牙刷植毛机中送毛机构的凸轮机构设计

 刘  铁，姜  铭，伏高印，郑传德

 （扬州大学机械工程学院，江苏  扬州  225127）

摘要：为满足牙刷植毛机刷毛运送的要求，设计了偏心圆凸轮机构。根据凸轮摆杆从动件运动至极限位置时凸轮与摆杆的几何关系，求得了偏心圆凸轮几何半径R与偏心距e，从而确定了偏心圆凸轮理论轮廓曲线。由于受到牙刷植毛机的工作空间限制，又对该机构进行了改进。经过实践验证，改进后的偏心圆凸轮机构能很好地完成刷毛运送工作。

关键词：牙刷植毛机；偏心圆凸轮；设计；送毛机构 中图分类号：TH132. 47 

0  引言

 牙刷植毛机是一种高速、轻载机器，其机构运动复杂，自动化要求高。这类运动空间小、对运动协调性要求较高的机械，适宜采用结构紧凑、控制准确的机构来实现其运动要求。根据以上工作要求及工作条件限制，采用摆动滚子推杆盘形凸轮机构。凸轮具有结构紧凑、可以高速启动、动作准确可靠等优点，而且通过改变凸轮轮廓的外形就能实现不同的从动件运动规律，在很多特殊领域得到了广泛的应用。

1  送毛机构工作原理

 图1(a)是由盘形凸轮、摆杆I（由摆臂工和摆臂Ⅱ组成）、连杆、摆杆Ⅱ、拉毛梭所组成的凸轮送毛机构，图1(b)为植毛嘴局部放大图。凸轮与摆杆I的摆臂I相接触，在输出轴的驱动下，凸轮开始转动，通过凸轮的轮廓曲线使摆臂I绕固定轴上下摆动，同时与之固联的摆臂Ⅱ作左右摆动，从而控制连杆的左右往复运动。此时，与连杆联接的摆杆Ⅱ带动与之固装的拉毛梭往复运动，即顺时针与逆时针转动。毛梭逆时针转动时，毛梭槽将在预定位置拉取牙刷毛；顺时针转动时，拉毛梭将刮取到的牙刷毛运送至植毛嘴的开口槽处，至此该机构的送毛任务已完成。接下来，再由其他相关的运动机构将刷毛植入到牙刷板的毛孔内。

2摆动滚子推杆盘形凸轮机构设计

  凸轮机构的设计，首先要依据凸轮机构从动件的实际运动要求设计出从动件运动规律的数学模型；然后根据给定的结构参数，由从动件的运动规律推导出凸轮的理论轮廓曲线；最后再根据从动滚子的半径来确定凸轮的实际轮廓曲线。

2.1  凸轮机构的选择

 图2为牙刷植毛机中凸轮送毛机构从动件所要实现的行程曲线图。凸轮转角β在00～180。区间时为推程，在1800～3600区间时为回程，从动件所要实现的最大摆角为38.40。由图2可知，从动件行程并不存在近休止或远休止过程。基于以上几点，再结合送毛凸轮机构高速、轻载的工作要求，将其设计为摆动滚子推杆偏心圆凸轮机构，其从动件的运动规律对应为偏心圆凸轮运动规律。

2.2  偏心圆凸轮轮廓曲线求解

3偏心圆凸轮虚拟设计与实物试制

 利用求得的凸轮几何半径R和偏心距e，通过三维软件对凸轮进行三维实体建模，如图4所示。由图3(b)可知，当摆杆摆角位至最大位置时，摆杆已与凸轮理论轮廓线干涉。根据送毛凸轮机构工作空间的限制，为避免摆杆与凸轮机构发生干涉，且保证所设计的凸轮理论轮廓线始终与摆杆B点保持接触，完成机构的工作要求，故将其优化为如图5所示的偏心圆凸轮机构。改进后的机构是由滚圈1、轴承2、偏心圆凸轮3组成的新型偏心圆凸轮机构，4是原偏心圆凸轮的理论轮廓线。改进后，偏心距e及理论廓线半径R均保持不变，即从动件摆杆的行程没有发生改变。换言之，通过调整滚圈1（滚圈1的作用相当于摆杆的滚子）的形状和凸轮3的大小来避免凸轮机构的干涉，同时也达到了摆杆上B点通过几何锁合与滚圈上B'点相接触的目的。图6为改进后的偏心圆凸轮机构装配图，图7为该凸轮机构的试制品。通过实践证明，该机构能较好地完成预定的运动要求。

4结论

 确定凸轮的运动规律后，通过对凸轮几何半径R和偏心距e数学模型的求解，最终设计了牙刷植毛机中送毛机构。通过实践证明，该机构能较好地完成送毛这一工序。