9操纵机构设计

徐州工程学院教案

四辊冷轧机 2011 年至 2012 年第一学期第 7 周星期五

课题名称（含教材章节）：第9章操纵机构设计教学目的和要求： 1. 了解单独式操纵机构的设计 2. 了解操纵机构的定位和互锁教学重点：单独式操纵机构的设计、操纵机构的定位和互锁教学难点：单独式操纵机构的设计
教学内容（要点）
1概述
2单独式操纵机构的设计
3操纵机构的定位和互锁

徐州工程学院教案纸

第9章操纵机构设计

9.1概述

9.1.1操纵机构的功用和基本要求

专机的操纵机构用于控制各执行件的起动、停止、制动、变速、换向以及控制各种辅助运动，如转位、定位、送料及夹紧等。操纵机构虽不直接参与专机的工作运动，对专机的精度、刚度等不产生直接影响，但对专机的布局、使用性能、生产率及外观造型等都有一定的影响。因此，在确定专机总体方案时应对操纵机构力口以考虑，并与相关部件一起进行结构设计。对操纵机构通常应满足以下几个方面的要求：

（1)轻便省力

为了减轻工人的劳动强度，手轮和手柄的操纵力不应超过GB 9061关于操纵力的规定。可采取以下措施：

1)选择合适的传动比、杠杆比，适当加长操纵手柄或加大手轮直径。

2)将常用的操纵件布置在人手所及的便于操纵的区域，还要根据具体情况就位，不应过高、过低或过远。

3）根据具体情况采用电力、液压或气动控制。

(2)易于操纵、便于记忆

为了减少操纵时产生差错和防止事故，可采取以下措施：

1)操纵件与运动件的运动方向应一致，如普通车床刀架的纵、横进给操纵手柄，其扳动方向与刀架移动方向应一致。手轮、摇把等的旋转方向应符合操作习惯，即顺时针旋转时，移动件的移动方向应为离开操作者或向右。

2）采用单手柄集中操纵机构，以减少操纵手柄的数量。可考虑适当采用集中操纵。

3)操纵手柄或捏手的尺寸应与人手相称，不宜过大或过小。通常球柄的球径约为40－50 cm，圆柱形手柄的直径约为30 cm，长度不小于70 cm，且不应过高、过低或过远。设计时可参考GB 4141.1至GB 4141.31所规定的标准形式和尺寸。

4)完成不同控制作用的手柄应有不同的标记，最好采用不同的颜或形状。

5)开、停操纵，如用按钮控制，按钮水平排列时应为右开左停，上下排列时应为上开下停。如用手柄，则手柄运动方向自左至右或自下而上是开，反之为停。

3)安全可靠

设计操纵机构时，必须保证操作人员和专机的安全。为此，必须考虑：

1)每个操纵件周围需留有足够的空间，以免操纵件之间以及操纵件与专机机壁之间发生翻撞或碰伤人手。

2)停止按钮必须安置在最方便的位置且醒目，以便紧急停车时用。

3)对于相互干涉的运动，应有互锁装置，以保证在操作出现误动作时，不发生事故。例如，车床上溜板的机动进给与开合螺母必须互锁，丝枉与光杠的传动必须互锁，否则在机动进给时如果合上开合螺母，将损坏机床。

4)变换及换向用的操纵机构必须可靠定位，以免工作过程中自动松开。

5)尺寸较大、转速较高的手轮在专机运转时应与运动件脱开，以防伤人。

此外，根据专机的特点，对操纵机构应有不同的要求。例如，对于微量进给操纵机构要求操纵准确；对于高生产率机床或在加工过程中需频繁操纵的机构，要求操纵速度快等。

9.1.2操纵机构的组成

操纵机构一般由下述四部分组成：

1)操纵件产生操纵运动或发出操纵信号的机件，如手柄、手轮、捏手、液压操纵阀、电气开关和按钮等，其中大部分已标准化，可选用标准件。

2)传动装置它将操纵运动从操纵件传给执行件。传动装置有机械的、电气的、气动的、液压的，如拉杆、摆杆、齿轮、齿条、丝杠、螺母、凸轮、液压及电气传动装置等。

3)控制件它控制操纵机构的执行件，使之按要求的方向和行程运动。常用机件有凸轮、孔盘、液压预选阀等。对于结构简单的操纵机构，往往没有独立的控制件，而是由手柄对执行件直接控制，这时操纵件兼作控制件。

4)执行件拨动被操纵件运动的机件，如滑块、拨叉、拨销等。

图8.1所示为几种常用的操纵机构形式。图8. la为摆杆操纵机构，手柄装在轴4上，通过摆杆3、滑块2控制滑移齿轮1。图8．lb为齿扇齿条操纵机构，手柄通过齿扇4、齿条轴套3和拨叉2控制滑移齿轮1。图8.1c为凸轮操纵机构，由凸轮4、杠杆3及滑块2控制滑移齿轮1。图8.1d为电磁杠杆操纵机构，由电磁铁4、杠杆3及滑块控制离合器能量管理系统2，以实现接通或断开。图8.1e为液压操纵机构，压力油进人油缸5推动活塞4带动拨叉2控制滑移齿轮1。图8.1f为电磁离合器操纵原理图，直流电源经电刷1从滑环2引入线圈3中，产生的磁力线经过内外摩擦片和衔铁4组成一个封闭的磁路，在电磁力的作用下衔铁压紧内外摩擦片，使离合器接通。

隧道防水涂料9.1.3操纵机构的分类

1)按一个操纵件所控制的执行件数目，可分为单独式操纵机构和集中式操纵机构。

单独式操纵机构的操纵件只能控制一个执行件。其优点是传动链短、结构简单、制造维修方便、箱内布局容易、安排手柄位置灵活、操纵时顶齿现象少。所谓“顶齿”是指滑移齿轮左右移动时，与固定齿轮的齿顶相碰，不能顺利通过。其缺点是手柄多、不便记忆、操纵不便、总的操纵时间长、操纵劳动量大。

集中式操纵机构是指一个操纵件控制多个执行件的操纵机构。其优点是使用方便，可缩短纵时间，提高机床生产率。其缺点是结构复杂。集中式操纵机构又分为顺序变速操纵机构（如凸轮式）、选择变速操纵机构（如孔盘式）、预选变速操纵机构（如液压式）三种。

2)按执行件拨动被操纵件的方式，可分为摆动式操纵机构和移动式操纵机构。

3)按被操纵件的受力状况，可分为偏侧作用式操纵机构和对称作用式操纵机构。

偏式操纵机构如图8.2所示，滑块或拨叉是从滑动齿轮一侧拨动滑移齿轮，因此滑移齿轮在被推动的过程中受偏转力矩。有时，为了防止自锁，可采用对称作用式操纵机构，如图8.3所示。

主要介绍单独式操纵机构的设计。

9.2单独式操纵机构的设计

单独式操纵机构中常见的有摆动式操纵机构、移动式操纵机构、套装式结构、对称作用式结构、轴心拉杆式机构。本节主要介绍摆动式操纵机构。

9.2.1摆动式操纵机构

图8.2所示为摆动式操纵机构，当转动手柄4时，经转动轴5、摆杆3、滑块2即可使滑移齿翻沿着轴向移动。这种机构的结构简单，应用很普遍。其缺点是摆杆摆动时，端部滑块的运动轨迹是半径为R的圆弧，因此滑块在齿轮环形槽内相对于滑移齿轮轴线会产生偏移量a，如图8.4所示。a越大，操纵越费力，而且滑块有脱离齿轮环形槽的可能，所以在设计摆动式操纵机构时应力求减少偏移量a。

设计摆动式操纵机构时应考虑如下几个方面：

（1）正确选择摆杆转轴的位置

摆杆转轴O机组式柔印机应布置在与滑移齿轮左右两极限位置相对称的位置上，使滑块的上、下偏移量a相等，如图8.4a所示。只有在专机结构不允许时，才使摆杆转轴左右偏移（图8.4b），但偏距e不应太大。

(2)合理确定摆杆转轴与滑移齿轮轴线之间的距离

从图8.4c可知，当清移齿轮的移动距离L一定时，H越小，则偏移量e异形玻璃及摆角θ越大，操纵费力；但H过大也会使操纵机构不紧凑，而且摆角θ过小，使准确定位困难。一般θ在600一900之间。通常，在结构设计时先确定滑移齿轮的滑移距离L，根据滑块不脱开齿轮槽来确定a值，再根据G.和a按几何关系求出H的值，然后检查夹角B，调整H值，使B＝60°-90°。L,a和H之间的关系推导如下：

从图8.4c中可知：

上述两式平方相加：

整理后可得

H值不宜过小，否则在滑移距离L一定的情况下，滑块偏离量a将增大，为了保证滑块正常工作，要求a≤0.3b(b为滑块长度)。H值亦不可过大，否则因摆角θ过小，使操纵机构准确定位有困难，而且结构也不紧凑。

（3)防止自锁

为了保证滑块能拨动滑移齿轮，即操纵机构不发生自锁，设计时应保证使C满足下列条件：C/B<1

式中C—滑移齿轮中心到滑块部位的径向距离；

B—滑移齿轮轮廓宽度，一般取B≥d（齿轮孔径）。

如因结构上的原因，不能满足此条件时，应采用对称作用式操纵机构（图8.3）。

摆动式操纵方案的设计步骤如下：

确定H 考虑结构情况，合理选择摆杆轴心的空间位置，并确定H值。

检验a 满足a≤0.3，否则可适当加大H值。

确定R 由R＝H＋a可得摆杆半径值。

确定θ 作图或计算可得摆杆的摆角θ。

检验定位孔间距。根据定位装置的有关尺寸及摆杆的摆角θ，检验两相邻定位孔（坑）之间壁距不得小于2mm（图8.6) 。否则可适当减小H值，这时摆角将增大，但须使θ≤60°－80°。

校核不自锁条件。

方案设计完毕即可进行操纵机构的结构设计。设计单独操纵机构时，因摆动式结构简单应优先选择。若L/H比值过大无法采用时可改用移动式操纵方案。

(4)中间传动装置

当操纵力较大或被操纵件距离较远时，应加中间传动装置，如齿轮、链轮、杠杆等。因操纵力过大而设置传动装置时，传动比应小于1；因距离较远设置传动装置时，传动比常取为1。

9.2.2移动式操纵机构

当滑移齿轮移动距离较大时，可采用移动式操纵机构。；

移动式操纵机构是通过带导向杆或带导向孔的拨叉、轴心拉杆拨销来拨动被操纵件的，这种机构用于操纵行程较大的滑移齿轮。图8.5所示为带导向孔拨叉的移动式操纵机构，手柄1经轴2、齿扇3、齿条4，使带导向孔的拨叉6在导向杆5上移动来控制滑移齿轮，实现变速，轴2与拨叉6之间的传动也可以用齿轮齿条、拨销滑块等。

9.3操纵机构的定位和互锁

为保证齿轮的正常啮合运转，不损坏机床和保证工人的安全，操纵机构要可靠地定位和互锁。

9.3.1操纵机构的定位

操纵机构常用的定位方式有钢球定位、圆柱销定位、锥销定位及槽口定位等。

cgw

1．钢球定位

如图8.6所示，钢挡圈2上钻有与各个变速位置相对应的定位锥坑。当变速时，转动手柄至选定的变速位置，则钢球被弹簧推入定位锥坑，实现定位。这种定位方式结构简单，制造、装配方便，成本低，应用普遍。缺点是定位精度差，不太可靠，在机床振动较大或定位精度要求较高的情况下不宜采用。

2.回柱销定位

图8.7所示为圆柱销定位机构。操纵时，首先将手柄1向外拉，拨出圆柱销2,转动手柄到所需的变速位时，在弹簧3的作用下，圆柱销进入另一个销孔定位。这种方式定位可靠，结构简单，但操纵不如钢球定位方便，一般用在定位可靠性要求较高的情况下。

3．锥销定位

图8.8所示为锥销定位机构，操作原理同上述，适用于要求定位精度高，且定位可靠的情况，但结构复杂，一般用在对定位精度要求比较高的场合，如铣床分度头转换手柄等。

4.槽口定位

如图8.9所示，操作时将手柄1向外拉，将插销拔出，然后转动手柄到所需的变速位置，在弹作用下齿条轴2复位，同时手柄1也被齿条轴推动复位，使凸块插入槽口定位。这种方法定位可靠，使用方便，但结构复杂，一般用在要求定位可靠的场合。

9.3.2定位机构安装位置对定位精度的影响

定位机构的安装位置可以在操纵件上、执行件上和滑移件上，但对滑移件定位精度的影响不同。

1．定位机构布置在操纵件上

定位机构到滑移件之间的传动环节较多，传动积累误差较大，所以滑移件的定位误差也较大，如图8.6-8.9所示。

2．定位机构布置在执行件（拨叉）上

这种情况传动环节少，积累误差较小，故对滑移件的定位精度影响也较小，如图8.10所示。

3.定位机构布置在滑移件上

显然，这种方式滑移件的位置精度最高，如图8.11所示。

图8.11a所示是将定位孔设计在齿轮轴上，使装配、调整比较方便，但有时定位不够可靠。为防止滑移件在滑移过程中超程，在行程终点处装上限程挡圈。

图8.11b所示的双钢球结构，将定位孔设计在滑移齿轮上，定位可靠，但调整不够方便。

操纵机构虽具有定位装置，但在操纵过程中也会发生被操纵件超越两端定位的现象，可能与零件相碰，造成磨损甚至破坏。因此，为了防止被操纵件越位，除了本身具备限位作孔盘）外，都需要安装限位件，如挡套、弹性挡圈等。

9.3.3操纵机构中的互锁装置

1.旋转运动间的互锁

图8.12a所示为用于平行轴间的间距较小时的互锁装置。两个手柄轴上各装有一个带缺口圆盘，在图示位置时，只能左边的轴转动，右边的轴被锁住。只有当两圆盘的缺口相对时，右边轴才可以转动，一旦右边的轴转动时即将左边的轴锁住。

图8.12b所示为增加了一个中间构件。当圆柱销嵌入右边圆盘的销孔而锁住右边的轴时，左边的轴才能转动。反过来，只有当圆柱销嵌人左边圆盘的销孔而锁住左边的轴时，右边的轴能转动。

图8.12c所示为用一个能绕中间小轴摆动的杠杆，使两轴互锁。

图8.12d所示为用于两垂直轴间的互锁装置。在两个圆盘上各有一个槽口，两槽口相对防可任一根轴转动。而当一根轴转动时，其上的圆盘即嵌入另一圆盘的槽口中，将另一个圆盘住。

图8.13所示为两个同心轴旋转运动间的互锁装置。当两个圆盘的间距较小时，可用图8.13a所示装置，两个手柄轴上各装一个端面带锥孔的圆盘（两个手柄轴可以套装），如图示位置时只能左边的一个转动，只有两个圆盘端面锥孔相对时，才能转动两个轴中的任意一个。当两个圆盘的间距较大时，可用杠杆机构来实现互锁，如图8.13b所示。

2.直线运动间的互锁

图8.14a所示为采用钢球互锁。两轴上都开有环形槽，在两轴的环形槽同时跟中间钢球相对时，可使两轴中的任一根轴移动。而当一轴移钱后，钢球即被推入另一轴的环形槽内，将其锁住。

图8.14b所示为在两轴间设置一圆盘，两轴上都开有槽口，圆盘上则有一个与轴外径相应的缺口，圆盘可绕中间轴在两轴上的槽口内转动，只有盘的缺口对准某一轴时，该轴才可以轴向移动，这里另一轴则被圆盘锁住。这种机构用于轴间距离较大时。

3.直线运动与旋转运动间的互锁

图8.15a所示为两轴平行，左边的轴作直线运动，右边的轴作旋转运动。右边的轴上装有挡板1，当挡板对准左边轴的槽口时，左边的轴被锁住。挡板脱离槽口后，左边的轴才可以移动。在左边的轴移动时，右边的转轴被锁住。

图8.15b所示的机构用于两垂直轴间的互锁。下面的轴作直线运动，上面的轴作旋转运动。上面的轴上装有挡板1，当挡板对准下面轴的槽口时，下面的轴被锁住。挡板脱离槽口后，下面的轴才可以移动。在下面的轴移动时，上面的转轴被锁住。

本文发布于:2024-09-24 04:27:28，感谢您对本站的认可！

本文链接：https://www.17tex.com/tex/3/190584.html

上一篇：刚性接触网简介

下一篇：腕臂预配及安装技术交底

标签：操纵机构定位齿轮滑移手柄运动控制

留言与评论（共有 0 条评论）