陈生洲

（哈药集团制药总厂，哈尔滨 150086）

1 引言

槽轮机构是由槽轮和圆柱销组成的单向间歇分度机构，又称为马儿他机构，其定位采用锁紧弧面定位。槽轮机构结构简单，工作可靠，在进入与脱离啮合时运动较为平稳，能够准确地控制转动的角度，然而在槽轮转动的始末位置加速度变化较大，会产生冲击，加剧了定位弧与锁紧弧间的磨损，从而不能满足其精度的要求。针对出现的问题，本文提出了一些改善锁紧弧面的措施，取得了一定的效果，同时由于圆柱凸轮分度箱具有独特的封闭性等优点，也同样可以保证定位精度的要求。

2 锁紧弧面磨损对定位精度的影响

（1）锁紧弧面磨损对槽轮间歇转角的影响。定位弧是指槽轮机构的定位弧半径对应的弧，锁紧弧则是在拨销处所对应的弧，理论上两者的参数相同。槽轮机构转位始末时，角加速度的突变增大，加大了冲击，从而加剧了定位弧与锁紧弧间的磨损。拨销盘的锁紧弧与槽轮的定位弧交于图中的p点，其中o1o2与o2p间的夹角为θ，由于磨损量Δr的存在，致使槽轮定位弧转过了Δθ角度，从而对定位精度产生了一定的影响。

（2）槽轮间歇转位偏差角度对定位精度的影响。在制药机械中，通常使用槽轮机构带动拨盘或工作转盘进行间歇分度。由于磨损量的存在，导致了槽轮定位弧转过了Δθ角度，同时也使得回转轴带动拨盘或工作转盘转过了相同的角度，产生了转动偏差，从而使得定位点出现了偏差。

图1 槽轮间歇机构锁紧面定位弧偏差角度示意图

3 锁紧弧面磨损的定位误差分析

3.1 槽轮间歇分度机构的运动特性分析

由于槽轮间歇分度机构的角加速度随着槽数的变化而变化，在转位始末时，速度为零，但角加速度有一个瞬时的突变，从而使得槽轮和其轴上的惯性负荷也有一个突变，这种变化表现为一次振动的冲击。随着槽轮槽数的减少，角速度的突变增大，使冲击加剧。尤其槽轮在转位末了时，作用在定位弧上的作用力同无因次角加速度成正比。一旦定位弧出现磨损，其冲击力会使槽轮定位弧克服因磨损而产生的间隙量，进一步增大了槽轮分度转动角度的偏差量，从而也使得工作盘定位点出现了一定的偏差。

3.2 槽轮间歇分度机构的槽数

由槽轮间歇机构的计算公式可以看出，当槽数较少时，加速度变化较大，惯性力变化也越大，弧的磨损加剧，使得运动平稳性差，反之亦然。因此，设计时槽轮的槽数选择要合理，槽数太多，使得槽轮的尺寸变大，转动时槽轮的惯性矩也大，因此，一般选用槽数z=4～8。

3.3 槽轮定位弧与拨销盘锁紧弧的材料

通常槽轮的材料为球墨铸铁，拨销盘锁紧弧材料选用20Cr或者40Cr。根据设计手册中的要求，槽轮材质的硬度应小于拨销盘锁紧弧材料的硬度，这样使得在间歇回转的过程中，材质较硬的锁紧弧面有助于提高较软定位弧的疲劳强度。

3.4 槽轮间歇分度机构的装配问题

由于槽轮的角加速度变化较大，并且在槽轮运动的前半段，由于角速度是增加的，因此，角加速度为正值；而在槽轮运动的后半段，角速度是较小的，角加速度为负值。由于圆销进槽和出槽的位置对称，所以槽轮转位始末的角加速度的数值相同，方向相反。由于槽轮槽宽尺寸公差较大，易使槽轮与圆销间出现间隙，会产生冲击，从而加速定位弧的磨损。同时槽轮弧面的表面粗糙度值较大，从而对弧面的抗磨性也会产生一定的影响。

4 槽轮间歇分度机构锁紧弧面磨损的改善措施

（1）减小圆销对槽轮的冲击。为了能进一步消除圆销与槽轮间的间隙，以减小圆销进入槽轮时的冲击，设计时应使槽轮的实际外圆半径略大于槽轮理论计算的外圆半径。同时，合理设计槽轮的尺寸以及用材的比重，这样可以有效地减小槽轮的转动惯量，从而减小了冲击。

（2）合理匹配槽轮与拨销盘硬度间差值。根据机械设计手册所推荐，一般槽轮定位弧的硬度要低于拨销盘锁紧弧的硬度，两者洛氏硬度值相差10～20HRC，这样可以提高其接触处的疲劳寿命。

（3）提高槽轮与拨销盘的制造精度。一般槽轮定位弧与拨销盘锁紧弧的表面粗糙度Ra1.6～Ra0.8，由于表面粗糙度与一定的尺寸和形位公差有关，可以对两者弧面的圆度、平行度以及位置度提出要求，以降低其表面粗糙度的值。

（4）利用锥面定位弧与锁紧弧的配合结构。当弧面出现磨损时，可以利用锥面定位弧与锁紧弧的配合结构，即通过使用减薄的垫片来达到调整定位弧与锁紧弧间间隙的目的，从而满足定位精度的要求。

5 圆柱凸轮分度箱的特点

由于槽轮间歇分度机构在工作过程中，不可避免地存在着冲击，尤其当转速高于一定值时，因动载荷相对较大，造成的冲击和磨损更加严重，从而不能满足定位精度的要求，然而圆柱凸轮分度箱的诸多优点越来越适合于现代高速发展的制药机械中，其特点为：（1）可以记录下任意位置时的转位时间与静止时间之比。（2）可以保证转盘所有能实现的运动规律。（3）在能够保证较多工位数的前提下，不需要额外的传动机构。（4）圆柱凸轮分度箱中凸轮棱边的定位可以有效保证其定位的精度，不必另加其它的定位装置。（5）圆柱凸轮分度箱的结构相对简单，另外其刚度也能满足正常工作的要求。

6 结论

槽轮间隙分度机构是制药机械中广泛使用的一种分度机构。本文详细分析了槽轮间歇分度机钩定位弧与拨销盘锁紧弧因磨损产生的间隙问题，并且提出了几种补救措施，然而并不能从根本上消除磨损产生的影响。文中介绍了圆柱凸轮分度箱的诸多特点，圆柱凸轮分度箱弥补了槽轮间隙分度机构的不足之处，不仅满足了精度的要求，而且也大大提高了生产效率，因此，圆柱凸轮分度箱更加适合于现代制药机械之中。

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