VDI 2142 Blatt 1-1994 Construction of planar cam mechanisms - Fundamentals profile calculation and design.pdf

1、ICS 21.200 VDI-RICHTLINIEN Oktober 1994VEREINDEUTSCHERINGENIEUREAuslegung ebener KurvengetriebeGrundlagen, Profilberechnung und KonstruktionVDI 2142Blatt 1Construction of planar cam mechanismsFundamentals, profile caiculationand designInhaltlich berprftund unverndertweiterhin nltiaInhalt SeiteVorbem

2、erkung 21 Einleitung2 Systematik ebener Kurvengetriebe (Auswahl) 32.1 Zweckorientierte Ordnung der dreigliedrigen Kurvengetriebe 2.2 Auswahlhilfen fr Eingriffs- und Kurvenglieder2.2.1 Zwanglaufsicherung2.2.2 Konstruktionskatalog fr Eingriffsgheder .2.2.3 Konstruktionskatalog fr Kurvenglieder .2.3 Ku

3、rvengetriebe, zusammengesetzt mit anderenGetrieben3 Definition und Bedeutung der kinematischgeometrischen Hauptabmessungen 123.1 Bauformen der dreigliedrigen ebenen Kurvengetriebeund ihre kinematisch-geometrischenHauptabmessungen 123.1.1 Kurvengetriebe mit Rollenhebel 123.1.2 Kurvengetriebe mit Roll

4、enstel 123.1.3 Kurvengetriebe mit Flachhebel 133.1.4 Kurvengetriebe mit Flachstel 133.2 Entscheidungshilfen zur Festlegung vonHauptabmessungen ebener Kurvengetriebe 143.2.1 Bauraum 143.2.2 bertragungswinkel 143.2.3 Krmmung 163.2.4 Wlzpressung 173.2.5 Kolhsionsprobleme 204 Grundlagen der Profilberech

5、nung 214.1 Koordinatensysteme 214.2 Profilkoordinaten 214.3 Tangenten, Normalen, Krmmungen,Krmmungsradien und Evoluten 22Seite5 Bestimmung der Kurvenscheibengeometrie(Zeichnungsfolge-Rechenmethode“) 235.1 Getriebe mit Rollenstel 235.1.1 Hauptabmessungen anhand des bertragungswinkels 235.1.2 Vorgehen

6、 bei der Profilberechnung 245.2 Getriebe mit Rollenhebel 265.2.1 Hauptabmessungen anhand des bertragungswinkels 265.2.2 Vorgehen bei der Profilberechnung 276 Hinweise fr die Konstruktion von Kurvengetrieben. 296.1 Kraftschlssige Getriebe 296.2 Formschlssige Getriebe 296.2.1 Nutkurvengetriebe 296.2.2

7、 Wulstkurvengetriebe 306.2.3 Doppelkurvengetriebe (Komplementrkurvengetriebe) 306.2.4 Beispiele fr Sondergetriebe 316.3 Konstruktions-Einzelheiten 337 Hinweise fr die Fertigung 347.1 Kurvenkrper-Fertigung auf numerisch gesteuertenWerkzeugmaschinen 367.1.1 Punktweise Bearbeitung auf NC- oderCNC-Werkz

8、eugmaschinen 367.1.2 Bahngesteuerte Bearbeitung auf CNC-Werkzeugmaschinen 377.2 Kurvenkrper-Fertigung durch Kopierfrsenbzw. Kopierschleifen 377.3 Kurvenkrper-Fertigung durch Gieen 387.3.1 Wachsausschmelz verfahren und Druckgieen . . 387.3.2 Spritzgieen 387.4 Kurvenkrper-Fertigung durch Feinstanzen 3

9、8Anhang A1 Lsungssammlung 39Anhang A2 Zahlenbeispiel 45Schrifttum 48Wichtige Formelzeichen und Einheiten 51VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebAusschu Ebene KurvengetriebeVDI-Handbuch Getriebetechnik IB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2

10、DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-2- VDI 2142 Blatt 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 994VorbemerkungDie Richtlinien VDI 2143 Bewegungsgesetze frKurvengetriebe“ (Blatt 1 Theoretische Grundlagen“und Blatt 2 Praktische Anwendung“) haben einengewissen

11、 Standard fr die Auswahl von Bewegungsgesetzen und fr die rechentechnische und rechnergesttzte Kopplung von Bewegungsabschnitten einesBewegungsdiagramms vorgegeben. Das ursprnglichgesteckte Ziel, dem Anwender oder Konstrukteurvon Kurvengetrieben eine Hilfestellung bei der Lsung von Bewegungsaufgaben

12、 zu geben, ist damiterreicht worden.Der Ausschu Konstruktion ebener Kurvengetriebe“ hat mit den vorliegenden Richtlinien Auslegung ebener Kurvengetriebe“ den Schritt zur Profilberechnung, Konstruktion und Fertigung ebenerKurvengetriebe getan. Whrend in Blatt 1 im wesentlichen die Berechnungs- und Ko

13、nstruktionsgrundlagen der Profilgebung von Kurvenscheiben dargestelltwerden, enthlt Blatt 2 alles Wissenswerte fr dierechnergesttzte Anwendung der Methode der komplexen Zahlen zur Profilberechnung.1 EinleitungWenn anhand technologischer Vorgaben eventuell unter Zuhilfenahme der Richtlinie VDI 27271;

14、 2 die Entscheidung fr eine Bewegungs(teil)-aufgabe innerhalb eines Maschinenarbeitsplans zugunsten eines Kurvengetriebes gefallen ist, ergebenerst die nachfolgend aufgefhrten Schritte das fertigeGetriebe:1. Aufstellen des Bewegungsplans 3,2. Aufbau des Bewegungsdiagramms 3; 4,3. Auswahl des Getrieb

15、etyps,4. Ermittlung der kinematisch-geometrischen Abmessungen,5. Berechnung des Kurvenprofils und ggf. weitererGren,6. Konstruktion des Getriebes,7. Anfertigen der Zeichnung fr das Kurvenglied 5und ggf. fr weitere Bauteile,8. Fertigung des Getriebes.Falls der Grundform eines dreigliedrigen Kurvenget

16、riebes keine weiteren Getriebe vor- 6 oder nachgeschaltet sind, ist die Bewegung des Antriebsgliedesgleich der Bewegung des Kurvengliedes 5, und dieBewegung des Eingriffsgliedes ist gleich der des Abtriebsgliedes. Die Bewegung des Abtriebsgliedes wirddann durch das Bewegungsdiagramm vorgeschrieben.D

17、er weitere Gang der Auslegung eines Kurvengetriebes besteht zunchst in der Auswahl eines Getriebetyps, wobei hier wiederum die Typen Getriebemit Rollenstel“ und Getriebe mit Rollenhebel“bei ebenen Kurvengetrieben mit Kurvenglied gleichKurvenscheibe die verbreitetste Gruppe darstellen.Die im Eingriff

18、sglied gelagerte Rolle ist unmittelbares Abtastorgan des Kurvenprofils und dient der besseren Bewegungs- und Kraftbertragung im Kurvengelenk.Die Hauptabmessungen eines Kurvengetriebes bestimmen im wesentHchen die Gre der Kurvenscheibe und damit den Bauraum des Kurvengetriebes. In der Mehrzahl der Fl

19、le wird man die Hauptabmessungen anhand der Kriterien bertragungswinkel“ (Rechnung im voraus) und Krmmung desKurvenprofils (Wlzpressung)“ (Rechnung im nachhinein) festlegen.Die anschlieende Berechnung des Kurvenprofilsund der quidistanten Werkzeugmittelpunktsbahn“auf der Grundlage differential-geome

20、trischer Beziehungen ist bereits die Vorstufe einer CNC-Fertigung.Die mit dieser Fertigungsweise verbundene hoheFertigungsgenauigkeit des Kurvenprofils und steigende Antriebsdrehzahlen fhrten zu einer verstrkten Hinwendung zu formschlssigen Kurvengetrieben mit Zwanglaufsicherung durch (Trag-)Kurveun

21、d Gegenkurve (auch konjugierte oder Komplementrkurve, siehe Abschnitte 2 und 6) und damitgleichzeitig zu einer Abwendung von kraftschlssigen Kurvengetrieben mit (betriebsbedingt lsbarer)Zwanglaufsicherung durch uere Krfte (Feder, Gewicht usw.). Da fr die Paarung Kurve/Gegenkurve“ dasselbe Bewegungsd

22、iagramm gilt, unterscheidet sich die Rechnung fr die Profilkoordinaten,-tangenten usw. durch konstante Versatzterme beiden Hauptabmessungen und in der bertragungsfunktion nullter Ordnung, so da lediglich ein zweiter Rechengang erfolgen mu. Die resultierendenKurvenscheiben sind allerdings im allgemei

23、nen nichtdeckungsgleich. Mit der anschaulichen und mit einem Taschenrechner nachvollziehbaren Zeichnungsfolge-Rechenmethode“ existiert ein praxiserprobtes Verfahren zur Bestimmung der Hauptabmessungen und des Kurvenprofils (Blatt 1). Zustzlichist in Blatt 2 dieser Richtlinie ein EDV-orientiertesVerf

24、ahren angegeben.Das Anfertigen einer Zeichnung (Schritt 7) fr dieKurvenscheibe des Getriebes leitet ber zur Konstruktion und Fertigung. Die Zeichnung ist ein wichtiges Hilfsmittel fr die Kommunikation zwischenKonstrukteur, Hersteller und Anwender von Kurvengetrieben. Sie ist folglich Konstruktions-

25、und Fertigungsunterlage zugleich 7.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 994 VDI 2142 Blatt 1 -3-2 Systematik ebener Kurvengetriebe(Ausw

26、alil)2.1 Zweckorientierte Ordnungder dreigliedrigen KurvengetriebeDie Grundform der ebenen Kurvengetriebe bestehtgem Bild 1 aus drei Gliedern, die mit Steg, Kurvenglied und Eingriffsglied bezeichnet werden. DieBerhrung zwischen Kurvenglied und Eingriffsgliederfolgt im Berhrpunkt K der Gleitwlzkurven

27、 /ckund /C.StegBild 1. Grundform des ebenen KurvengetriebesDie geometrische Form der Gleitwlzkurve desEingriffsgliedes wird im allgemeinen aus fertigungstechnischen Grnden als Kreiszyhnder (hufig auchals Rolle) oder als Ebene ausgebildet, whrend dasKurvenglied das bewegungsbestimmende Kurvenprofil f

28、r das Erfllen der technologischen Aufgabeerhlt. Durch Einfgen einer Rolle als bertragungsorgan am EingriffsgUed bertragungsorgane verrichten Hilfsfunktionen (Sonderfunktionen), die denBewegungsablauf des Getriebes nicht beeinflussen wird das Gleiten im Berhrpunkt K vermindert bzw.beseitigt. Da in Bi

29、ld 1 am Steg die Drehgelenke auchwahlweise als Schubgelenke ausfhrbar sind und alleGlieder der Grundbauform in Bild 1 wahlweise alsGestell dienen knnen, lassen sich mit den Methodender Getriebesystematik 1 alle dreigliedrigen Kurvengetriebe-Bauformen entwickeln und nach verschiedenen Gesichtspunkten

30、 ordnen.Eine fr den Konstrukteur anwendungsbezogeneDarstellung der Kurvengetriebe-Bauformen ergibtsich, wenn die jeweils zu realisierende Bewegungsaufgabe als Ordnungskriterium gewhlt wird, d.h.wenn als Suchkriterium der gewnschte Bewegungszweck im Vordergrund steht 2. Tabelle 1 zeigtein zweckorient

31、iertes Ordnungsschema in Form einer Matrix, deren Spalten unterschiedliche Antriebsbewegungen eingrenzen und deren Zeilen gewnschte Abtriebsbewegungen kennzeichnen. Die Schnittpunkte der Spalten und Zeilen beschreiben damit Bewegungsaufgaben, die mit Feldnummern identifizierbar sind und ein Zuordnen

32、 unterschiedlicher Prinziplsungen gestatten.So zeigt Tabelle 1 das gesamte Lsungsspektrum derdreigliedrigen Kurvengetriebe-Bauformen auf einenBlick, wobei zu beachten ist, da sich jede dargestellte Prinziplsung durch Austauschen unterschiedlich gestalteter Eingriffs- und Kurvenglieder an vorgegebene

33、 Aufgabenstellungen anpassen lt. Aufgrund der groen Lsungsvielfalt kann sich dieRichtlinie zunchst nur mit den in Tabelle 1 gezeigten Prinziplsungen fr die in der Praxis wichtigenBewegungsaufgaben Nr. 2.1 und Nr. 3.1 eingehendbefassen.Fr die brigen Bewegungsaufgaben in Tabelle 1 existiert im Anhang

34、A 1 dieser Richtlinie eine Lsungssammlung bekannter Anwendungsbeispiele.2.2 Auswahlhilfen fr Eingriffs- und Kurvenglieder2.2.1 ZwanglaufsicherungDie Berhrung zwischen Kurvenglied und Eingriffsglied im Berhrungspunkt K (Bild 1) mu in jederBewegungsphase des Kurvengetriebes sichergestelltsein, damit e

35、ine funktionsgerechte d.h. zwanglufige Bewegung erfolgt. Die erforderliche Zwanglaufsicherung kann im Prinzip durch Kraft- oderFormpaarung am Berhrpunkt K erreicht werden.Einige prinzipielle Lsungsmglichkeiten fr diekraftschlssige Zwanglaufsicherung zeigt Bild 2.a) b) c) d)rungena) Federkraft (Zug-

36、oder Druckfeder)b) Schwerkraftc) Fluidkraft (Hydraulik oder Pneumatik)d) FliehkraftEin Nachteil der kraftschlssigen Zwanglaufsicherung ist, da durch die zustzliche uere Kraft dieGlieder und Gelenke hufig hher beansprucht werden. Auerdem besteht die Gefahr, da es bei auergewhnlichen Betriebszustnden

37、zum Abheben“ desEingriffsgliedes kommt.Zur Sicherstellung des Zwanglaufs durch Formpaarung (formschlssige Zwanglaufsicherungen) stehenebenfalls verschiedene Mglichkeiten zur Verfgung(Bild 3). So lassen sich mit Nutkurven (Bild 3a) oderWulstkurven (Bild 3c) d.h. mit Hilfe von zweiKurvenkonturen forms

38、chlssige Zwanglaufsicherungen verwirklichen. Auerdem kommen auch zweigetrennte Kurvenglieder (Bild 3 b) oder auch Kurvenscheiben gleichen Durchmessers (Bild 3 d) zumEinsatz.Bereits die Anmerkungen zur Zwanglaufsicherungzeigen, da bei der konstruktiven Gestaltung derB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2

39、C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-4- VDI 2142 Blatt 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 994Tabelle 1 . Zweckorientierte Ordnung der dreigliedrigen Kurvengetriebe- Bauformenausfhrliche Behandlung in d

40、er RichtlinieEingriffs- und Kurvenglieder unterschiedliche Lsungsmglichkeiten existieren, die vom Konstrukteur vor der konstruktiven Ausarbeitung geprftwerden sollten. Nachfolgend werden deshalb Kon-a) b) c) d)rungena) Nutkurveb) Doppelkurve (zwei Auenkurven)c) Wulstkurved) Kurve gleichen Durchmesse

41、rsstruktionskataloge sowohl fr Eingriffsglieder alsauch fr Kurvenglieder vorgestellt. Dem Konstrukteur sollen hier Hilfestellungen bei der Auswahl einesgeeigneten Lsungskonzepts gegeben werden.2.2.2 Konstruktionskatalog fr EingriffsgliederIn Tabelle 2 sind die bekanntesten Lsungen frEingriffsglieder

42、 mit Hilfe ordnender Gesichtspunktesystematisch erfat und benannt. Im Zugriffsteil sindin der ersten Spalte (Nr. 1) alle Kurvengliednummernangefhrt, die mit dem betreffenden Eingriffsgliedkombiniert werden knnen. In den brigen Spaltendes Zugriffsteils stehen weitere auswahlerleichterndeMerkmale fr d

43、ie aufgehsteten Eingriffsglieder, umeine Bewertung der verschiedenen Lsungen zuuntersttzen.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1994 VDI

44、2142 Blatt 1 5 Tabelle 2. Konstruktionskatalog fr EingriffsgliederGliederungsteil Hauptteil Zu griff steil AnhangEingriffselementLagerungim GestellWirkflchengeometrieWirkflchenanzahlZwanglaufsicherungPrinzipskizze-sungenBenennung Nr.Geeignet frKurvengliedNr. 2)HerstellungsaufwandPlatzbedarfSchmierke

45、ilerzeugungZulssigeBetriebskraftBemerkungenSchrifttum1 2 3 4 5 1 2 3 1 2 3 4 5GleitelementSchubgelenkZylinderflche1KraftschluL WALZENSTSSEL(/- sehr klein:Schneidenstel) 1 1 ; 3; 5;12; 13 . o okonvexeZylinderflche1/iKONVEXSTSSEL 2 1 ; 3; 5;12; 13o oEbene1 FLACHSTSSEL(Tellerstel) 3 1 ; 2; 12 C C ckonk

46、aveZylinderflchei/KONKAVSTSSEL 4 1 ; 12 o 2Formschlu(M90);mit parallelenWirkflchenDOPPEL-FLACHSTSSEL)(Mi M2)mit schiefwinkligenWirkflchen5 1 ; 2 O 6 2 O konvexel WALZENSTSSEL 7 6; 7; 10;15; 16 O Okonvexe Flche1d1DSCHIFFCHEN-STSSEL8 6;7;9;10;15; 16O C auchKonvex/Konkav- Formmglichauch als Doppelkonve

47、x- oder Doppelkonkavstel oder als Konvex/Konkav-Stelsiehe Tabelle 3 gnstig c neutral o ungnstigB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 6 VDI 2142 Blatt 1 Alle Rechte vorbehalten verein Deutscher Ingenie

48、ure, Dsseldorf 1994Tabelle 2 (Fortsetzung)auch als Doppelkonvex- oder Doppelkonkavhebel oder als Konvex/Konkav- HebelB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1994 VDI 2142 Blatt 1 7 Tabelle 2 (Fortsetzung)Gliederungsteil Hauptteil Zugriffsteil AnhangEingriffs-elenrientLagerungim GestellWirkflchengeometrieWirkflchenanzahlZwanglauf