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固相萃取裝置還必須考慮到強度和工藝等方面的要求

時間:2020-04-18     瀏覽:30

應根據推程和回程時從動件的運動規律分別進行計算,固相萃取裝置取其較大 !"# 凸輪機構基本尺寸的確定 -8) 值。將此代入式(!"#$)可得 ! % # &" &! ’() *(! + ,)’’ (!"#-) 對于平底從動件凸輪機構,有時也會產生運動失真現象。如圖 !"$. 所示, 由于從動件的平底在 #/ $/ 和 #$ $$ 位置時,相交于 ## $# 之內,因而使凸輪的 工作輪廓曲線不能與平底所有位置相切,使從動件將不能按預定的運動規律運 動,即出現運動失真現象。為了解決這個問題,可適當增大凸輪的基圓半徑。圖 中將基圓半徑由 %. 增大到 %. 0 ,從而避免了運動失真現象。 圖 !"$. 平底尺寸的確定 根據以上的討論,在進行凸輪輪廓曲線 設計之前,需先選定凸輪基圓的半徑。而凸 輪基圓半徑的選擇,需考慮到實際的結構條 件、壓力角以及凸輪的工作輪廓曲線是否會 出現變尖和失真等因素。除此之外,當為直 動從動件時,應在結構許可的條件下,盡可 能取較大的導軌長度和較小的懸臂尺寸;當 為滾子從動件時,應恰當地選取滾子半徑; 當為平底從動件時,應正確地確定平底尺寸 等。當然,上述這些尺寸的確定,還必須考慮到強度和工藝等方面的要求。合理 選擇這些尺寸是保證凸輪機構具有良好的工作性能的重要因素。 !"! 力封閉凸輪機構的動態靜力分析 前面各節內容主要從凸輪機構運動參數(位移、速度、加速度等)的特征來討 論凸輪機構的設計,



而凸輪機構的工作性能與其動力參數有密切關系,特別是高 速凸輪的設計中必須充分考慮動力學因素的影響。 !"!"# 作用在從動件上的力 圖 !"$/( 所示為滾子直動從動件盤形凸輪機構的受力示意圖,在忽略構件 之間摩擦力的前提下,作用在直動從動件上的力 !1 可分為從動件系統的重力 !2 、工作阻力 !3 、慣性力 !4 、為保持凸輪與從動件接觸所加的返位彈簧的彈簧 恢復力 !5 ,此外有凸輪對從動件的法向作用力 !& 以及機架對從動件約束反力 !6/ 和 !6# 。對于圖 !"$/7 所示擺動從動件,慣性力變成了慣性力矩 &4 % ’",其 他力不變。圖 !"$/( 中,從動件系統的重力 !2 、工作阻力 !3 、慣性力 !4 、返位彈 簧的恢復力 !5 均作用在從動件的軸線上。 圖 !"$/( 中,以從動件為分離體,并忽略從動件桿件直徑的影響,且設 /-- 第!章 凸輪機構及其設計 圖 !"#$ 凸輪機構的動態靜力分析 !% & !’ ( !) ( !* ( !! 則寫出力的平衡方程 !!" & + !,$ ( !,- + !. /*0! & 1 !!# & + !% ( !.23/! & 1 !$% & !,$ ( & ( ’)+ !,- ’ & ü y t . . 1 (!"-!) 聯立求解上述平衡方程可有 !,$ & ’!. & /*0! (!"-4) !,- & ’!. & /*0! ( !. /*0! (!"-5) !.23/! & !% (!"-6) 由式(!"-4)、(!"-5)可知,為減少從動件支承處的反作用力,減少導軌處的 磨損,應盡量增大支承處的長度 & 和減小從動件的懸臂長度 ’。 !"!"# 凸輪機構的彈簧力 在一般情況下,慣性力 !* 和返位彈簧的恢復力 !/ 是從動件位移的函數,即 !* & + ("- .- ) .#- !/ & + *( )1 ( ) } ) (!"-7) 式中 ( 為從動件系統的質量;* 為彈簧剛度;)1 為彈簧的預緊變形量;) 為從動 件的位移。 !"! 力封閉凸輪機構的動態靜力分析 $8! 當從動件與凸輪脫離接觸時,凸輪對從動件的作用力 !! 不再起作用,即 !! " #。為保證力封閉始終有效,其必要條件是 !$ " !% & !’ & !( & !) * # (+,-#) 將式(+,./)代入上式可得 " * 0 !% 0 !’ 0 #!. !. $ !". $# & $ (+,-1) 彈簧剛度的最小值也應大于式(+, -1)右邊的最大值,才能保證凸輪與從動 件的接觸,其臨界值為 "2(3 " 0 !% 0 !’ 0 #!. !. $ !". $# & éêê. ùúú $ . 245 (+,-.) 圖 +,-. 所示為滾子從動件所受各力的變化情況。當慣性力在某一時刻超 過彈簧的變形力時,如圖中的陰影部分,從動件將克服彈簧的壓緊力加速上升, 發生從動件與凸輪脫離接觸的騰跳現象。為避免出現這種情況,彈簧的剛度要 大于其臨界值,但為避免剛度過大而加劇凸輪與從動件的磨損,一般取 " "(1,. 6 1,7)"2(3 圖 +,-. 滾子從動件上升過程中的騰跳現象 !!"!"# 作用在滾子上的力 由圖 +,-- 可知滾子為二力構件,也是中間傳力構件,凸輪 1 對從動件 - 的 驅動是通過滾子 . 來實現的。故有 !1. " !-. 在凸輪 1 給滾子 . 的摩擦力作用下,產生摩擦力矩 %8. ,并繞滾子中心 & 順 時針回轉,大小為:%8. " !1. ’1. (’ ;而滾子繞銷軸的摩擦力矩為:%8- " !.- ’.- () 。 其中,’1. 為凸輪與滾子之間的摩擦系數,(’ 為滾子半徑,’.- 為銷軸與滾子之間的 摩擦系數,() 為銷軸的半徑。 179 第!章 凸輪機構及其設計 圖 !"## 滾子受力圖 由于從動件位移的變化,導致機構慣性力和 彈簧力的變化,所以滾子對凸輪的壓力也在變 化,最后影響到凸輪對滾子的摩擦力矩發生變 化。隨著凸輪的連續轉動,滾子的自轉角速度是 不恒定的。滾子上產生了慣性力矩 !"# ,其值為 !"# $ % #$!& 式中 #$ 為滾子繞中心 $ 的轉動慣量,!& 為滾子 的自轉角加速度。 為了減少凸輪表面與滾子之間的摩擦磨損, 應不使滾子在凸輪廓線上產生相對滑動,保持純 滾動,因此必須滿足下式 ’ !(& ’ ) ’ !(# * !"# ’ 在力封閉的凸輪機構中,可通過增大彈簧力來提高凸輪副的運動副反力,從 而保證滾子作純滾動,降低凸輪副的磨損,提高凸輪機構的使用壽命。 !!"!"# 作用在凸輪上的力 在圖 !"#+ 中,作用在凸輪上的力有從動件 & 給凸輪 , 的法向力 %&, ,機架 + 給凸輪 , 的約束反力 %+, ,以及作用在凸輪上的驅動力矩 !- 。法向力 %&, 與約束 反力 %+, 形成力矩 !, ,即 !, $ %&, &。 由于彈簧力和慣性力隨凸輪轉角的變化而變化,從動件給凸輪的作用力 %&, 也是變化的,平衡力矩 !, 也是變化的,而凸輪的驅動力矩 !- 一般取力矩 !, 的最大值。實際上凸輪運轉的角速度是有速度波動的,但在凸輪設計中,仍 按凸輪作等速運轉來進行設計。根據求出的作用在凸輪上的驅動力矩和凸輪的 角速度,可計算出凸輪的驅動功率。 圖 !"#+ 凸輪受力圖 !"! 力封閉凸輪機構的動態靜力分析 ,+. 小 結 凸輪機構在機械工程中,特別是在自動化機械中,應用最為廣泛,凸輪機構 設計的優劣,對機械性能的影響很大。 本章重點討論了平面凸輪機構的設計。 根據工作要求和使用場合選擇或設計從動件的運動規律,是凸輪機構設計 中至關重要的一步,它將直接影響凸輪機構的運動和動力特性。本章主要介紹 了從動件 ! 種最基本的運動規律及其組合原則。運用基本運動規律的特點進行 運動規律的合理組合,是創新設計凸輪機構的有效途徑。 確定凸輪機構的基圓半徑、滾子半徑、平底長度、偏距等基本尺寸,是凸輪設 計的第二步。本章介紹了按凸輪機構許用壓力角計算凸輪最小基圓半徑的方法 及滾子半徑、平底從動件的長度、


偏距的設計原則。 凸輪輪廓曲線的設計是本章的核心內容。本書保留了部分作圖法設計凸輪 輪廓曲線的內容,在反轉法原理的基礎上,把凸輪的轉動和從動件相對凸輪的運 動用坐標變換的方式來表達,從而建立了凸輪輪廓曲線的解析表達式,并可運用 計算機求解。 對于力封閉的凸輪機構,返位彈簧的設計很重要。本章在凸輪機構的動態 靜力分析中,重點介紹了返位彈簧的剛度的設計。 習 題 !"# 如題 !"# 圖所示,!$ 點為從動件尖頂離凸輪軸心 " 最近的位置,!% 點為凸輪從該 位置逆時針方向轉過 &$’后,從動件尖頂上升 # 時的位置。用作圖法求凸輪輪廓上與 !% 點對 應的 ! 點時,應采用圖示中的哪一種作法?并指出其他各作法的錯誤所在。 !"$ 在題 !"( 圖中所示的三個凸輪機構中,已知 $ ) *$ ++,% ) ($ ++,& ) #! ++,’, ) #*- 第!章 凸輪機構及其設計 題 !"# 圖 $% &&。試用反轉法求從動件的位移曲線 ! ’!,并比較之(要求選用同一比例尺,畫在同一坐 標系中,均以從動件最低位置為起始點)。 題 !"$ 圖 !"# 如題 !"( 圖所示的兩種凸輪機構均為偏心圓盤。圓心為 ",半徑為 # ) (% &&,偏 心距 $"% ) #% &&,偏距 & ) #% &&。試求: (#)這兩種凸輪機構從動件的行程 ’ 和凸輪的基圓半徑 (% ; ($)這兩種凸輪機構的最大壓力角"&*+ 的數值及發生的位置(均在圖上標出)。 !"$ 在如題 !" , 圖所示上標出下列凸輪機構各凸輪從圖示位置轉過 ,!-后從動件的位 移 ! 及輪廓上相應接觸點的壓力角"。 !"! 如題 !"! 圖所示為一偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構,凸輪為一偏心圓,其直徑 ) ) ($ &&,滾子半徑 (. ) ! &&,偏距 & ) / &&。根據圖示位置畫出凸輪的理論輪廓曲線、偏 距圓、基圓,求出最大行程 ’、推程角及回程角,并回答是否存在運動失真。 !"% 在題 !"/ 圖所示的凸輪機構中,已知凸輪的部分輪廓曲線,試求: (#)在圖上標出滾子與凸輪由接觸點 )# 到接觸點 )$ 的運動過程中,對應凸輪轉過的角 度。 習 題 #,0 題 !"# 圖 題 !"$ 圖 (%)在圖上標出滾子與凸輪在 !% 點接觸時凸輪機構的壓力角!。 !"# 試以作圖法設計一偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構凸輪的輪廓曲線。凸輪以等 角速度順時針回轉,從動件初始位置如圖所示,已知偏距 " & ’( )),基圓半徑 #( & $( )),滾 子半徑 #* & ’( ))。從動件運動規律為:凸輪轉角" & (+ , ’!(+時,從動件等速上升 $ & #( ));"& ’!(+ , ’-(+時,從動件遠休止;"& ’-(+ , #((+時從動件等加速等減速回程 #( ));" & #((+ , #.(+時從動件近休止。 ’!( 第!章 凸輪機構及其設計 題 !"! 圖 題 !"# 圖 題 !"$ 圖 !"# 試由題 !"% 圖以作圖法設計一個對心平底直動從動件盤形凸輪機構凸輪的輪廓曲 線。設已知凸輪基圓半徑 !& ’ (& )),從動件平底與導軌的中心線垂直,凸輪順時針方向等 速轉動。當凸輪轉過 *+&,時從動件以等加速等減速運動上升 +& )),再轉過 *!&,時,從動件又 以余弦加速度運動回到原位,凸輪轉過其余 -&,時,從動件靜止不動。這種凸輪機構壓力角的 變化規律如何?是否也存在自鎖問題?若有應如何避免? 題 !"% 圖 題 !"- 圖 習 題 *!* !"# 在如題 !" # 圖所示的凸輪機構中,已知擺桿 !" 在起始位置時垂直于 #",$#" $ %& ’’,$!" $ (& ’’,滾子半徑 %) $ *& ’’,凸輪以等角速度! 順時針轉動,從動件運動規律如 下:當凸輪轉過 *(&+時,從動件以正弦加速度運動規律向上擺動 ,&+;當凸輪再轉過 *!&+時,從 動件又以余弦加速度運動規律返回原來位置,當凸輪轉過其余 ,&+時,從動件停歇不動。 


!"$% 設計一移動從動件圓柱凸輪機構,凸輪的回轉方向和從動件的起始位置如題 !" *& 圖所示。已知凸輪的平均半徑 &’ $ %& ’’,滾子半徑 %) $ *& ’’。從動件運動規律如下:當凸 輪轉過 *(&+時,從動件以等加速等減速運動規律上升 -& ’’;當凸輪轉過其余 *(&+時,從動件 以余弦加速度運動規律返回原處。 題 !"*& 圖 !"$$ 如題 !"** 圖所示為書本打包機的推書機構簡圖。凸輪逆時針轉動,通過擺桿滑 塊機構帶動滑塊 ’ 左右移動,完成推書工作。已知滑塊行程 ( $ (& ’’,凸輪理論輪廓曲線 的基圓半徑 %& $ !& ’’,$!) $ *-& ’’,$)’ $ *.& ’’,其他尺寸如圖所示。當滑塊處于左極限位 置時,!) 與基圓切于 " 點;當凸輪轉過 *.&+時,滑塊以等加速等減速運動規律向右移動 (& ’’;當凸輪接著轉過 ,&+時,滑塊在右極限位置靜止不動;當凸輪再轉過 -&+時,滑塊又以等加 速等減速運動向左移動至原處;當凸輪轉過一周中最后 *!&+時,滑塊在左極限位置靜止不動。 試設計該凸輪機構。 題 !"** 圖 *!. 第!章 凸輪機構及其設計 !"#$ 題 !"#$ 圖所示為滾子擺動從動件盤形凸輪機構,已知 ! % &’ ((,"#$ % #! ((,"%& % #)! ((,"%$ % )! ((,試根據反轉法原理圖解求出:凸輪的基圓半徑 ’’ ,從動件的最大擺角 !(*+ 和凸輪的推程運動角"’ ( ’’ 、!(*+ 和"’ 標注在圖上,并從圖上量出它們的數值)。 題 !"#$ 圖 !"#% 在題 !"#& 圖所示的對心直動滾子從動件盤形凸輪機構中,凸輪的實際輪廓曲線 為一圓,圓心在 $ 點,半徑 ! % )’ ((,凸輪繞軸心逆時針方向轉動。 "#$ % $! ((,滾子半徑 ’, % #’ ((。試問: (#)


理論輪廓為何種曲線? ($)凸輪基圓半徑 ’’ % ? (&)從動件升程 ( % ? ())推程中最大壓力角#(*+ % ? (!)若把滾子半徑改為 #! ((,從動件的運動有無變化?為什么? 題 !"#& 圖 !"#& 試用解析法設計偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構凸輪的理論輪廓曲線和實際 輪廓曲線。已知凸輪軸置于從動件軸線右側,偏距 ) % $’ ((,基圓半徑 ’’ % !’ ((,滾子半徑 習 題 #!& !! " #$ %%。凸輪以等角速度沿順時針方向回轉,在凸輪轉過角!# " #&$’的過程中,從動件按 正弦加速度運動規律上升 " " ($ %%;凸輪繼續轉過!& " )$’時,從動件保持不動;其后,凸輪 再回轉角度!) " *$’期間,從動件又按余弦加速度運動規律下降至起始位置;凸輪轉過一周的 其余角度時,從動件又靜止不動。 !"#! 如題 (+ #( 圖所示設計一直動平底從動件盤形凸輪機構的凸輪輪廓曲線。已知凸 輪以等角速度" 順時針方向轉動,基圓半徑 !$ " )$ %%,平底與導路方向垂直。從動件的運 動規律為:凸輪轉過 #,$’,從動件按簡諧運動規律上升 &( %%;凸輪繼續轉過 #,$’,從動件以等 加速等減速運動規律回到最低位。(用計算機編程計算時,凸輪轉角可隔 #$’計算。用計算器 計算時,可求出凸輪轉過

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