畢業(yè)論文弧面凸輪分度機構(gòu)的運動特性分析說明書

1、弧面凸輪分度機構(gòu)的運動特性分析摘要本文以弧面分度凸輪為研究對象，重點研究了弧面分度凸輪的空間三維型，裝配，運動仿真和動態(tài)檢測。本文在已推導出弧面分度凸輪輪廓面方程的基礎(chǔ)上，應用三維設(shè)計軟件pro/e，根據(jù)所選擇凸輪運動軌跡特征，以及所選凸輪參數(shù)編寫凸輪輪廓曲線方程，由曲線構(gòu)成曲面，最后完成弧面分度凸輪機構(gòu)的三維建模。接著對所設(shè)計部件進行組裝，并且應用Pro/e運動仿真模塊進行仿真運動，以便于檢測干涉，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷。通過綜合研究，實現(xiàn)了弧面分度凸輪機構(gòu)三維設(shè)計、數(shù)控加工、動態(tài)測試一體化研究理論和技術(shù)，為該機構(gòu)的廣泛應用提供了方法和手段。關(guān)鍵詞：弧面凸輪分度機構(gòu)， Pro/ e三維建模，運動特

2、性分析，運動仿真ANALYSIS OF THE MOVEMENT CHARACTERISTICS OF GLOBOIDAL INDEXING CAM MECHANISMAbstractThe globoidal indexing cam as the object of study, focuses on the study of the three-dimensional assembly type, globoidal indexing cam, motion simulation and dynamic detection.Based on the derived globoidal i

3、ndexing cam contour surface equation, the application of 3D design software pro/e, according to the selection of cam motion characteristics, and the parameter of cam cam contour curve equations written, constituted by the curve surface, finally completed the three-dimensional modeling of the globoid

4、al indexing cam mechanism.Then the design components are assembled, and carries on the simulation exercise using Pro/e motion simulation module, interference to facilitate detection, timely detection of design defects.Through the comprehensive study of globoidal indexing cam mechanism, realizes the

5、3D design, CNC machining, dynamic test of integration theory and technology, methods and means are provided for wide application of the mechanism.KEYWORDS: globoidal indexing cam mechanism pro/ e, 3d modeling, motion characteristics analysis ，motion simulation目錄1 緒論11.1 弧面分度凸輪機構(gòu)概述11.2 弧面分度凸輪機構(gòu)的研究現(xiàn)狀2

6、1.3 課題研究的意義41.4 論文進行的主要工作52 弧面分度凸輪的廓面方程及嚙合特性62.1 弧面分度凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及工作原理62.2 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù)和幾何參數(shù)72.2.1 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù)72.2.2 凸輪機構(gòu)主要幾何尺寸82.2.3 從動件的常用運動規(guī)律122.3 弧面凸輪機構(gòu)廓面模型163 弧面分度凸輪機構(gòu)的三維建模及裝配183.1 弧面分度凸輪三維實體造型183.1.1 弧面分度凸輪建模思想183.1.2 建立凸輪實體183.1.3 建立1L段輪廓曲線193.1.4 建立2L輪廓面曲線213.1.5 建立2R輪廓面曲線213.1.6 建立3R輪廓面

7、曲線223.1.7 建立分度盤停歇期凸輪廓面曲線223.1.8 建立凸輪曲面實體243.1.9 其余特征建立工作253.2 分度盤三維模型的建立253.3 模型裝配263.4 凸輪運動仿真294 總結(jié)與展望304.1 總結(jié)304.2 展望30參考文獻31謝辭331 緒 論1.1 弧面分度凸輪機構(gòu)概述隨著社會的不斷發(fā)展，自動機、自動化生產(chǎn)線得到越來越多地廣泛應用。這些自動設(shè)備往往需要間歇傳動機構(gòu)來實現(xiàn)周期性的轉(zhuǎn)位、分度動作以及可實現(xiàn)瞬時停歇的間歇運動。例如：牙膏管擰蓋機的轉(zhuǎn)盤式工作臺需要分度轉(zhuǎn)位；糖果包裝機推料機構(gòu)在一個工作循環(huán)內(nèi)，需要間歇運動機構(gòu)進行包裝紙的傳送、折得、和扭結(jié)。在眾多間歇傳動機

8、構(gòu)中，弧面分度凸輪因為其良好的工作性能和獨特的結(jié)構(gòu)而在包裝機械、機床工業(yè)、食品加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。但是由于該機構(gòu)的設(shè)計理論及制造技術(shù)比較復雜，而且國內(nèi)對該機構(gòu)的研究較晚，一些關(guān)鍵的理論分析尚在進一步的探討之中。固此弧面分度凸輪的研究對我國機自動化的技術(shù)進步具有暈要的現(xiàn)實意義。圖1-1 弧面凸輪分度機構(gòu)弧面分度凸輪機構(gòu)(GearIndexingCamMechanism)(圖11)又稱菲固爾森機構(gòu)（FergusonCamForIndexing Meehine)是由一個帶凸脊的空間凸輪和一個在徑向放射狀等分的裝有滾子的裝盤組成，凸輪和轉(zhuǎn)盤的兩軸呈變錯垂直分布。弧面分度凸輪機構(gòu)是由美國人C.N

9、.Nekiutin于20世紀20年代發(fā)明的，并由其所創(chuàng)建的Ferguson公司首先進行了系列化標準化生產(chǎn)。此后，前蘇聯(lián)、英國、德國、瑞士、日本等國也相繼對弧面分度凸輪機構(gòu)進行了研究，并成立有專門的生產(chǎn)廠家和研究機構(gòu)。我國對弧面分度凸輪機構(gòu)的研究較晚，直到上世紀70年代才開始相關(guān)的研究工作，經(jīng)過20多年的努力，目前在弧面分度凸輪的設(shè)計、制造、檢測等方面取得了豐碩的成果，特別是對新型結(jié)構(gòu)的弧面凸輪機構(gòu)進行了大量的探索?；∶娣侄韧馆啓C構(gòu)廣泛應用于各種自動機械，如煙草機械、包裝機械、加工中心換刀機械手、食品加工等機械上。與棘輪、槽輪、不完全齒輪等常用的間歇運動機構(gòu)相比其優(yōu)良的性能主要表現(xiàn)為：(1)通過

10、調(diào)整凸輪軸和從動軸的中心距實現(xiàn)機構(gòu)在停歇和分度區(qū)間都保持預緊，從而消除了傳動間隙，使機構(gòu)分度精度高、沖擊振動小、運動平穩(wěn)。 (2)分度盤停歇時，分度盤上相鄰兩個滾子卡在凸輪的凸脊上，定位準確、可靠，同時該機構(gòu)兼有分度、定位、自鎖三個功能，不需要另外附加制動和定位裝置。(3)可獲得轉(zhuǎn)位與停歇的任何時間比例。弧面分度凸輪回轉(zhuǎn)一周，分度盤轉(zhuǎn)位、停歇一個周期，這稱為自動循環(huán)周期。自動機分度盤的轉(zhuǎn)、停時間可以根據(jù)工藝要求，在弧面分度凸輪輪廓上按不同的轉(zhuǎn)位角設(shè)計，制造出不同的轉(zhuǎn)停曲線。(4)可以使從動件獲得任何給定的運動規(guī)律。正確的選擇運動規(guī)律，就可以保證凸輪在開始轉(zhuǎn)動和終止轉(zhuǎn)動的瞬間角速度為零，保證加速

11、度曲線連續(xù)變化無間斷，限制最大加速度的值，并將最大速度值限制在允許的范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，無剛性沖擊，保證加工質(zhì)量。(5)該凸輪機構(gòu)具有足夠的剛度，在設(shè)計弧面分度凸輪時，為了增強剛度和延長壽命，在其他條件允許的情況下，一般選用較小的壓力角，較大的凸輪直徑。因此，支撐軸、軸承尺寸也可以相應加大。另外，與凸輪徑向尺寸相比，弧面分度凸輪的軸向尺寸較小，因此，兩端軸承間距較小，故弧面分度凸輪機構(gòu)都具有足夠高的剛度。 (6)弧面分度凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動直接由電動機經(jīng)帶輪、蝸輪副輸入，再經(jīng)由滾子帶動分度盤使自動機構(gòu)獲得間歇的轉(zhuǎn)停運動，這樣機構(gòu)的傳動鏈較短、精度高、轉(zhuǎn)位可靠。但是與其他間歇機構(gòu)相比，弧面分度凸

12、輪加工比較困難，這主要是由于凸輪的轉(zhuǎn)位曲線要求的精度較高，形狀復雜，不能在直角坐標系中制造，因此必須在專用機床上制造。分度盤上滾子的分布精度也要求很高，必須使用專用加工制造中心制造。1.2弧面分度凸輪機構(gòu)的研究現(xiàn)狀(1)幾何動力學方面對弧面分度凸輪機構(gòu)的研究開始于對其運動學的研究。二十世紀七十年代末八十年代初，首先對弧面分度凸輪機構(gòu)的凸輪廓形曲面、凸輪嚙合曲面的曲率半徑、從動滾子的轉(zhuǎn)子、傳動壓力角、接觸線方程進行了深入的探討。二十世紀九十年代以后，又采用各種向量回轉(zhuǎn)方法、矩陣方法、回轉(zhuǎn)變換張量的方法等對弧面分度凸輪機構(gòu)的幾何學、運動學及嚙合原理等方面進行了全面系統(tǒng)的研究，推導了凸輪曲面方程、接

13、觸線方程、相對滑動速度、傳動壓力角、凸輪截面廓形、根切條件等一系列計算公式，建立了弧面分度凸輪機構(gòu)的幾何學基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，還對弧面分度凸輪機構(gòu)的預緊干涉和嚙合間隙問題進行了深入的探討。(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計及應用方面在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面文獻較少，所研制的弧面分度凸輪機構(gòu)樣機是參照國外同類產(chǎn)品的樣機或樣本進行設(shè)計。但在結(jié)構(gòu)方面也有一些大的改進，特別是在后來的線接觸圓柱滾子凸輪基礎(chǔ)上，將成熟的蝸桿傳動理論和點嚙合原理引入弧面分度凸輪研究領(lǐng)域，設(shè)計制造出平面包絡(luò)、點嚙合式等新型弧面分度凸輪機構(gòu)，并已申報了國家專利。利用滾子修形原理設(shè)計出鼓形滾子、圓錐滾子弧面分度凸輪機構(gòu)。在設(shè)計方法上己開始采用了計算機輔助設(shè)計，

14、不僅可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)參數(shù)、運動參數(shù)的優(yōu)化，而且還可以對系統(tǒng)的運動特性進行計算機仿真，提高了設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計水平。特別是近年來，隨著各種三維造型軟件的應用和普及，使得弧面分度凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計進入一個新的階段。在弧面分度凸輪機構(gòu)的應用方面，除了應用在多工位自動機械上之外引也已經(jīng)開始應用在加工中心換刀機械手等機構(gòu)或機器人上，由我國自己設(shè)計制造的弧面凸輪式八TC換刀裝置已經(jīng)在國產(chǎn)加工中心上安裝使用。(3)動力學研究方面僅靠提高精度并不能保證系統(tǒng)有良好的動態(tài)特性，特別是對于高速、高精度弧面分度凸輪機構(gòu)，動力學研究己經(jīng)成為重要的研究課題。傳統(tǒng)的分析和設(shè)計方法是把系統(tǒng)簡化為多剛體的聯(lián)接，其理論基礎(chǔ)是剛體運動學

15、，然而事實上凸輪體本身是有彈性變形的，從動件到凸輪輪廓的中介環(huán)節(jié)滾子及滾子軸等也是有變形的，它們的動力響應都將影響系統(tǒng)的工作性能?，F(xiàn)在，已經(jīng)有文獻建立了單自由度和雙自由度振動模型，推導了響應公式并分析了響應特性。還有文獻運用可變形多體系統(tǒng)動力學、接觸力學和概率分析方法的新成果，從多體動力學、彈性接觸力學及概率分析方法，介紹了凸輪機構(gòu)動力學研究方向，開辟了凸輪機構(gòu)動力學研究的新領(lǐng)域。(4)加工制造與檢測弧面分度凸輪機構(gòu)制造的關(guān)鍵是弧面分度凸輪的加工。由于弧面分度凸輪工作曲面的空間具有不可展特性，所以只能通過兩個旋轉(zhuǎn)軸加工。在國內(nèi)，對于弧面分度凸輪的加工開始是采用滾齒機改造或其它機床改造后的凸輪專

16、用加工機床加工?，F(xiàn)在，很多設(shè)計和制造一體化的弧面分度凸輪機構(gòu)的CADCAM系統(tǒng)都在建立，有的已達到了使用階段?；∶娣侄韧馆喌臋z測仍然是一個比較薄弱的環(huán)節(jié)，一般生產(chǎn)廠家由于凸輪輪廓幾何形狀誤差檢測困難而不予檢測，這就影響了凸輪機構(gòu)的精度。吉林工業(yè)大學提出了弧面分度凸輪輪廓曲面的計算機輔助間接測量法，即讓凸輪轉(zhuǎn)動，推動尖頂擺動測量桿擺動，測出擺動測量桿的角位移，在將測得數(shù)據(jù)通過計算機處理，對廓面進行評定：同時，還提出了在三座標測量機上檢測弧面分度凸輪輪廓誤差的方法，解決了弧面分度凸輪輪廓幾何靜態(tài)量度的難題?？傊?，到目前為止，有關(guān)運動幾何學原理的研究已經(jīng)十分成熟：有關(guān)動力學檢測方面己有階段性成果，正

17、在向縱深方向發(fā)展；有關(guān)凸輪機構(gòu)誤差分析及刀位控制技術(shù)的研究還在初步探索。1.3 課題研究的意義間歇傳動是自動機械和半自動機械常見的傳動方式之一。其常見機構(gòu)如棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)等均存在諸如振動、沖擊嚴重；動載荷大、磨損劇烈；定位精度低等缺陷，從而限制其廣泛應用。各種凸輪間歇運動越來越廣泛?；∶娣侄韧馆啓C構(gòu)與傳統(tǒng)的間歇傳動機構(gòu)如棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)等相比，具有傳動速度高、分度精度和動力學性能好、承載能力大、可靠性好等優(yōu)點，而且通過弧面凸輪與從動件滾子的共軛嚙合傳動，可以實現(xiàn)從動件所需要的各種運動規(guī)律?；∶娣侄韧馆喪枪こ讨杏靡詫崿F(xiàn)機械化和自動化的一種重要驅(qū)動和控制機構(gòu)，目前已廣泛應用于

18、輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標準零件制造、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。各種自動機械，如煙草機械、包裝機械、加工中心換刀機械手等?，F(xiàn)代機械日益向高速發(fā)展，凸輪機構(gòu)的運動速度也越來越高，對凸輪的機械性能要求也越來越高，因此高速凸輪的設(shè)計及其動力學研究已引起普遍的重視，而對于論壇性能的研究需要建立在對凸輪運動特性的把握?；∶娣侄韧馆喌妮喞鏋椴豢烧沟目臻g曲面，其結(jié)構(gòu)比較復雜，要實現(xiàn)凸輪的設(shè)計與制造，首先必須對該機構(gòu)的幾何學與運動學進行分析。因此對弧面分度凸輪的運動特性的分析，是實現(xiàn)現(xiàn)代凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)改進和功能進一步提高的必須經(jīng)歷的過程。 (1)弧面分度凸輪的輪廓曲線是空間不可展曲面，曲面方程形式復雜運算煩瑣,

19、通過CAD軟件可以迅速準確的得到各參數(shù)值。(2)凸輪機構(gòu)的設(shè)計過程是綜合與分析相結(jié)合的過程，通過參數(shù)化設(shè)計可以實現(xiàn)方便，快捷的參數(shù)修改。(3)通過ProE的機構(gòu)仿真功能，可以在屏幕上展現(xiàn)凸輪機構(gòu)的動態(tài)過程，及時發(fā)現(xiàn)比較明顯的凸輪的凸脊過薄、壓力角過大、嚙合點鄰域發(fā)生曲率干涉、加工時會產(chǎn)生根切等問題。(4)傳統(tǒng)的設(shè)計評價常常要求制作一個原型凸輪機構(gòu)來進行試驗，確定它的運行性能、工作精度、可靠性和其他準則是否達到預期的要求。采用CAD的參數(shù)化設(shè)計可以將結(jié)果以三維實體的形式實現(xiàn)在計算機上，并進行全局或者局部的校核。(5)通過優(yōu)化設(shè)計可以迅速獲得比一般的可行設(shè)計性能更好的凸輪設(shè)計參數(shù)。弧面凸輪是弧面凸

20、輪機構(gòu)的核心零件，但是弧面分度凸輪的廓面為復雜的空間不可曲面，因而設(shè)計和加工制造比較困難，凸輪廓面的質(zhì)量直接影響到該機構(gòu)的工作性能所以提高凸輪的設(shè)計和制造水平是目前凸輪研究的重點。目前的凸輪機構(gòu)傳動裝置輔助設(shè)計制造系統(tǒng)集成化程度不高，模塊功能相對簡單，制約了凸輪機構(gòu)傳動裝置應用程度的進一步提高。國產(chǎn)弧面分度凸輪機構(gòu)僅靠價格低廉在低端市場占有一席之地，但缺乏市場競爭力。因此研究弧面分度凸輪的CADCAM技術(shù)，以適應當前市場對弧面分度凸輪機構(gòu)單件小批量生產(chǎn)的需求，縮短設(shè)計周期，降低制造成本有重要意義。1.4 論文進行的主要工作本論文以ProENGINEER為平臺，以VC+為編譯環(huán)境，以最大接觸應力

21、最小為目標函數(shù)，對弧面分度凸輪機構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化和設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上進行動仿真和干涉檢測，論文進行的主要工作如下：(1)基于空間嚙合原理和坐標變換的方法推導了弧面分度凸輪的工作廓面方程，對其嚙合形態(tài)進行了分析，深入研究了弧面分度凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和運動特性。(2)選取設(shè)計變量和約束條件，設(shè)計優(yōu)化過程，編寫程序，優(yōu)化弧面分度凸輪機構(gòu)參數(shù)。以ProE為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了弧面分度凸輪機構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計和三維造型，解決了弧面分度凸輪設(shè)計困難、難于造型的難題，并且可以將程序計算的數(shù)據(jù)以及最終設(shè)計結(jié)果保存為文件形式，從而為分析、研究弧面分凸輪機構(gòu)提供了一種直觀、方便、快捷的新方法。(3)通過具體的實例，給出了整個弧

22、面分度凸輪機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及設(shè)計的流程，同時將設(shè)計的弧面分度凸輪與從動件轉(zhuǎn)盤在proENGINEER的裝配模塊下進行正確裝配，在ProNGINEER自帶的ProMechanism模塊下對弧面分度飾輪構(gòu)的嚙合過程進行了運動仿真，檢測是否存在干涉以驗證設(shè)計的合理性。2 弧面分度凸輪的廓面方程及嚙合特性2.1 弧面分度凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及工作原理弧面分度凸輪機構(gòu)用于兩垂直交錯軸問的問歇分度步進傳動。主動凸輪為凹弧回轉(zhuǎn)體，凸輪輪廓制成凸脊狀，類似于一個具有變螺旋角的弧面蝸桿，與蝸桿一樣可制成單頭、雙頭或多頭，大于三頭的一般很少使用?；∶嫱馆喤c蝸桿相似也有左旋右旋之分左旋用L表示，右旋用R表示，在實際應用中

23、一般采用左旋?；∶娣侄韧馆啓C構(gòu)根據(jù)其定位段形式的不同可分為a型和b型(圖2-1)兩種結(jié)構(gòu)形式。A型凸輪的定位段為凸脊，定位時轉(zhuǎn)盤E的兩個滾子跨夾在凸脊上，B型凸輪的定位段為凹槽，定位時轉(zhuǎn)盤上的一個滾子在定位槽。但是無論是哪種結(jié)構(gòu)的凸輪，其凸脊均有左右兩個側(cè)面。根據(jù)不同的旋向一側(cè)為受力側(cè)，推動分度盤轉(zhuǎn)動，另一側(cè)為幾何定位側(cè)，局部區(qū)域與滾子之間可以有一定間隙。所以這種機構(gòu)不必附加其他裝置就能獲得很好的定位，還可以通過調(diào)整中心距來消除滾子和凸輪凸脊間的間隙和補償磨損。轉(zhuǎn)盤在分度期的運動規(guī)律，可按轉(zhuǎn)速、載荷等工作要求設(shè)計，特別適用于高速、重載、高精度分度場合。凸輪一般作等速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，有時候由于需要轉(zhuǎn)盤

24、有較長的停歇時問，也可使凸輪作間斷性旋轉(zhuǎn)。圖2-1 弧面凸輪的種類整個運動過程如下：當凸輪體旋轉(zhuǎn)時，其分度段輪廓推動滾子，使分度盤分度轉(zhuǎn)位，而當凸輪轉(zhuǎn)到其停歇段輪廓時，轉(zhuǎn)盤上的兩個相鄰滾子跨夾在凸輪的圓環(huán)面凸脊上，分度盤停止轉(zhuǎn)動。弧面分度凸輪機構(gòu)可根據(jù)轉(zhuǎn)速、載荷等工作要求設(shè)計，特別適用于高速、重載、高精度分度場合。凸輪一般作等速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，有時候由于需要轉(zhuǎn)盤有較長的停歇時間，也可使凸輪作間斷性旋轉(zhuǎn)。2.2 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù)和幾何參數(shù)2.2.1 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù)凸輪分度廓線頭數(shù)H主要有以下幾種：單頭，H=1：雙頭，H=2：多頭，H>2，一般很少使用。凸輪分度廓線的

25、旋向分為左旋和右旋兩種，左旋用L表示，右旋用R表示，一般常采用左旋凸輪。從動轉(zhuǎn)盤在旋轉(zhuǎn)一周中所停歇的次數(shù)稱為分度數(shù)I，它與轉(zhuǎn)盤滾子個數(shù)：之問的關(guān)系為 (2.1)一般常用Z為612，I=412。1)凸輪分度期轉(zhuǎn)角。，在滿足工作要求條件下，較常用的；2)凸輪停歇期轉(zhuǎn)角(2.2)3)凸輪的角速度(2.3)其中月為凸輪轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)分)：4)轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)角(2.4)5)轉(zhuǎn)盤在分度期任意時刻的角位移(2.5) 式中S為分度盤的無量綱角位移。6)轉(zhuǎn)盤分度期角速度(2.6)式中v為分度盤的無量綱速度。7)分度期間轉(zhuǎn)盤與凸輪的角速比和最大角速比為：(2.7)(2.8)式中的不同取值對應于所選的不同從動件運動規(guī)律，對

26、于特定的運動規(guī)律為一定值。8)動停比系數(shù)，在一個工作循環(huán)內(nèi)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)位時間與停歇時間之比為動停比系數(shù)(29)停歇比系數(shù)反映機構(gòu)的有效工作時間大小，一般在工作允許范圍內(nèi)盡可能選取大的動停比系數(shù)。9)嚙合重疊系數(shù)由于制造和安裝誤差等影響，可能發(fā)生凸輪廓線與轉(zhuǎn)盤滾子嚙合中斷的現(xiàn)象。所以必須有適當?shù)臅r間使前一個滾子尚未退出嚙合時，后面的另一個滾子已經(jīng)進入嚙合，(該時刻一般在將要達到分度期中間時刻附近)以保證傳動連續(xù)。在分度期間凸輪有兩條同側(cè)廓線同時推動兩個滾子所占的時間比率加上l定義為嚙合重疊系數(shù)：(2.10)式中：為凸輪分度期轉(zhuǎn)角；為在分度期間凸輪有兩條同側(cè)廓線同時推動兩個滾子時所對應的凸輪轉(zhuǎn)角。單頭

27、時一般取=1113，雙頭時可適當大一些，但亦不宜過大，否則容易發(fā)生由于兩條同側(cè)廓線間的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生卡住的現(xiàn)象。2.2.2 凸輪機構(gòu)主要幾何尺寸1)凸輪節(jié)圓半徑、分度盤節(jié)圓半徑和中心距分度盤基準尺寸由表示，凸輪的基準尺寸由，來表示，其值為中心距與分度盤節(jié)圓徑之差，即：(2.11)2)滾子個數(shù)、滾子半徑，、滾子寬度、間隙和相鄰兩滾子軸線夾角，滾子個數(shù)一般取為偶數(shù)，常用的滾子個數(shù)：=612。圖2-2 弧面分度凸輪幾何尺寸滾子半徑，、滾子寬度和間隙由經(jīng)驗公式取為：(2.12)(2.13)(2.14)其中的取值范田至少應滿足：=510mm。3)凸輪的主要尺寸：凸輪弧頂圓半徑：(2.15)凸輪定位環(huán)面兩側(cè)

28、夾角：(2.16)凸輪定位環(huán)面?zhèn)让骈L度：(2.17)凸輪定位環(huán)面外圓直徑：(2.18)凸輪定位環(huán)面內(nèi)圓直徑：(2.19)凸輪理論寬度： (2.20)凸輪實際寬度，為保證凸輪載傳動過程中既不發(fā)生干涉，又保證傳動連續(xù)性，則取為：(2.21)凸輪理論端面直徑：(2.22)凸輪理論端面外徑(2.23)凸輪實際端面直徑：(2.24)表2-1 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要幾何尺寸計算項目計算公式計算結(jié)果中心距C給定C=180許用壓力角/（°）一般=30°-40°取=30°轉(zhuǎn)盤節(jié)圓半徑取=74凸輪節(jié)圓半徑=C-=160-74=86滾子中心角=360°/Z=360&

29、#176;/8=45°滾子半徑=20滾子寬度bb=（11.4）b=（11.4）×20=2028 取b=24間隙ee=（0.20.3）b，一般至少e510e=（0.20.3）×24=4.87.2 取e=6=2×74+24=172=2×74-24=124凸輪定位環(huán)面兩側(cè)夾角/(°)=360°/Z=360°/8=45°凸輪定位環(huán)面?zhèn)让骈L度hh=b+eh=24+6=30凸輪的頂弧面半徑=65.15凸輪定位環(huán)面外圓直徑=190.13凸輪定位環(huán)面內(nèi)圓直徑=154.69凸輪理論寬度=70.41凸輪寬度=70.41+2&

30、#215;20cos22.5°=107.3770.41l107.37，取=100凸輪理論斷面直徑=150.04凸輪實際端面直徑D=162.262.2.3 從動件的常用運動規(guī)律表2-2從動件運動規(guī)律及選取序號運動規(guī)律適用載荷適用速度1余弦加速度（簡諧）中載中、低速2正弦加速度（擺線）輕載中速33-4-5次多項式中載中、高速4修正正弦加速度輕、重載中、高速5修正梯形加速度輕載高速針對不同的應用場合，弧面分度凸輪的從動件選取不同的運動規(guī)律，其中常用的從動件運動規(guī)律及其應用場合如表2-2所示。弧面分度凸輪機構(gòu)的從動件運動規(guī)律是指分度盤的輸出運動規(guī)律。其規(guī)律和特性直接影響到整個機構(gòu)運動的精度、

31、沖擊和震動的大小?；∶娣侄韧馆啓C構(gòu)的從動件運動規(guī)律與一般的凸輪機構(gòu)相比有以下特點：1)弧面分度凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律只有工作行程(升程)而無回程，即總是升一停型運動曲線。升程為凸輪機構(gòu)的分度階段，停程為分度盤的停歇階段。2)弧面分度凸輪機構(gòu)一般在中高速工況下運動，因此運動規(guī)律的選取應力求使機構(gòu)獲得良好的動力學性能。一般常用的從動件運動規(guī)律曲線都是由幾種基本運動曲線(如矩形曲線、簡諧曲線和多項式曲線等)組合或變形而來。為了定量的表示這些運動曲線的性能，引入下列特性值：最大速度最大加速度最大躍度這些特性值從不同角度影響凸輪機構(gòu)的工作性能。主要與機構(gòu)的動量有關(guān)動量大的機構(gòu)在突然停止時會產(chǎn)生很大的沖擊力，

32、因此對于承受重載，質(zhì)量較大的分度盤應該采用較小的運動曲線。同時越大，凸輪機構(gòu)的最大壓力角也越大，因此對于凸輪尺寸較小或凸輪分度期轉(zhuǎn)角較小時，宜選用較小的運動規(guī)律曲線。主要與機構(gòu)的慣性力有關(guān)，越大，機構(gòu)的最大慣性力也越大，慣性力是凸輪機構(gòu)所受的主要作用力，慣性動載荷不僅使機構(gòu)內(nèi)部的應力和磨損增加，還會使得機構(gòu)的精度降低因此加速度運動曲線的平穩(wěn)性和連續(xù)性對凸輪機構(gòu)的震動和運動精度影響較大。最后是一種衡量機構(gòu)震動的指標，在一定程度上反應了加速度曲線的平穩(wěn)性和連續(xù)性在行程終了處使得躍度為零對改善凸輪機構(gòu)系統(tǒng)的平穩(wěn)性非常有利。以下為幾種常見運動規(guī)律的特性值：表2-3運動規(guī)律特性比較種類運動規(guī)律基本規(guī)律五

33、次多項式1.885.7760.0正弦加速度2.006.28余弦加速度1.574.6339.5標準規(guī)律修正加速度1.288.01201.4修正正弦加速度1.765.5369.5修正梯形加速度2.004.8961.4由表31可知各運動規(guī)律的特性值是相互制約的，不存在各項特征值都小的運動規(guī)律，這就需要針對具體情況權(quán)衡利弊，選擇適當?shù)倪\動規(guī)律。為保證周期性和準確的實現(xiàn)步進，弧面分度凸輪機構(gòu)要求所選從動件的運動曲線必須運動平穩(wěn)、沖擊載荷小、壽命長、分度精度高，因此一般采用正弦加速度、修正等速運動規(guī)律、修正正弦加速度、修正梯形加速度運動規(guī)律等。綜上所述本文采用修正正弦加速度規(guī)律，修正正弦加速度運動規(guī)律能夠

34、滿足高速、重載的工作場合，且值相較于其他運動規(guī)律變化更為平穩(wěn)，故在實際應用中最常用。修正正弦加速度運動曲線由三部分組成，載行程的始末兩端為周期較短的正弦加速度段，載中間部分為周期較長的正弦加速度段。表2-4 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù)及計算項目計算公式與說明計算結(jié)果及所選參數(shù)凸輪角速度分度期轉(zhuǎn)角=(°)常用的為120°-240°，在滿足動停比k的要求下，宜取較大選定=120°凸輪停歇期轉(zhuǎn)角/(°)=360°-=360°-120°=240°凸輪角位移/(°)以凸輪分度期開始處作為=0，計算步長

35、為1°-2°凸輪和轉(zhuǎn)盤的分度期時間/s凸輪和轉(zhuǎn)盤的停歇期時間/s此式僅適用于凸輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)時凸輪分度廓線旋向及旋向系數(shù)pL-左旋，p=+1；R-右旋，p=-1選用左旋L，p=+1凸輪分度廓線頭數(shù)H單頭H=1，雙頭H=2；H3較少用選用H=1轉(zhuǎn)盤分度數(shù)II為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一周中的停歇次數(shù)，常用的有；3、4、5、6、8、10、12按設(shè)計要求，選定I=8轉(zhuǎn)盤滾子數(shù)zz=HI，一般常用的z為：6、8、10、12、16z=1×8=8轉(zhuǎn)盤分度期運動規(guī)律常用的有：正弦加速度、改進正弦加速度、改進梯形加速度、改進等速等選用改進正弦加速度轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)位角/(°)=360°

36、/I=360°/8=45°轉(zhuǎn)盤分度期角位移/(°)=SS為所選運動規(guī)律的無因次位移轉(zhuǎn)盤分度期角速度=V/V為所選運動規(guī)律的無因次速度轉(zhuǎn)盤與凸輪在分度期的角速度比最大角速比轉(zhuǎn)盤分度期的角位移、角速度、角加速度和角躍度與凸輪轉(zhuǎn)角的曲線圖=V/=/對改進正弦加速度規(guī)律曲線圖如圖2.1所示動停比K，運動系數(shù)重疊系數(shù)=1+（28/120）=1.2332.3 弧面凸輪機構(gòu)廓面模型 共軛曲面在工程實際中有廣泛的應用，根據(jù)共軛曲面的定義可知：弧面凸輪分度機構(gòu)的凸輪工作曲面與分度盤滾子的圓柱面就是一對共軛曲面。弧面凸輪的工作廓面具有空間不可展性，用常規(guī)的機械制圖方法很難繪制，也不能用展開成平面廓線的辦法設(shè)計，一般是在空間嚙合原理的基礎(chǔ)上，按空間包絡(luò)曲面的共軛原理進行設(shè)計計算。在推導弧面凸輪的曲面方程時，我們應該首先設(shè)計滿足傳動質(zhì)量要求的共軛曲面。根據(jù)共軛曲面原理，凸輪工作廓面與從動轉(zhuǎn)盤的滾子間的共軛接觸點滿足下列三個條件：(1)在共軛接觸位置，兩曲面上一對對應的共軛接觸點必須重合；(2)在共軛接觸點處，兩曲面間的相對運動速度必須垂直于其公法線；(3)兩曲面在共軛接觸點處必須相切，不發(fā)生干涉，且在共軛接觸點的鄰域也沒有曲率干涉?；∶嫱馆喤c分度盤滾子實際工作表面相接觸的曲面為工作廓面，在求解弧面凸輪工作廓面的方程式時，