制藥機(jī)械中槽輪間歇分度機(jī)構(gòu)定位誤差分析

陳生洲

（哈藥集團(tuán)制藥總廠，哈爾濱 150086）

1 引言

槽輪機(jī)構(gòu)是由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇分度機(jī)構(gòu)，又稱為馬兒他機(jī)構(gòu)，其定位采用鎖緊弧面定位。槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在進(jìn)入與脫離嚙合時(shí)運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)，能夠準(zhǔn)確地控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，然而在槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)的始末位置加速度變化較大，會(huì)產(chǎn)生沖擊，加劇了定位弧與鎖緊弧間的磨損，從而不能滿足其精度的要求。針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題，本文提出了一些改善鎖緊弧面的措施，取得了一定的效果，同時(shí)由于圓柱凸輪分度箱具有獨(dú)特的封閉性等優(yōu)點(diǎn)，也同樣可以保證定位精度的要求。

2 鎖緊弧面磨損對(duì)定位精度的影響

（1）鎖緊弧面磨損對(duì)槽輪間歇轉(zhuǎn)角的影響。定位弧是指槽輪機(jī)構(gòu)的定位弧半徑對(duì)應(yīng)的弧，鎖緊弧則是在撥銷處所對(duì)應(yīng)的弧，理論上兩者的參數(shù)相同。槽輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位始末時(shí)，角加速度的突變?cè)龃?，加大了沖擊，從而加劇了定位弧與鎖緊弧間的磨損。撥銷盤的鎖緊弧與槽輪的定位弧交于圖中的p點(diǎn)，其中o1o2與o2p間的夾角為θ，由于磨損量Δr的存在，致使槽輪定位弧轉(zhuǎn)過(guò)了Δθ角度，從而對(duì)定位精度產(chǎn)生了一定的影響。

（2）槽輪間歇轉(zhuǎn)位偏差角度對(duì)定位精度的影響。在制藥機(jī)械中，通常使用槽輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)撥盤或工作轉(zhuǎn)盤進(jìn)行間歇分度。由于磨損量的存在，導(dǎo)致了槽輪定位弧轉(zhuǎn)過(guò)了Δθ角度，同時(shí)也使得回轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)撥盤或工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過(guò)了相同的角度，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng)偏差，從而使得定位點(diǎn)出現(xiàn)了偏差。

圖1 槽輪間歇機(jī)構(gòu)鎖緊面定位弧偏差角度示意圖

3 鎖緊弧面磨損的定位誤差分析

3.1 槽輪間歇分度機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性分析

由于槽輪間歇分度機(jī)構(gòu)的角加速度隨著槽數(shù)的變化而變化，在轉(zhuǎn)位始末時(shí)，速度為零，但角加速度有一個(gè)瞬時(shí)的突變，從而使得槽輪和其軸上的慣性負(fù)荷也有一個(gè)突變，這種變化表現(xiàn)為一次振動(dòng)的沖擊。隨著槽輪槽數(shù)的減少，角速度的突變?cè)龃?，使沖擊加劇。尤其槽輪在轉(zhuǎn)位末了時(shí)，作用在定位弧上的作用力同無(wú)因次角加速度成正比。一旦定位弧出現(xiàn)磨損，其沖擊力會(huì)使槽輪定位弧克服因磨損而產(chǎn)生的間隙量，進(jìn)一步增大了槽輪分度轉(zhuǎn)動(dòng)角度的偏差量，從而也使得工作盤定位點(diǎn)出現(xiàn)了一定的偏差。

3.2 槽輪間歇分度機(jī)構(gòu)的槽數(shù)

由槽輪間歇機(jī)構(gòu)的計(jì)算公式可以看出，當(dāng)槽數(shù)較少時(shí)，加速度變化較大，慣性力變化也越大，弧的磨損加劇，使得運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差，反之亦然。因此，設(shè)計(jì)時(shí)槽輪的槽數(shù)選擇要合理，槽數(shù)太多，使得槽輪的尺寸變大，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)槽輪的慣性矩也大，因此，一般選用槽數(shù)z=4～8。

3.3 槽輪定位弧與撥銷盤鎖緊弧的材料

通常槽輪的材料為球墨鑄鐵，撥銷盤鎖緊弧材料選用20Cr或者40Cr。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)中的要求，槽輪材質(zhì)的硬度應(yīng)小于撥銷盤鎖緊弧材料的硬度，這樣使得在間歇回轉(zhuǎn)的過(guò)程中，材質(zhì)較硬的鎖緊弧面有助于提高較軟定位弧的疲勞強(qiáng)度。

3.4 槽輪間歇分度機(jī)構(gòu)的裝配問(wèn)題

由于槽輪的角加速度變化較大，并且在槽輪運(yùn)動(dòng)的前半段，由于角速度是增加的，因此，角加速度為正值；而在槽輪運(yùn)動(dòng)的后半段，角速度是較小的，角加速度為負(fù)值。由于圓銷進(jìn)槽和出槽的位置對(duì)稱，所以槽輪轉(zhuǎn)位始末的角加速度的數(shù)值相同，方向相反。由于槽輪槽寬尺寸公差較大，易使槽輪與圓銷間出現(xiàn)間隙，會(huì)產(chǎn)生沖擊，從而加速定位弧的磨損。同時(shí)槽輪弧面的表面粗糙度值較大，從而對(duì)弧面的抗磨性也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

4 槽輪間歇分度機(jī)構(gòu)鎖緊弧面磨損的改善措施

（1）減小圓銷對(duì)槽輪的沖擊。為了能進(jìn)一步消除圓銷與槽輪間的間隙，以減小圓銷進(jìn)入槽輪時(shí)的沖擊，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使槽輪的實(shí)際外圓半徑略大于槽輪理論計(jì)算的外圓半徑。同時(shí)，合理設(shè)計(jì)槽輪的尺寸以及用材的比重，這樣可以有效地減小槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而減小了沖擊。

（2）合理匹配槽輪與撥銷盤硬度間差值。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)所推薦，一般槽輪定位弧的硬度要低于撥銷盤鎖緊弧的硬度，兩者洛氏硬度值相差10～20HRC，這樣可以提高其接觸處的疲勞壽命。

（3）提高槽輪與撥銷盤的制造精度。一般槽輪定位弧與撥銷盤鎖緊弧的表面粗糙度Ra1.6～Ra0.8，由于表面粗糙度與一定的尺寸和形位公差有關(guān)，可以對(duì)兩者弧面的圓度、平行度以及位置度提出要求，以降低其表面粗糙度的值。

（4）利用錐面定位弧與鎖緊弧的配合結(jié)構(gòu)。當(dāng)弧面出現(xiàn)磨損時(shí)，可以利用錐面定位弧與鎖緊弧的配合結(jié)構(gòu)，即通過(guò)使用減薄的墊片來(lái)達(dá)到調(diào)整定位弧與鎖緊弧間間隙的目的，從而滿足定位精度的要求。

5 圓柱凸輪分度箱的特點(diǎn)

由于槽輪間歇分度機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中，不可避免地存在著沖擊，尤其當(dāng)轉(zhuǎn)速高于一定值時(shí)，因動(dòng)載荷相對(duì)較大，造成的沖擊和磨損更加嚴(yán)重，從而不能滿足定位精度的要求，然而圓柱凸輪分度箱的諸多優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越適合于現(xiàn)代高速發(fā)展的制藥機(jī)械中，其特點(diǎn)為：（1）可以記錄下任意位置時(shí)的轉(zhuǎn)位時(shí)間與靜止時(shí)間之比。（2）可以保證轉(zhuǎn)盤所有能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（3）在能夠保證較多工位數(shù)的前提下，不需要額外的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。（4）圓柱凸輪分度箱中凸輪棱邊的定位可以有效保證其定位的精度，不必另加其它的定位裝置。（5）圓柱凸輪分度箱的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，另外其剛度也能滿足正常工作的要求。

6 結(jié)論

槽輪間隙分度機(jī)構(gòu)是制藥機(jī)械中廣泛使用的一種分度機(jī)構(gòu)。本文詳細(xì)分析了槽輪間歇分度機(jī)鉤定位弧與撥銷盤鎖緊弧因磨損產(chǎn)生的間隙問(wèn)題，并且提出了幾種補(bǔ)救措施，然而并不能從根本上消除磨損產(chǎn)生的影響。文中介紹了圓柱凸輪分度箱的諸多特點(diǎn)，圓柱凸輪分度箱彌補(bǔ)了槽輪間隙分度機(jī)構(gòu)的不足之處，不僅滿足了精度的要求，而且也大大提高了生產(chǎn)效率，因此，圓柱凸輪分度箱更加適合于現(xiàn)代制藥機(jī)械之中。

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