摘 要

分割器又称间歇机构或者步进机构，也称分度装置，是实现将匀速输入运动转换 为间歇输出运动的机构[1]。分度机构是能够传递动力的常用装置，同时它也有传输位移，速度的作用。分度装置是一种把不间断的运动转化为有间隙的运动的自动化机械，它在很多方面有重要应用，常见的包括制造药材、烟草制造、包装食品、印刷工业、陶艺制造工业等，还有很多机械作业也需要分割装置，比如夹片上下料机构、加工中心自动换刀装置，玻璃加工设备、轻纺工业、矿山工业等大型工业。在自动化数控化先进的今天，间歇装置仍是具有重大意义的核心机械装置，对我国的制造业有不可或缺的影响。

本文对非圆内齿轮分割器进行了相应结构设计、动力分析及校核。首先根据非圆内齿轮分割器的运动要求确定非圆齿轮节曲线为椭圆，并通过理论计算选取适当的参数。其次，对非圆内齿轮分割器的传动减速方案进行了设计，选择分割器的减速机构为涡轮蜗杆，传动机构为行星齿轮。再有，通过计算选取适当参数，并对啮合齿轮进行强度校核。还包括非圆内齿轮分割器运动学和受力分析，在CATIA/UG中建立非圆内齿轮分割器三维模型，将模型导入ADAMS软件中先对非圆内齿轮分割器进行运动仿真，揭示其运动学规律。再在ANSYS中对非圆内齿轮进行变形和受力分析，并对关键部件进行强度校核。

关键词

分度装置 非圆齿轮 涡轮蜗杆 行星齿轮 运动校核

Abstract

Splitter, also known as intermittent mechanism or step mechanism, also known as indexing device, is to achieve the uniform input movement into intermittent output movement of the body [1]. The indexing mechanism is a common device capable of transmitting power, and it also has the function of transmission displacement and speed. The indexing device is an automated machine that converts uninterrupted motion into a gap movement. It has important applications in many ways. It is common for the manufacture of medicinal herbs, tobacco manufacturing, packaged food, printing industry, pottery manufacturing industry, etc. There are many mechanical operations also need to split the device, such as clip loading and unloading agencies, processing center automatic tool changer, glass processing equipment, textile industry, mining industry and other large industries. In the era of automated numerical control of advanced, intermittent device is still a significant significance of the core mechanical devices, China's manufacturing industry has an indispensable impact.

In the large area of ​​the automation industry, the indexing device is an important equipment for the center position. It has made great contribution to improving the automatic production efficiency, enlarging the automation area and increasing the degree of industrial automation, especially for China's production industry. (Such as high precision, high efficiency, simple operation, etc.), but for now, it is still facing some challenges in the areas involved, it may be that there are many advantages, such as high precision, high efficiency and simple operation. Not a short time to overcome, such as motor self-locking ability, cooling problems, torque checking, external conditions and other issues. However, mechanical intermittent devices, all aspects of performance are better, generally do not exist above the problem, a better solution to the manufacturing of some difficulties.

In this paper, the non-circular gear divider for the corresponding structural design, dynamic analysis and verification. Firstly, the non-circular gear section curve is elliptical according to the motion requirement of the non-circular gear divider, and the appropriate parameters are selected by theoretical calculation. Secondly, the design of the deceleration of the non-circular gear divider is designed. The reduction mechanism of the divider is selected as the turbine worm and the transmission mechanism is the planetary gear. Further, the appropriate parameters are selected by calculation, and the meshing gears are checked for strength. It also includes non-circular gear divider for kinematics and force analysis. A three-dimensional model of non-circular gear divider is established in CATIA / UG. The model is introduced into ADAMS software to simulate the non-circular gear divider. Kinematics laws. And then in the ANSYS non-circular gear on the deformation and stress analysis, and key components for strength check.

Key words

Indexing device non - circular gear turbine worm planetary gear motion check

1. 绪论
   1. 引言

自动化产业的大领域中，分度装置是占有中心位置的重要装备，它在提高自动生产效率、扩大自动化面积、增加产业自动化程度方面有重大贡献，特别是对我国生产行业有很深远的影响。分度装置实现的不连续运动（运用电机输出功率），有很多的优点，比如运动精度高、效率高、操作简单等，但是目前来说，它在涉及的领域仍面临着一定的挑战，可能不是短时间内能够客克服的，比如电机自锁能力、冷却问题、力矩校核、外部条件等问题。然而机械间歇装置，各方面的性能都更优，一般不会存在以上的问题，较好地解决了生产制造上的一些困难。

工业作业自动化程度正在逐年增高，为了更好地缓解人力资源难题，使加工精度和速度提高，合成设备正在被更加广泛地置于生产生活中。分度装置在加工设备中尤其重要，处于不可替代的位置，在提高加工效率、提升产品质量、改善制造水平方面起着十分重要的作用，是自动化产业中不可少的基础设备。分割器主要分为电控式分割器和机械式分割器，其实电控式分割器的电机主要包括伺服电机、步进电机和变频电机。机械式分割器主要包括凸轮式分割器和传统式分割器（包括棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等）。

非圆齿轮系列分割器也是分割器的一种，它有一系列优点：

1）有很强的自锁性：跟凸轮分割器的结构很不一样，凸轮实现自锁是通过压力角来达到目的，然而非圆齿轮在停顿时期设备的传动比是零，它是根据行星传动技术（差动轮系）实现自锁的。

2）分度数大：分度数很大，根据齿轮的传动比函数确定，它的基本因素是非圆齿轮差动轮系，凸轮分度装置和非圆齿轮分割器很不一样，前者的分度数是根据从动滚子确定的，所以后者的分度数可以更大。

3）有很好的承载性能：非圆齿轮分割器的承载能力是很好的，该差动轮系能实现较好的变形，除此之外，齿轮之间的接触刚性好，在当今的传动方法之间，是比较好的。

4）有较好的动力学性能：该分割装置有以运动曲线的规定来制作非圆齿轮的能力，以保证得到各不相同的动力输出。

5）有较高的运动定位精度：在数字化高度成熟、进步越来越迅速的当今社会，加工表面精度可以根据多轴磨削、铣削实现很良好的结果，凸轮分割器也一样。据此非圆齿轮分度装置输入以及输出的方法与形式更多样更多变，分度数变化范围也较大，它的定位准确性也较高，另外的参数则相差不大。特别是需要分度很大，还有设备占空间位置较小的情况，非圆齿轮分割器有至关重要的作用。

1.2设计思路和基本原理

在本论文中，为设计非圆齿轮行星轮系，把行星差动轮系传动理论还有非圆齿轮系传动理论放在一起讨论，建立非圆齿轮行星差动轮系，同时建立间歇装置界内传动技术综合运用的完整理论系统，据此在分度装置领域进行创造、发挥，从而实现自动机械工业各种装置的多样性与创新性。非圆齿轮分割器是一个分割器系列，它主要包括非圆齿轮回摆式分割器、非圆齿轮滚筒式分割器和非圆锥齿轮分割器等等，相应地变化非圆齿轮的设计参数，比如轮廓、弧长等，就能够实现不同种类的分割形式，以上分割器分别能实现往复分割、直线分割和圆周分割。本论文对非圆内齿轮分割器进行研究，设计非圆内啮合齿轮行星差动轮系机构，设计绘制非圆内啮合齿轮的三维模型三维图，设计相关结构的参数并校核，然后做出相应的三维模型，再转换成二维图，最后进行仿真、运动分析和理论验证。

1.3装置的输出形式

分割器是一种实现间歇运动输出（即将连续的回转运动转化为特定的间歇运动） 的装置，主要输出形式有：歇停式和歇停回摆式。

歇停式：图 1-1（a）所示的就是普通的歇停式运动循环过程。分为两个过程，Φ_f表示的是分度角，又称进给角。在0 ~T₁ 的过程中，输出的角度是零，表示装置处在停歇状态；在 T ₁ ~ T 的过程中，装置输出正方向的分度角Φ_f 。

歇停回摆式：图 2-2（b）所示的是普通的歇停回摆运动循环过程。分为T₁，T₂，T₃，T₄四个过程：1 ~T₁ 之间，设备进入停歇状态，输出分度角为零；T₁ ~T₂ 之间，输出正方向的分度角，其最大摆角为Φ_m；T₂ ~T₃ 之间，又出现歇停状态；最后到T₃ ~T₄阶段，装置又继续输出一个负方向的角度，此时的位置仍对于最初位置有一个摆角Φ_f，称为步进角。