VDI 2142 Blatt 3-2014 Construction of planar cam mechanisms - Practical examples.pdf

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1、ICS 21.200 VDI-RICHTLINIEN September 2014 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Auslegung ebener Kurvengetriebe Praxisbeispiele Construction of planar cam mechanisms Practical examples VDI 2142 Blatt 3 / Part 3 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.

2、 The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (GPP) Fachbereich Getriebe und Maschinenelemente VDI-Handbuch Getriebetechnik I: Ungleichfrmig bersetzte Getriebe

3、Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:01.13Entwurf, deutschFormeredition:01/13Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/All rightsreserved(a)VereinDeutscherIngen

4、ieuree.V., Dsseldorf 2014Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Formelzeichen und Abkrzungen . 4 3 Grundlagen zur Beschreibung und Berechnung von Kurven- und Gelenkgetrieben 6 3.1 Allgemeine Vorgehensweise 6 3.2 Beispiel Schneidgetriebe . 8 4 Beispiel Rderkurvenschritt

5、getriebe . 16 5 Beispiel Glasflaschenhandhabung 24 6 Beispiel Bogenstanze mit hherer Gliedergruppe . 32 7 Beispiel eines Transportgetriebes fr eine Synchronphase mit Servoantrieb 42 7.1 Funktionsbeschreibung 42 7.2 Lsungsschritte 44 7.3 Lsung mit Einbezug einer hheren Gliedergruppe 53 7.4 Ermittlung

6、 des Winkels der Gestellgeraden mit Bestimmung einer vorgegebenen Koppelkurvenlage . 56 Anhang Ergnzungen zur Modulbibliothek der VDI 2142 Blatt 2 zum Berechnen von Getriebestrukturen mit hheren Gliedergruppen (HG) 58 A1 Erluterungen zum Modulpaket RG_ZD 61 A2 HG_DD Hhere Gliedergruppe mit zwei Dreh

7、gelenken am Schlieglied . 63 A3 HG_DS Hhere Gliedergruppe mit Drehgelenk im RG und Schubgelenk im GG 68 Schrifttum 71 Preliminary note . 2 1 Scope . 2 2 Symbols and abbreviations . 4 3 Basic principles of describing and calculating cam and linkage mechanisms 6 3.1 General procedure 6 3.2 Example Cut

8、ting mechanism 8 4 Example Gear-and-cam indexing mechanism . 16 5 Example Glass bottle handling device 24 6 Example Die cutter with higher kinematic group 32 7 Example of a transport mechanism for a synchronous phase with servo drive 42 7.1 Function description 42 7.2 Steps to the solution . 44 7.3

9、Solution with inclusion of a higher kinematic group . 53 7.4 Determination of the angle of the frame line with definition of a specified coupler curve position 56 Annex Additions to the module library in VDI 2142 Part 2 for calculating mechanism structures with higher kinematic groups (HG) 58 A1 Com

10、mentary on module package RG_ZD . 61 A2 HG_DD Higher kinematic group with two revolute joints on the closing link 63 A3 HG_DS Higher kinematic group with revolute joint in RG and prismatic joint in GG . 68 Bibliography 71 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EE8ED9NormCD - Stand 2014-10 2 VDI 214

11、2 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen

12、Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich

13、 an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2142. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and re

14、c-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is perm

15、itted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/2142. 1 Anwen

16、dungsbereich Fr die interaktive Optimierung eines Mechanis-mus am Bildschirm ist eine schnelle Analyse des Gesamtgetriebes durch den Einsatz effizienter Al-gorithmen erforderlich. Die Berechnungsmodule in VDI 2142 Blatt 2 wurden speziell fr die kinemati-sche Analyse beliebiger bertragungskurvenge-tr

17、iebe und Fhrungskurvengetriebe entwickelt. Im Gegensatz zur VDI 2729 wird dabei die Methode der komplexen Zahlen verwendet, die eine sehr kompakte und bersichtliche Darstellung sowie eine sichere und schnelle rechnerische Auswertung ermglicht. So lassen sich die kinematischen Gr-en der bertragungsku

18、rvengetriebe mit Rollenhe-bel, Rollenstel, Flachhebel und Flachstel be-stimmen und ihre Kurvenscheibenprofile berech-nen. Ferner ist die kinematische Analyse beliebiger Fhrungskurvengetriebe mglich, die in der Regel Elemente von Gelenkgetrieben und gegebenenfalls Rdergetrieben enthalten. Mit ausgewh

19、lten Praxisbeispielen werden dem Anwender in dieser Richtlinie Hilfen fr die ziel-gerichtete Benutzung der in VDI 2142 Blatt 2 vor-gestellten Modulmethode gegeben. Neue Themen-felder sind dabei die Zulassung hherer Glieder-gruppen“ in der Getriebestruktur die bisher von der Modulmethode nicht ermgli

20、cht wurden (VDI 2729) sowie die Bercksichtigung des Themas elektronische Kurvenscheibe“ bei der Auslegung von Servoantrieben. Die Praxisbeispie-le wurden so ausgewhlt, dass zum einen mg-lichst viele der in VDI 2142 Blatt 2 aufgefhrten Module auftreten und zum anderen das vorgestellte Getriebe anwend

21、ungstechnisch von Interesse ist. Da sich in der Richtlinie VDI 2729 bereits zahlrei-che Beispiele fr das Auftreten von Zweischlgen 1 Scope The interactive optimization of a mechanism on the screen calls for a rapid analysis of the complete mechanism using efficient algorithms. The calcula-tion modul

22、es in VDI 2142 Part 2 were developed especially for the kinematic analysis of any trans-mission cam mechanism and guide cam mecha-nism. In contrast to VDI 2729 the complex number method is used here, which makes a very compact and clear representation possible and also permits a reliable and fast co

23、mputational assessment. In this way the kinematic variables of transmission cam mechanisms with roller lever, roller follower, flat lever and flat follower can be determined and their cam disk profiles calculated. Furthermore, any guide cam mechanism can be kinematically ana-lyzed which normally con

24、tains elements of linkage mechanisms and, where applicable, of gear mecha-nisms. By means of selected practical examples, the pre-sent standard provides the user with assistance in the correct use of the module methods introduced in VDI 2142 Part 2. New subject areas here include the admission of “h

25、igher kinematic groups” in the mechanism structure which previously could not be covered by the module method (VDI 2729) as well as including the topic of the “electronic cam disk” in the design of servo drives. The practical examples have been selected such that on the one hand as many as possible

26、of the modules listed in VDI 2142 Part 2 appear and on the other hand the mechanism presented will be of interest from the point of view of technical application. Since stand-ard VDI 2729 already gives numerous examples of the occurrence of two-bar linkages with prismatic B55EB1B3E14C22109E918E8EA43

27、EDB30F09DCAB7EE8ED9NormCD - Stand 2014-10All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI 2142 Blatt 3 / Part 3 3 mit Schubgliedern befinden, wurde hier auf Bei-spiele mit solchen Zweischlgen verzichtet. Fr die eigene Vorgehensweise wird dem Nutzer der Richtlinie in jedem Bei

28、spiel eine Kontrollmglich-keit fr das berprfen der Zahlenwerte und Funk-tionenverlufe ermglicht. In Abschnitt 3 wird zunchst grundlegend darge-stellt, wie ein Getriebe systematisch beschrieben werden sollte, damit alle notwendigen Daten fr die Anwendung der Berechnungsmodule bereitge-stellt werden.

29、An dem einfachen Beispiel eines Schneidmechanismus wird die Nutzung dieser Vorgehensweise ausfhrlich demonstriert. In den weiteren Beispielen in Abschnitt 4 bis Abschnitt 7 findet sie dann ebenfalls allerdings in kompri-mierterer Form Anwendung. Das Beispiel Rderkurvenschrittgetriebe“ in Ab-schnitt

30、4 beschreibt eine Kombination aus einem Rder- und einem Kurvengetriebe, wie man sie beispielsweise in einer Kettentransporteinrichtung findet. In diesem Beispiel wird insbesondere ge-zeigt, wie man mit den Modulen Grenzkurven fr bertragungswinkel berechnen und damit Rollen-mittelpunkte bzw. Hebellng

31、en interaktiv geeignet whlen kann. Das Beispiel Glasflaschenhandhabung“ in Ab-schnitt 5 beschreibt ein Flachstelgetriebe mit feststehender Kurvenscheibe sowie eine Zahnstan-gen-Zahnrad-Kombination. Die Bewegung findet in zwei orthogonalen Ebenen statt, wobei man aber fr die Berechnung ein ebenes Ers

32、atzgetriebe nut-zen kann. Anwendung finden solche Mechanis-men, wenn einer Hauptbewegung eine Relativbe-wegung berlagert wird. Das Beispiel Bogenstanze“ in Abschnitt 6 be-schreibt ein Gelenkgetriebe mit einer hheren Gliedergruppe. Dieses Beispiel soll zeigen, wie mithilfe der in dieser Richtlinie zu

33、stzlich spezifi-zierten Module auch Getriebe berechnet werden knnen, die sich nicht in elementare Zweischlge zerlegen lassen. Durch diese Erweiterung wird eine Vielzahl weiterer Getriebe erfasst, die ursprnglich fr die Modulmethode nicht zugnglich waren. Abschnitt 7 beschreibt ein Transportgetriebe

34、fr eine Synchronphase mit Servoantrieb“, dessen Hauptbaugruppe ein Gelenkgetriebe ist. Hier wird die Modulmethode zunchst genutzt, um auf Basis der technologischen Vorgaben (Synchronbewe-gung, bernahmeposition des Transportguts) einen Gelenkmechanismus zu entwerfen, der eine geeig-nete Bewegungsbahn

35、 bietet. Zur Sicherstellung des Synchronlaufs muss dann eine Antriebsfunktion (elektronische Kurvenscheibe“) gefunden werden. links, examples of such two-bar linkages will be dispensed with here. In each example the user of the standard is provided with a way of checking the numerical values and fun

36、ction sequences. First of all, Section 3 gives a basic description of how a mechanism should be systematically de-scribed such that all of the data required for using the calculation modules are made available. Taking the straightforward example of a cutting mecha-nism, the application of this proce

37、dure is demon-strated in detail. In the examples which follow in Section 4 to Section 7 this procedure will also be used but in a more compact form. The “Gear-and-cam indexing mechanism” example in Section 4 describes a combination of a gear mechanism and a cam mechanism such as is found in, for exa

38、mple, a chain conveyor. In this example particular emphasis is placed on showing how limit curves for transmission angles can be calculated with the modules and thus suitable roller centres or lever lengths can be selected interactively. The “Glass bottle handling” example in Section 5 describes a f

39、lat-follower mechanism with a fixed cam disk and also a rack-and-gearwheel combina-tion. Movement takes place on two orthogonal planes although a planar equivalent mechanism can be used for the calculation. Mechanisms of this kind are used when a relative motion is superim-posed on a primary motion.

40、 The “Die cutter” example in Section 6 describes a linkage mechanism with a higher kinematic group. This example should demonstrate how with the aid of the modules additionally specified in this stand-ard it is even possible to calculate mechanisms which cannot be resolved into elementary two-bar li

41、nkages. This addition means that a large number of other mechanisms which were not originally accessible to the module method can now be cov-ered. Section 7 describes a “Transport mechanism for a synchronous phase with servo drive”, whose main assembly is a linkage mechanism. Here the module method

42、is used first of all to design, on the basis of technical inputs (synchronous movement, transfer position of the transported material), a linkage mechanism which would offer a suitable path of movement. To ensure synchronous operation, a drive function (“electronic cam disk”) then needs to be found.

43、 Two different ways of performing this B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EE8ED9NormCD - Stand 2014-10 4 VDI 2142 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 Fr die Erledigung dieser Aufgabe werden zwei Varianten dargelegt. Zum einen wird die Antrie

44、bs-funktion mit klassischen“ Iterationsverfahren berechnet, wobei die Modulmethode bei der Be-rechnung von Werten Verwendung findet. Zum anderen wird die Aufgabe als Berechnung einer hheren Gliedergruppe formuliert und dann unter weitgehender Nutzung der Modulmethode gelst. Dabei kommt ein im Anhang

45、 spezifiziertes Be-rechnungsmodul fr eine hhere Gliedergruppe zum Einsatz. Anwendungstechnisch behandelt das Beispiel eine Aufgabenstellung, wie sie hufig beim Synchrontransport eines Objekts auftritt. Der Anhang enthlt Berechnungsmodule fr zwei praktisch relevante hhere Gliedergruppen und ergnzt so

46、 die Modulsammlung aus der Richtlinie VDI 2142 Blatt 2. task are shown. Firstly, the drive function is calcu-lated using “classic” iterative methods in which the module method is used in calculating values. Sec-ondly, the problem is formulated as calculation of a higher kinematic group and then solv

47、ed with extensive use of the module method. In this case a calculation module specified in the Annex for a higher kinematic group is used. From the applica-tion point of view the example looks at a problem which often crops up in the synchronous transpor-tation of an object. The Annex contains calcu

48、lation modules for two higher kinematic groups of practical relevance and thus supplements the collection of modules in standard VDI 2142 Part 2. 2 Formelzeichen und Abkrzungen Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: 2 Symbols and abbreviations

49、 Symbols The following symbols are used throughout this standard: Formel-zeichen / Symbol Benennung Designation Einheit / Unit D(n)(, w) Rotationsableitungen des um den Winkel rotierenden Zeigers w rotational derivatives of the phasor w ro-tating by the angle d(n)() Rotationsableitungen des um den Winkel rotierenden Einheitszeigers eirotational derivatives of the unit phasor eirotating by the angle eeulersche Z