，有柔性冲击，其冲击将随着的减少而增大。由式(12)得tO2O，说明在槽轮转动的起点和终点没有刚性冲击，即圆销在啮入和啮出时，无刚性冲击圈。

4减小槽轮机构冲击的措施4.1采用槽数较多的外槽轮机构由图5可知 ，当圆销开始进入径向槽和刚离开径向槽时，由于角加速度存在突变，故在此瞬间，有柔性冲击。在不改变外槽轮机构间歇运动周期的情况下 ，把槽轮机构槽数增加，相应增加圆销数，提高外槽轮机构的动力性能月。

Z /Z8- / -0.5 0.5图4槽轮机构角速度变化曲线Fig.4 Angular Velocity Curve of Geneva Mechanism.， --、。 Z8- 1.5 -1.0 -0.5- 2-d图5槽轮机构角加速度变化曲线Fig.5 Angular Acceleration Curve of Ge neva Mechanism4.2采用内槽轮机构内槽轮机构在槽数增加时，角加速度变化不大，槽数相同时，最大角速度和角加速度值比外槽轮小，且角加速度变化平缓，当I l-0时，角加速度值迅速下降并趋于0∩见，内槽轮机构的传动平稳陛明显好于外槽轮机构 。

4.3采用组合机构要减小槽轮角加速度d：，可以采用组合机构使槽轮机构的A值为变化的，即在槽轮的角速度接近不变的情况下，利用-机构，使曲柄长度 作这样的变化：在规则槽轮机构中槽轮角速度最大位置上，机构中的曲柄长度R及槽轮的角速度最小嘲。

4.4采用曲线槽外槽轮机构通过改变槽轮槽形的办法，即按槽轮在转位过程中预定的运动规律，正确设计出曲线槽，以达到改善其动力特性的目的。

图6直线槽槽轮Fig.6 Straight Slot Geneva图7曲线槽槽轮Fig.7 Curve Slot Ge neva5嗅通过以上分析并结合薄膜电容器自动组装机实际结构情况，提出对薄膜电容器自动组装机转盘 1四工位槽轮机构，如图6所示。即采用曲线槽的外槽轮机构，如图7所示。采用(3～5)次多项式运动规律的曲线槽的槽轮机构 ，在圆销啮人和啮出时，加速度为0，无柔性冲击。转盘1四工位槽轮机构的改进，使整机噪音由原来的80dB下降为60dB，薄膜电容器的送料与焊接也更为平稳，产品质量得到极大改善。