VDI 2727 Blatt 4-2000 Catalogues for machine design - Mechanisms for motion transfer - Converting unidirectional rotation into oscillating motion.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREKonstruktionskatalogeLsung von Bewegungsaufgaben mit GetriebenErzeugung von Schwingbewegungen mit Rast(en)Antrieb gleichsinnig drehendVDI 2727Blatt 4VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebAusschuss Getriebetechnische KonstruktionskatalogeVDI-Handbuch Getriebetech

2、nik IVDI-Handbuch KonstruktionVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure,Dsseldorf 2000Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattetCatalogues for machine designMechanisms for motion transferConverting unidir

3、ectional rotationinto oscillating motionICS 21.200 Juni 2000Frhere Ausgabe: 12.98Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Einleitung und Ziele. . . . . . . . . . . . . . . 32 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . 42.1 Begriffe und Bezeichnungen . . . . . . . . 42.1

4、.1 Schwingrastgetriebe . . . . . . . . . 42.1.2 Lage der Rast. . . . . . . . . . . . . 42.1.3 Rastarten . . . . . . . . . . . . . . . 62.1.4 Rastgte . . . . . . . . . . . . . . . 82.1.5 Rastwinkel FR. . . . . . . . . . . . 82.1.6 Rast-Perioden-Verhltnis R. . . . . 82.1.7 Schwingwinkel 0undSchwingweg

5、 (Hub) S0. . . . . . . . 82.1.8 Bezogene Abtriebsrastabweichung 82.1.9 Symmetrie der bertragungs-funktion. . . . . . . . . . . . . . . . 82.2 Syntheseprinzipe . . . . . . . . . . . . . . 82.2.1 Syntheseprinzip des bahnkurven-gesteuerten Zweischlages . . . . . . 92.2.2 Syntheseprinzip der Hintereinan

6、der-schaltung . . . . . . . . . . . . . . . 112.2.3 Syntheseprinzip des Antriebs-kurvengliedes. . . . . . . . . . . . . 112.2.4 Syntheseprinzip des partiellenFunktionswechsels . . . . . . . . . . 142.2.5 Syntheseprinzip der Bewegungs-berlagerung . . . . . . . . . . . . . 142.2.6 Syntheseprinzipe fr

7、rumlicheSchwingrastgetriebe . . . . . . . . . 153 Erluterungen zum KonstruktionskatalogSchwingrastgetriebe“ . . . . . . . . . . . . . 153.1 Hauptteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.2 Gliederungsteil . . . . . . . . . . . . . . . 15Seite3.3 Zugriffsteil . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8、153.3.1 Spalte 1: Achslage An- zu Abtrieb . . 153.3.2 Spalte 2: Prinzipieller Verlauf der bertragungsfunktion. . . . . . . . . 163.3.3 Spalte 3: Rastart . . . . . . . . . . . . 163.3.4 Spalte 4: Kinematisch relevanteAbmessungen des Beispiels . . . . . 163.3.5 Spalte 5: Rastwinkel Rbei bezogener Rast

9、abweichung R. . . . . 163.3.6 Spalte 6: Rast-Perioden-Verhltnis R163.3.7 Spalte 7: Schwingwinkel 0undSchwingweg S0. . . . . . . . . . . . 163.4 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Konstruktionskatalog Schwingrastgetriebe“ 185 Beispiel zur Anwendung des Konstruktions-katalogs Schwingra

10、stgetriebe“ . . . . . . . . 545.1 Ziel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.2 Aufgabenstellung. . . . . . . . . . . . . . . 545.3 Bestimmen der Getriebefunktion . . . . . . 545.4 Suchen von Lsungen im Konstruktions-katalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.5 Weiteres Vorgehen . .

11、. . . . . . . . . . . . 545.6 Ergebnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556 Anwendungsbeispiele fr Schwingrast-getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556.1 Koppelrastgetriebe in einer Druckmaschine. 556.2 Koppelrastgetriebe in einer Verpackungs-maschine . . . . . . . . . . . . . .

12、 . . . . . 566.3 Transfereinrichtung in einer Presse . . . . . 566.4 Auswerfer im Tisch einer Presse. . . . . . . 576.5 Webladenantrieb in einer Webmaschine . . . 57Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD1

13、9CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 2 VDI 2727 Blatt 4B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbe

14、halten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 VDI 2727 Blatt 4 3 VorbemerkungIn den verschiedenen Bereichen des Maschinen- undGertebaus werden fr Bewegungsaufgaben opti-male Konstruktionen verlangt. Mechanismen undGetriebe als Konstruktionsbausteine bieten dafr einbreites Lsungsspektrum. Allerd

15、ings ist die Suchenach geeigneten Getriebebauformen vielfach mh-sam. Entsprechendes Fachwissen ist zwar in Hunder-ten von Bchern und Artikeln zu finden, aber Kon-strukteuren, die keine Getriebespezialisten sind,schon aus Zeitmangel oft schwer zugnglich.Die Richtlinienreihe VDI 2727 soll dem Konstruk

16、-teur helfen, ber systematisch geordnete typische Be-wegungsablufe, denen getriebetechnische Lsungenzugeordnet sind, schneller und sicherer zu geeignetenLsungen kommen. Diese lassen sich durch Beach-ten der in den Katalogen enthaltenen kennzeichnen-den Merkmale und Anwenden von Kriterien auseinem Ls

17、ungsfeld herausfiltern.Die in der Richtlinienreihe VDI 2222 Blatt 1 undBlatt 2 schon gegebenen allgemeinen Empfehlungenwurden hier auf die besonderen getriebetechnischenProblemstellungen angewendet und erweitert.Durch sinnvollen Gebrauch der RichtlinienreiheVDI 2727 ergibt sich ein breiter wirtschaf

18、tlicher Nut-zen durchFinden besserer Lsungen in krzerer Zeitbersichtsinformation ber vorhandene getriebe-technische Konstruktionskatalogemethodische Wissensdokumentation auch als Vor-bedingung der RechneranwendungEs wird dem Konstrukteur ein Weg gezeigt, wie er frseine spezielle Aufgabe geeignete Ls

19、ungen findet.Es ist auch derjenige Konstrukteur angesprochen, dermit der Konstruktionsmethodik und der Getriebe-technik nur wenig vertraut ist.Das vorliegende Blatt 4 der RichtlinienreiheVDI 2727 enthlt einen Konstruktionskatalog zu derAufgabenstellung Umwandlung einer fortlaufendrotatorischen Antri

20、ebsbewegung in eine schwin-gende Abtriebsbewegung mit Rasten.Zustzlich zu der systematischen Darstellung der ver-schiedenen Lsungen im Katalogteil werden ineinem gesonderten Abschnitt die theoretischenGrundlagen zum Erzeugen von solchen Schwingrast-bewegungen vermittelt. Der Konstrukteur ist dadurch

21、in der Lage, die verschiedenen mglichen Lsungenleichter an seine spezielle Aufgabenstellung anzupas-sen. An Hand eines Beispiels wird die Verwendungdes Konstruktionskataloges bei der Lsungensucheund -auswahl demonstriert. Einige Beispiele vonkonkreten Einsatzfllen verdeutlichen zudem die An-wendungs

22、mglichkeiten der Schwingrastgetriebe.1 Einleitung und ZieleBewegungsaufgabeIn vielen Bereichen der Technik gibt es die Bewe-gungsaufgabe, aus einer umlaufenden (gleichsinnigdrehenden) Antriebsbewegung (Antriebswinkel j)eine Schwingrastbewegung zu erzeugen. Man ver-steht unter Schwingrastbewegung ein

23、e wechsel-sinnige Bewegung (Schwingbewegung) mit eineroder mehreren Rasten. Eine Schwingrastbewegungkann sowohl eine wechselsinnige Drehbewegung(Abtriebswinkel y) als auch eine wechselsinnigeSchubbewegung (Abtriebsweg s) sein.LsungsanstzeDie Erzeugung einer Schwingrastbewegung kann mitunterschiedlic

24、hen Prinzipen und Mitteln erfolgen(Bild 1).Inhalt der RichtlinieIn der vorliegenden Richtlinie wird nur das mechani-sche Prinzip in Bild 1 zur Lsung der gegebenen Be-wegungsaufgabe benutzt. Demzufolge werden alsMittel diejenigen Getriebe behandelt, die einen kon-tinuierlich umlaufenden Antrieb benti

25、gen und damitam Abtrieb eine Schwingrastbewegung erzeugen.Diese ist entweder rotatorisch oder translatorisch(Bild 2). Daher deckt die Richtlinie in der Matrixder Getriebefunktionen in Bild 3 (vgl. RichtlinieVDI 2727 Blatt 1 V5) sowohl das Feld D6 als auchdas Feld D10 ab.Die meisten der aufgefhrten L

26、sungen sindSchwingrastgetriebe mit rotatorischem Abtrieb.Diese knnen im Allgemeinen immer in einSchwingrastgetriebe mit translatorischem Abtriebumgewandelt werden (siehe Abschnitt 2.2, Bild 9).Um die Richtlinie im Umfang zu begrenzen, sind sol-che Umwandlungen in der Regel nicht zustzlich imLsungska

27、talog enthalten.Die Lsungen sind in Form eines Konstruktionskata-logs zusammengestellt, der auer den Getriebenselbst eine ordnende Systematik und einen Zugriffs-teil hat.Ziel dieser Richtlinie ist es, dem Anwender zweck-mige Lsungen in einer bersichtlichen Form ver-fgbar zu machen (siehe auch Richtl

28、inie VDI 2727Blatt 1 V5). Dabei stellt der vorliegende Lsungs-katalog einen Kompromiss dar. Auf der einen Seitesoll ein mglichst vollstndiges Spektrum an Lsun-gen bereitgestellt werden. Da aber bereits kleinenderungen der kinematischen Abmessungen relativgroe Abweichungen oder andersartige Charakter

29、i-stiken bei den jeweiligen bertragungsfunktionenbewirken knnen, wchst die Anzahl der Lsungenleicht ber vertretbare Grenzen hinaus. Werden ande-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbeha

30、lten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 4 VDI 2727 Blatt 4rerseits einander hnliche Lsungen immer weiterzusammengefasst, so erhlt man zwar eine geringe berschaubare Anzahl abstrakter Lsungsprinzipe,jedoch ist der Weg vom abstrakten Prinzip bis hin zurbrauchbaren Realisierung des Getriebes o

31、ft nicht ein-fach zu erkennen und zu durchschreiten.Der Katalog in der vorliegenden Form soll dem Kon-strukteur Anregungen und Denkanste geben. Diekonkreten Zahlenbeispiele knnen als Startlsung freine optimale Anpassung an den jeweiligen Anwen-dungsfall dienen.Der Katalog musste auf einen handhabbar

32、en Umfangbeschrnkt werden; er erhebt keinen Anspruch aufVollstndigkeit; so werden beispielsweise bei Kur-vengetrieben nur die grundstzlichen Prinzipe aufge-fhrt. Ausfhrlich werden diese in den RichtlinienVDI 2142 V11 und VDI 2143 V12 behandelt.2 Theoretische Grundlagen2.1 Begriffe und Bezeichnungen2

33、.1.1 SchwingrastgetriebeSchwingrastgetriebe sind bertragungsgetriebe miteinem kontinuierlich umlaufenden Antrieb (An-triebswinkel j) und einem Abtriebsglied, das einewechselsinnige Bewegung (Schwingbewegung) miteiner Rast oder mehreren Rasten ausfhrt (Bild 3,Pos. D6 und D10). Eine Schwingbewegung ka

34、nn so-wohl eine wechselsinnige Drehbewegung (Abtriebs-winkel y) wie auch eine wechselsinnige Schubbewe-gung (Abtriebsweg s) sein.2.1.2 Lage der RastRasten knnen in den Umkehrlagen oder zwischenden Umkehrlagen des wechselsinnig bewegten Ab-triebsgliedes auftreten. Bild 4 zeigt die beiden prin-zipiell

35、en bertragungsfunktionen von Schwingrast-getrieben.Umkehrrasten RUtreten in Umkehrlagen des wech-selsinnig bewegten Abtriebsgliedes auf. Vor und nachBild 1. Prinzipe und Mittel zum Erzeugen von SchwingrastbewegungenBild 2. Getriebefunktionen der SchwingrastgetriebePrinzip Mittel (Beispiele) Nr. Eige

36、nschaftenmechanisch Gelenkgetriebe, Kurvengetriebe1 Starre Kopplung, fr schnelle Bewegungen und/oder groe KrfteSynchronisation mehrerer Bewegungen und Rasten in einer Maschine gesichert mglichSummiergetriebe mit zwei Antrieben2 Starre Kopplung, fr schnelle Bewegungen und/oder groe Krfteelektrisch Sc

37、hrittmotor mitBewegungssteuerung3 Flexibel in der Anwendung, geringe HaltekrfteGeregelter Gleichstrom-motor mit Steuerung4 Flexibel in der Anwendung, aufwendige Regelunghydraulisch Hydraulischer Schritt-motor mit Steuerung5 Flexibel in der Anwendung, schnelle Bewegungen und groe Krfte, sehr aufwen-d

38、ige RegelungHydraulisches Medium muss vorhanden sein bzw. separat geschaffen werdenSynchronisation mehrerer Bewegungen und Rasten sehr aufwendig und nicht sicherHydraulischer Kolben mit Steuerung6 Groe Krfte, aufwendige RegelungHydraulisches Medium muss vorhanden sein bzw. separat geschaffen werdenp

39、neuma-tischPneumatischer Schritt-motor mit Steuerung7 Flexibel in der Anwendung, relativ schnelle Bewegungen, geringe Haltekrfte, relativ aufwendige RegelungDruckluft muss vorhanden sein bzw. separat geschaffen werdenSynchronisation mehrerer Bewegungen und Rasten sehr aufwendig und nicht sicherPneum

40、atischer Kolben mit Steuerung8 Geringe Krfte, einfache Steuerung oder nur Endlagendmpfung (z.B. Federpakete)Druckluft muss vorhanden sein bzw. separat geschaffen werdenB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 20

41、16-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 VDI 2727 Blatt 4 5 Bild 3. Matrix der Getriebefunktionen in Abhngigkeit von der Bewegungsaufgabe und einer vorgewhlten AntriebsfunktionGetriebefunktionenD6D10BeispielBewegungablaufWechselsinnig mitTeilrckdrehung(en)Wechselsinni

42、g mitTeilrckdrehung(en)Baumwoll-KmmmaschineB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 6 VDI 2727 Blatt 4einer Umkehrrast hat das Abtriebsg

43、lied entgegen-gesetzte Bewegungsrichtungen (Bild 4a).Zwischenrasten RZtreten in beliebigen Lagen zwi-schen den Umkehrlagen des Abtriebsgliedes auf. Vorund nach einer Zwischenrast hat das Abtriebsglieddie gleiche Bewegungsrichtung (Bild 4b).Bild 5 zeigt Beispiele von bertragungsfunktionenmit Kombinat

44、ionen dieser beiden prinzipiellen Rast-lagen.2.1.3 RastartenEin Schwingrastgetriebe erzeugt dann eine Rast,wenn sich der Abtriebsparameter y oder s bei fortlau-fendem Antriebswinkel j whrend der Rastphase gekennzeichnet durch den Rastwinkel FR gar nicht(exakte Rast) oder nur innerhalb einer Toleranz

45、 YRoder SR(angenherte Rast) ndert (Bild 6).Exakte Rasten (Bild 6, Spalte 1) liegen vor, wenn inder Rastphase die bertragungsfunktionen 1. Ord-nung (bersetzung) y bzw. s und 2. Ordnung ybzw. s des Getriebes null sind, d.h. wenn Geschwin-digkeit und Beschleunigung des Abtriebsgliedes nullsind.Angenher

46、te Rasten (Bild 6, Spalten 2 und 3) liegenvor, wenn in der Rastphase der Abtriebsparameternur kleine nderungen innerhalb einer Toleranz, derRastabweichung YRoder SR, erfhrt. AngenherteRasten mit endlich nah benachbarten Punkten(Bild 6, Spalte 2) treten auf, wenn in der Rastphase,d.h. whrend des Durc

47、hlaufens des Rastwinkels FR,die bersetzung y und damit die GeschwindigkeitBild 4. Prinzipielle bertragungsfunktionen (F) von Schwingrastgetriebena) Umkehrrast RU, b) Zwischenrast RZY0Schwingwinkel der AbtriebsschwingeS0Schwingweg (Hub) des Abtriebsgliedes zwischen beiden Endlagen (Grenzlagen)FPAntri

48、ebswinkel fr eine BewegungsperiodeFB1und FB2fr Gleich- und GegenlaufbewegungFSfr die BewegungFRfr eine Rast (Rastwinkel) des AbtriebsgliedesjmSymmetrie-Antriebswinkel symmetrischer bertragungsfunktionenBild 5. bertragungsfunktionen von Schwingrastgetrieben mit Umkehrrasten RUund Zwischenrasten RZB97

49、4908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 VDI 2727 Blatt 4 7 des Abtriebsgliedes mehrmals null ist. Die bertra-gungsfunktionen y und y bzw. s und s sind niegleichzeitig null. Eine im Diagramm zur Abszisseparallele Gerade g sc