機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文36分度圓弧凸輪分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算和運(yùn)動(dòng)仿真全套圖紙

1、第1章緒論1. 1引言弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)（又稱滾子齒形凸輪分度機(jī)構(gòu)、蝸桿式凸輪機(jī)構(gòu)）屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)，它由一個(gè)帶凸脊的弧面分度凸輪和裝有滾子的分度盤組成，如圖1.1所示。（a） （b）圖1.1 弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)1-弧面分度凸輪 2-分度盤 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)是由美國人c.n.neklutim在上世紀(jì)20年代發(fā)明的，并由他創(chuàng)建的ferguson 公司首先開始標(biāo)準(zhǔn)化系列化生產(chǎn)。此后，前蘇聯(lián)、英國、德國、瑞士、日本等國也相繼對弧面凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，并成立有專門的生產(chǎn)廠家和研究機(jī)構(gòu)。我國對弧面分度機(jī)構(gòu)的研究比較晚，知道20世紀(jì)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(jì)、制

2、造、檢測等方面取得了豐碩的成果，特別是對新型結(jié)構(gòu)的弧面凸輪進(jìn)行了大量的探索?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)用于兩垂直交錯(cuò)軸間的間歇分度步進(jìn)傳動(dòng)，如圖1.1所示。主動(dòng)凸輪1的基體為圓弧回轉(zhuǎn)體，凸輪輪廓制成凸脊?fàn)?。分度盤2上裝有若干個(gè)沿轉(zhuǎn)盤圓周均勻分布的滾子，滾子的軸線沿轉(zhuǎn)盤的徑向線。當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，其分度段輪廓推動(dòng)滾子，使轉(zhuǎn)盤分度轉(zhuǎn)位。弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)不需要其他附屬裝置即可完成較為精確的分度定位，與棘輪、槽輪、不完全齒輪等常用的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)速度高、定位精度高、分度精度和動(dòng)力學(xué)性能好、承載能力大、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，所以弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)除了應(yīng)用在加工中心atc上外，也廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)

3、械，如煙草機(jī)械、包裝機(jī)械、食品加工等機(jī)械上?；∶嫱馆喎侄葯C(jī)構(gòu)也有缺點(diǎn)，最顯著的缺點(diǎn)是弧面凸輪廓面為空間不可展曲面，形狀復(fù)雜，設(shè)計(jì)、加工、檢測比較困難。表1.1是幾種常用的間歇分度機(jī)構(gòu)的性能比較。表1-1 常用間歇分度機(jī)構(gòu)的性能比較分度機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)項(xiàng)目槽輪機(jī)構(gòu)平行分度凸輪機(jī)構(gòu)圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)輸入軸運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輸入輸出軸相對位置平行平行垂直交錯(cuò)垂直交錯(cuò)從動(dòng)盤運(yùn)動(dòng)規(guī)律槽數(shù)一定時(shí)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律已確定可根據(jù)要求設(shè)計(jì)和選用可根據(jù)要求設(shè)計(jì)和選用可根據(jù)要求設(shè)計(jì)和選用從動(dòng)盤分度數(shù)318116324624從動(dòng)盤最高分度精度1530153015301530凸輪最高轉(zhuǎn)速（r/min）1001000

4、3003000使用場合低速,中、輕載中、高速，輕載高速，中輕載中、低速，中、輕載高速性能不好 最好一般好加工精度要求一般高高高頂載較難容易較難容易剛性一般較高較高高制造成本低中高高加工設(shè)備普通機(jī)床普通數(shù)控機(jī)床至少有一個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床至少有兩個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床從表1-1的比較可以看出，弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)是一種性能最好的間歇裝置，它在需要間歇運(yùn)動(dòng)的高精度自動(dòng)化和自動(dòng)化生產(chǎn)線上的一種空間分度機(jī)構(gòu)。但由于弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的工作面為不可展的復(fù)雜曲面，所以其設(shè)計(jì)和制造都較為復(fù)雜，在一定程度上影響了該機(jī)構(gòu)在國內(nèi)的發(fā)展。但是，近年來，隨著人們對弧面凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論研究的不斷深入，專用數(shù)控加工設(shè)備和高精度，

5、多自由度數(shù)控機(jī)床和加工中心的出現(xiàn)，弧面凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造較為困難的問題已逐步得到解決，相信弧面凸輪機(jī)構(gòu)在自動(dòng)機(jī)械中的應(yīng)用會越來越廣泛。弧面凸輪機(jī)構(gòu)是自動(dòng)機(jī)械和自動(dòng)生產(chǎn)線上使用較多的機(jī)構(gòu)之一，根據(jù)從動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)形式可分為弧面凸輪機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。前者已對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)做過詳細(xì)介紹，它具有良好的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，是一種性能最優(yōu)的分度裝置，主要用于高精度 、高速條件下從動(dòng)盤的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)； 1. 2 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r弧面分度凸輪裝置正在向系列化、快速化、精確化方向發(fā)展，軟件系統(tǒng)的迅速發(fā)展、日益完善更是促進(jìn)了弧面分度凸輪裝置的不斷開發(fā)，克服了弧面分度凸輪工作廓面難以精確造型的難題。

6、現(xiàn)從幾何學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)、動(dòng)力學(xué)、制造、檢測與誤差分析等方面對我國的研究如下：1.2.1 幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)研究弧面分度凸輪的輪廓曲面為不可展的空間曲面，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)凸輪的設(shè)計(jì)與制造，首先必須對該機(jī)構(gòu)的幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析。在過去的二十多年里，我國對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了大量的研究。在研究的初期階段，主要是基于圓柱形滾子對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了深入的探討，例如：文獻(xiàn)1采用張量分析法，對弧面凸輪工作曲面數(shù)學(xué)模型的建立以及傳動(dòng)壓力角、曲面的曲率半徑等進(jìn)行了深·入探討；文獻(xiàn)2基于凸輪與滾子的共軛嚙合傳動(dòng)原理，通過等距面偏置的方法得出了凸輪的輪廓曲面

7、方程。文獻(xiàn)3基于微分幾何、空間機(jī)構(gòu)的嚙合理論及齊次坐標(biāo)變換，推導(dǎo)了與圓柱滾子、圓錐滾子及雙曲線滾子嚙合傳動(dòng)的弧面凸輪的通用曲面方程。由于圓柱滾子與凸輪輪廓曲面之間存在一定的間隙，為提高凸輪機(jī)構(gòu)嚙合傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能，往往通過調(diào)整中心距的方法進(jìn)行預(yù)緊，使得凸輪輪廓曲面與圓柱滾子在嚙合過程中可能存在干涉現(xiàn)象，梁錦華4和石則昌5曾對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的預(yù)緊與干涉以及凸輪的修形進(jìn)行了探討?；趫A柱滾子的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)是典型的線接觸嚙合傳動(dòng)，在接觸線上各點(diǎn)的相對速度是不同的，導(dǎo)致弧面分度凸輪的工作曲面磨損不均勻，從而影響其工作性能和使用壽命。自從20世紀(jì)80年代末期至今，不少同行一直致力于從嚙合原理上對弧面

8、分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并取得了豐碩的成果。1.2.2 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于基于圓柱滾子的弧面凸輪工作曲面在膠合過程中存在磨損不均勻的現(xiàn)象，并且，對加工精度和裝配精度要求高，給生產(chǎn)帶來了極大的困難。為了克服這些缺點(diǎn)，國內(nèi)學(xué)者在弧面凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)方面開展了大量的工作：（1）對點(diǎn)膠合弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究該機(jī)構(gòu)是針對線接觸圓柱滾子弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)而設(shè)計(jì)的，克服了線接觸時(shí)磨損不均勻的缺點(diǎn)，并且點(diǎn)膠合弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，對加工和裝配精度要求較低6（2）設(shè)計(jì)了一種球面包絡(luò)蝸桿分度凸輪研究該機(jī)構(gòu)有球面包絡(luò)蝸桿分度凸輪、鋼球、銜裝鋼球的分度盤組成應(yīng)為凸輪輪廓面、鋼球

9、、分度盤之間是凹凸面膠合，綜合曲率半徑大，潤滑角大，易于形成油膜潤滑，從而使磨損減少，轉(zhuǎn)動(dòng)效率提高7。（3）提出了一些新型的包絡(luò)蝸桿式凸輪分度研究包絡(luò)蝸桿式分度凸輪機(jī)構(gòu)是通過把成熟的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)技術(shù)引入到分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，用給定的分度盤輪齒廓面去創(chuàng)成分度凸輪的齒廓面，從而，可以借鑒渦輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的成熟經(jīng)驗(yàn)采用“軟硬搭配”的磨損副形式，以減少了弧面凸輪的磨損，提高機(jī)構(gòu)的使用壽命8。（4）設(shè)計(jì)了超薄型弧面凸輪鋼球減速機(jī)該技術(shù)克服了渦輪蝸桿減速機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)單項(xiàng)性與自鎖性，發(fā)熱大，磨損大，效率低等缺點(diǎn)，具有良好的推廣應(yīng)用前景。1.2.3 動(dòng)力學(xué)研究弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)是一種高速、高精度間歇分度機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力學(xué)性能

10、的好壞將直接影響傳動(dòng)與分度的精度、機(jī)構(gòu)磨損以及使用壽命。因此，動(dòng)力學(xué)性能的研究一直是個(gè)重要的研究課題。然而，由于弧面分度凸輪的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，影響其動(dòng)力學(xué)特性的因素繁多，很難準(zhǔn)確地建立弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，要對其動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行準(zhǔn)確而有效的測試與分析就更加困難。目前只有為數(shù)不多的文獻(xiàn)對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了探討，例如，趙韓9提出了在弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中考慮其動(dòng)力學(xué)特性的設(shè)想，并建立了一套完整的設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。陶學(xué)恒10、賀煒11等人在建立弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型以及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)的試驗(yàn)測試分析方面進(jìn)行了深入的探討。文獻(xiàn)12在建立弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，分析了從動(dòng)

11、件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)隨負(fù)載、剛度和配合間隙變化的關(guān)系。文獻(xiàn)13討論了含間隙的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型。加強(qiáng)對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性的研究，將進(jìn)一步推動(dòng)其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和工作性能的完善，大大促進(jìn)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。1.2.4 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性研究弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)在高速高精度分度運(yùn)動(dòng)中有著不可替代的優(yōu)越性，但是僅僅提高凸輪的加工精度并不能保證系統(tǒng)有良好的動(dòng)態(tài)特性，為此動(dòng)力學(xué)研究已經(jīng)成為凸輪機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要研究課題。運(yùn)用可變形多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、接觸力學(xué)及概率分析方法的新成果，使凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的研究進(jìn)入了一個(gè)新階段。對凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的研究可以追溯到上世紀(jì)5o年代，1948年羅勒斯最早

12、用單自由度動(dòng)力學(xué)模型考慮從動(dòng)桿的柔度，對它的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。隨后的幾十年，凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的研究在凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中受到越來越多的重視，而凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析也向模型的精細(xì)化方向發(fā)展，并計(jì)及各種非線性效應(yīng)，如粘性阻尼、平方阻尼、以及凸輪軸的角速度變化、凸輪軸的變形、傳動(dòng)鏈與凸輪槽的間隙等等。文獻(xiàn)14分析了從動(dòng)件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)隨負(fù)載、剛度和配合間隙變化的關(guān)系，并對動(dòng)態(tài)響應(yīng)隨主動(dòng)件輸入轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)15提出按動(dòng)力學(xué)要求設(shè)計(jì)體積最小的弧面分度凸輪；文獻(xiàn)16建立的單自由度和雙自由度的振動(dòng)模型，用積分和振型迭加原理導(dǎo)出了響應(yīng)公式，分析了響應(yīng)特性。1.2.5 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的制造弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)主

13、要用于各種需高速傳動(dòng)或分度的自動(dòng)機(jī)械中，對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的加工精度、表面質(zhì)量和耐磨性具有很高的要求；并且，該機(jī)構(gòu)的裝配與嚙合傳動(dòng)對各種類型的形狀誤差和位置誤差十分敏感。因此，如何提高弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的加工質(zhì)量始終是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。自從2o世紀(jì)70年代末期，我國開始對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究以來，對該機(jī)構(gòu)的制造進(jìn)行了大量的研究工作，可以歸結(jié)為兩個(gè)方面。其一是從弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的加工設(shè)備和工具方面開展工作。例如，西北輕工業(yè)學(xué)院彭國勛等人研制出了xk一5001雙聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)專用數(shù)控銑床，通過調(diào)整該機(jī)床兩旋轉(zhuǎn)軸的中心距即可實(shí)現(xiàn)一定尺寸范圍的弧面凸輪銑削加工，并且開發(fā)了一套精密磨削裝置1718，安裝在xk

14、一5001專用數(shù)控銑床上，即可實(shí)現(xiàn)弧面凸輪的精密磨削，從而大大提高了弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的工作性能和使用壽命。在對該機(jī)構(gòu)研究的初期階段，弧面分度凸輪的加工主要是采用等價(jià)加工方法，所謂等價(jià)加工是采用與滾子從動(dòng)件曲面幾何特征參數(shù)一致的刀具按范成法進(jìn)行凸輪廓面的加工。但采用這種加工方法在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)加工當(dāng)中往往會遇到許多困難，例如，刀庫中刀具有限；機(jī)械磨損造成刀具半徑的變化；從動(dòng)件滾子半徑較大時(shí)，專門制造等價(jià)刀具成本大。針對等價(jià)加工方法存在著諸多的不足，不少學(xué)者對非等價(jià)加工方法進(jìn)行了大量的探索。例如，文獻(xiàn)19提出了弧面凸輪單側(cè)加工的方法；文獻(xiàn)20對刀具補(bǔ)償加工方式存在的理論加工誤差進(jìn)行了深入的探討；文獻(xiàn)2

15、1對弧面分度凸輪的兩重包絡(luò)法加工進(jìn)行了研究。1.2.6 檢測與誤差分析在弧面分度凸輪的加工過程中，加工時(shí)的中心距誤差、刀具半徑誤差、刀具轉(zhuǎn)角誤差等都會引起凸輪的廓面形狀誤差，從而造成裝配過程中的嚙合間隙或干涉，影響高速運(yùn)動(dòng)情況下的動(dòng)態(tài)性能，降低從動(dòng)盤的分度與定位精度。因此，研究弧面凸輪制造誤差或加工精度的影響因素，探索有效的測量手段，是保證弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的質(zhì)量的關(guān)鍵。文獻(xiàn)22設(shè)計(jì)了弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度與運(yùn)動(dòng)參數(shù)檢測系統(tǒng)。文獻(xiàn)23采用矢量法分析了弧面凸輪廓面的原始加工誤差及其對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響。三坐標(biāo)測量機(jī)是復(fù)雜曲面精確測量的有效手段，也是實(shí)現(xiàn)弧面凸輪精確測量的主要工

16、具，文獻(xiàn)24對利用三坐標(biāo)測量機(jī)實(shí)現(xiàn)弧面凸輪的精確測量進(jìn)行了探索。目前，我國已經(jīng)有了弧面凸輪的系列產(chǎn)品，建立完善合理的精度指標(biāo)體系已刻不容緩，文獻(xiàn)25提出了構(gòu)建弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)的精度指標(biāo)體系的設(shè)想，并且提出了凸輪輪廓曲面應(yīng)檢驗(yàn)的項(xiàng)目。如果能夠?qū)崿F(xiàn)弧面凸輪的制造過程中的在線檢測，并自動(dòng)調(diào)節(jié)切削參數(shù)，將可以大大提高弧面凸輪的加工質(zhì)量，文獻(xiàn)26提出了d-h原理在弧面凸輪的五軸數(shù)控加工及在線檢測中的應(yīng)用。1. 3 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)未來研究趨勢弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)有著其他分度機(jī)構(gòu)不可替代的優(yōu)越性，其結(jié)構(gòu)簡單、高速度高精度等優(yōu)點(diǎn)使它將逐步取代棘輪、槽輪機(jī)構(gòu)等，成為有著廣闊發(fā)展前景的一種間歇分度或步進(jìn)傳送機(jī)構(gòu)。縱

17、觀弧面凸輪機(jī)構(gòu)發(fā)展的歷史以及近年的發(fā)展現(xiàn)狀，今后我國弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)應(yīng)在如下幾個(gè)方面：（1）新型點(diǎn)嚙合傳動(dòng)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究。（2）弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性及其研究依然是研究熱點(diǎn)。（3）高效率、高精度弧面分度凸輪曲面加工及磨削機(jī)床或裝置的研制。（4）通用有效并引入專家系統(tǒng)或人工智能型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)cad/cam系統(tǒng)的開發(fā)。（5）基于internet的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)。（6）弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)新機(jī)構(gòu)的研制。（7）弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)精度指標(biāo)體系的制定、修改和完善以后檢測原理、方法和儀器的研究和制造。1. 4 課題研究的意義國內(nèi)加工的弧面分度凸輪一般是利用改造機(jī)床

18、進(jìn)行加工，然后在進(jìn)行人工裝配修形，不但精度和效率低而且互換性差。目前國內(nèi)加工的弧面分度凸輪主要存在的問題有：一是承載能力差，震動(dòng)和噪音大；二是在高速下容易出現(xiàn)誤動(dòng)作和控制失靈，可靠性差；三是使用壽命短，在使用初期就出現(xiàn)不同程度的膠合和塑變現(xiàn)象。之所以出現(xiàn)這些問題，材料選擇不當(dāng)是原因之一，但最主要的原因是加工精度低和表面質(zhì)量差。由于弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)輪廓幾何形狀誤差的檢測有一定的困難，所以很長一段時(shí)間弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的檢測都是一個(gè)比較薄弱的環(huán)節(jié)，因此也影響到整個(gè)分度機(jī)構(gòu)的分度精度。因此，如果能在加工之前，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行弧面分度凸輪的三維設(shè)計(jì)，將弧面分度凸輪直觀的繪制出來，開發(fā)操作界面良好的弧面凸輪

19、三維cad軟件和弧面凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，加工仿真系統(tǒng)，以對運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行模擬與仿真，進(jìn)行裝配干涉檢查和加工誤差的虛擬檢測將是個(gè)很有價(jià)值的研究課題，這樣就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)弧面分度凸輪設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤或缺陷，以便即時(shí)糾正和改進(jìn)。1.4.1 課題研究的內(nèi)容本課題主要是對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的cad/cam技術(shù)，以及動(dòng)態(tài)測試技術(shù)進(jìn)行研究。由于弧面分度凸輪的工作廓面為空間不可展曲面，很難用常規(guī)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和測繪，也不能用展成平面廓線的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此其設(shè)計(jì)和制造都比較困難。本文借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，研究了弧面分度凸輪曲面和參數(shù)，進(jìn)行曲面特性的分析，設(shè)計(jì)出所需弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，利用pro/e實(shí)現(xiàn)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的三維

20、設(shè)計(jì)，在裝配模式下完成干涉檢查，運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真與運(yùn)動(dòng)。1.4.2 課題的研究方法弧面分度凸輪由于廓面復(fù)雜，所以要實(shí)現(xiàn)集設(shè)計(jì)、仿真、加工、檢測一體化的cad/cam技術(shù)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，本文主要從以下路徑進(jìn)行研究與分析： （1）對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和幾何參數(shù)經(jīng)行分析研究，求得相關(guān)參數(shù)的計(jì)算公式；（2）對弧面分度凸輪工作輪廓進(jìn)行研究，應(yīng)用空間包絡(luò)曲面的共軛原理進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，推導(dǎo)出與從動(dòng)盤上滾子圓柱共軛的弧面分度凸輪工作曲面方程式；（3）根據(jù)所推導(dǎo)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)工作廓面方程，編寫程序，借助pro/e軟件，弧面分度凸輪的三維設(shè)計(jì)；（4）完成弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的裝配工作，進(jìn)行裝配模式下的干涉檢查，

21、然后在pro/e軟件進(jìn)行弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真與分析。第2章 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)與幾何尺寸設(shè)計(jì)2 .1 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的基本型式與工作特點(diǎn)2.1.1 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的基本型式弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)用于兩垂直交錯(cuò)軸間的間歇分度步進(jìn)傳動(dòng)。如圖2.1所示，主動(dòng)凸輪1的基體為圓弧回轉(zhuǎn)體，凸輪輪廓制成凸脊?fàn)?。從?dòng)盤2上裝有若干個(gè)沿轉(zhuǎn)盤圓周均勻分布的滾子，滾子的軸線沿轉(zhuǎn)盤的徑向線。當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，其分度段輪廓推動(dòng)滾子，使轉(zhuǎn)動(dòng)分度轉(zhuǎn)位，如圖2.1（a）所示。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到其停歇段輪廓時(shí)，轉(zhuǎn)盤上的兩個(gè)相鄰滾子跨夾在凸輪的圓環(huán)面凸脊上，使轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2.1（c）所示，所以這種機(jī)構(gòu)不必附加其他裝置，就能獲得

22、很好的定位作用，并且可以通過調(diào)整中心距來消除滾子與凸脊之間的間隙及補(bǔ)償磨損。轉(zhuǎn)盤在分度期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可按轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等工作要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以這種機(jī)構(gòu)特別適用于高速、高精度分度的場合?；∶娣侄韧馆嗩愃朴诰哂凶兟菪堑幕∶嫖仐U，轉(zhuǎn)盤相當(dāng)于渦輪，滾子相當(dāng)于渦輪的齒，所以弧面分度凸輪也有單頭和多頭及左旋和右旋之分，凸輪和轉(zhuǎn)盤間轉(zhuǎn)動(dòng)方向的關(guān)系，可應(yīng)用類似蝸桿渦輪傳動(dòng)的方法來判定。圖21所示為單頭左旋弧面分度凸輪?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)在國外又稱為蝸桿凸輪分度機(jī)構(gòu)或滾子齒分度機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)中，主動(dòng)凸輪一般做等速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，但有時(shí)由于需要轉(zhuǎn)盤有較長的停歇時(shí)間，也可使凸輪作間斷性的旋轉(zhuǎn)27。 (a)從動(dòng)盤分度期開始后不

23、久的位置；(b)從動(dòng)盤分度期中間的位置；(c)從動(dòng)盤停歇期間的位置圖21弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)2.1.2弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)工作特點(diǎn)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)是一種性能良好的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它具有如下特點(diǎn)：1)結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，承載能力在凸輪機(jī)構(gòu)中是最大的。2)設(shè)計(jì)限制少，分度范圍寬，刀=124，在特殊條件下，可以做到n=05(從動(dòng)盤每轉(zhuǎn)兩圈停歇一次)。3)該機(jī)構(gòu)中心距可作微調(diào)，即可預(yù)緊消除間隙，使得該機(jī)構(gòu)可獲得較好的動(dòng)力學(xué)特性和運(yùn)動(dòng)特性，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此，它可用于高、中、低速各種場合。4)精度高，分度精度可達(dá)±15”30”。5)凸輪工作曲面復(fù)雜，加工難度大，成本高，從動(dòng)盤的加工也較其它凸輪機(jī)構(gòu)困難。2 .

24、2凸輪與轉(zhuǎn)盤上不同滾子嚙合過程圖22所示為單頭左旋凸輪，h=i，p=+1。設(shè)滾子數(shù)z=6，轉(zhuǎn)盤分度數(shù)i=zh=6，轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)位角， 相鄰兩滾子軸線間夾角。凸輪與不同滾子嚙合過程如下： 圖22弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)嚙合過程(a)分度期開始；(b)il推動(dòng)no1滾子；(c)1l與2l同時(shí)分別推動(dòng)no1與no2滾子；(d)2l推動(dòng)no2；(e)分度期結(jié)束1)凸輪轉(zhuǎn)角=0，轉(zhuǎn)盤在分度期開始位置，圖22(a)所示。此時(shí)，no.1滾子和no2滾子與凸輪定位環(huán)面右、左兩側(cè)分別接觸，no1滾子的起始位置角，no.2滾子的起始位置角，no.3滾子的起始位置角。2)凸輪以圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，其廓線1l推動(dòng)no.1滾子使轉(zhuǎn)

25、盤逆時(shí)針向以轉(zhuǎn)動(dòng)，圖2.2(b)所示。3)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在其廓線1l推動(dòng)no.1滾子的某個(gè)適當(dāng)時(shí)刻，根據(jù)嚙合重疊系數(shù)的不同，凸輪廓線2l進(jìn)入嚙合，同時(shí)推動(dòng)no.2滾子，圖2.2(c)所示。此時(shí)轉(zhuǎn)盤上no.1與no.2滾子同時(shí)受到凸輪的推動(dòng)。4)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，noi滾子退出嚙合，圖22(d)所示，僅由廓線2l推動(dòng)no.2滾子，保持轉(zhuǎn)盤以逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。5)當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過分度角，后no.2滾子與no.3滾子分別與凸輪定位環(huán)面左、右兩側(cè)接觸，圖2.2(d)所示。此時(shí)，no.2滾子的位置角，而no.3滾子的位置角，即no.2與no.3滾子分別到達(dá)圖22(a)中所示的no.1與no.2滾子的位置。此時(shí)轉(zhuǎn)盤的分

26、度期結(jié)束，停歇期開始。而no.1滾子此時(shí)的位置角。當(dāng)凸輪再轉(zhuǎn)過后，另一個(gè)工作循環(huán)開始，此時(shí)轉(zhuǎn)盤上no.2與no.3滾子取代原來的no.1與no.2滾子重復(fù)上述工作過程進(jìn)行 下一輪分度動(dòng)作。23弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)50凸輪轉(zhuǎn)速：設(shè)計(jì)條件給定n=300(r/min)凸輪的角速度： =10凸輪分度期轉(zhuǎn)角夠在滿足工作要求的條件下，一般取大一些的值對機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是有利的。取=/6；凸輪停歇期轉(zhuǎn)角凸輪和轉(zhuǎn)盤的分度期的時(shí)間：=1/60(s)；凸輪和轉(zhuǎn)盤的停歇期的時(shí)間：=11/60(s)動(dòng)停比k與運(yùn)動(dòng)系數(shù)：凸輪轉(zhuǎn)一圈中，轉(zhuǎn)盤的位移時(shí)間與停歇時(shí)間之比稱為動(dòng)停比k：=0.09，凸輪轉(zhuǎn)一圈中，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位時(shí)

27、間所占比例稱為運(yùn)動(dòng)系數(shù)=1/12凸輪分度廓線旋向及旋向系數(shù):凸輪分度廓線頭數(shù): h=1； 轉(zhuǎn)盤分度數(shù):i=36 故 滾子數(shù)；z=hi=36轉(zhuǎn)盤分度期運(yùn)動(dòng)規(guī)律：選用修正正弦曲線轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)角： 轉(zhuǎn)盤分度期角位移：i=sf s所選定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量綱位移當(dāng)0t1/8s=當(dāng)1/8 t7/8s=當(dāng)7/8t1轉(zhuǎn)盤分度期的角速度w2為：w2= 式中v所選定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量綱速度。分度期間轉(zhuǎn)盤與凸輪的最大角速比：w2/w1=fv/1v/3(w2/w1)max=fvmax/f當(dāng)0t1/8v=; vmax=/(4+)=0.44當(dāng)1/8 t7/8v= ; vmax=4/(4+)=1.76 當(dāng)7/8t1 ; vmax=

28、/(4+)=0.44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(dāng)?shù)臅r(shí)間使前一個(gè)滾子尚未退出嚙合時(shí)，后面的另一個(gè)滾子已先期進(jìn)入嚙合，以保證傳動(dòng)連續(xù)。在分度期凸輪有兩條同側(cè)廓線同時(shí)推動(dòng)兩個(gè)滾子所占的時(shí)間比率加上1定義為嚙合重疊系數(shù) 式中 凸輪分度期轉(zhuǎn)角； 在分度期間凸輪有兩條同側(cè)廓線同ft<j推動(dòng)兩個(gè)滾子時(shí)所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角單頭時(shí)一般取占=1113，雙頭時(shí)可再大些，但占亦不宜過大，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。24弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的主要幾何尺寸參數(shù)計(jì)算50圖23弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸中心距：c設(shè)計(jì)條件給定400mm

29、許用壓力角: 取=30°；轉(zhuǎn)盤的節(jié)圓半徑：=198.28mm 取=198mm凸輪節(jié)圓半徑: =400-198=202mm滾子中心角: 滾子半徑: =12.07915.534取rr=15mm滾子寬度:b=(11.4)rr=1521取b=20mm間隙：e=(0.20.3)b=46 取e=6mm凸輪定位環(huán)面的兩側(cè)夾角：=凸輪定位環(huán)面的徑向深度:h=be=26mm凸輪的頂弧面半徑： =188.59mm凸輪定位環(huán)面的外圓直徑：do=2c-=422.82mm (其中=arcsin(rr/)=)凸輪定位環(huán)面的內(nèi)圓直徑：d1=do-2hcos(/2)=391.02mm凸輪的理論寬度：le=2=37.

30、3mm凸輪的寬度： 即 37.3104.18 取l=90mm凸輪理論端面直徑：de=2 =370.58mm凸輪理論端面外徑：dt=2 =424.68mm凸輪實(shí)際端面直徑：d=de+(l-le)tan()=375.16mm2. 5 弧面分度凸輪的工作曲面設(shè)計(jì)及計(jì)算空間曲面設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足的條件：弧面分度凸輪的工作輪廓是空間不可展曲面，很難用常規(guī)的機(jī)械制圖方法進(jìn)行測量，也不能用展開成平面廓線的辦法設(shè)計(jì)。一般應(yīng)按照空間包絡(luò)曲面的共軛原理進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)共軛曲面原理，凸輪工作廓面與從動(dòng)轉(zhuǎn)盤的滾子間的共軛接觸點(diǎn)必須滿足下列三個(gè)基本條件：1)在共軛接觸位置，兩曲面上的一對對應(yīng)的共軛接觸點(diǎn)必須重合；2)在共

31、軛接觸點(diǎn)處，兩曲面間的相對運(yùn)動(dòng)速度必須垂直于其公法線；3)兩曲面在共軛接觸點(diǎn)處必須相切，不產(chǎn)生干涉，且在共軛接觸點(diǎn)的鄰域亦無曲率干涉。下面推導(dǎo)與從動(dòng)轉(zhuǎn)盤上滾子圓柱面共軛的弧面分度凸輪工作曲面方程式，就是根據(jù)上述三個(gè)基本條件來進(jìn)行的。1 .坐標(biāo)系的選?。ㄒ粤侄然∶嫱馆啚槔┰诨∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)上建立四組右手直角坐標(biāo)系 圖2.4 弧面分度凸輪廓面設(shè)計(jì)坐標(biāo)系（1）與機(jī)架相連的定坐標(biāo)系坐標(biāo)系的原點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合。軸沿轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)中心與凸輪中心線的連線。軸與軸組成的平面與轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)平面平行。軸與轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，按右手法則可知垂直紙平面向外。（2）與機(jī)架相連的輔助定坐標(biāo)系坐標(biāo)系的原點(diǎn)：與凸輪的中心重合

32、。軸與軸重合。 軸與凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，選擇的箭頭方向時(shí)，應(yīng)面對，箭頭看，使凸輪角速度為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。軸按右手法則決定，圖41所示與軸間夾角為-2，即垂直紙面向內(nèi)。（3）與凸輪相連的動(dòng)坐標(biāo)系坐標(biāo)系的原點(diǎn)取在凸輪內(nèi)的中心，與重合。軸在通過凸輪中心并垂直于凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的平面上，圖41(c)為此平面的截面示意圖，以表示出。與間夾角為，從起量度，面對軸的箭頭看逆時(shí)針為正向；當(dāng)凸輪分度開始時(shí) 與重合，=0。與間夾角亦為。軸即凸輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與重合且箭頭方向一致。（4）與轉(zhuǎn)盤相連的動(dòng)坐標(biāo)系坐標(biāo)系的原點(diǎn)取在轉(zhuǎn)盤中心，即與重合。軸沿滾子的自轉(zhuǎn)軸線，即轉(zhuǎn)盤的徑向線。與間夾角為，從起量度，面對軸的箭頭看逆時(shí)針為正向。

33、當(dāng)轉(zhuǎn)盤在分度期開始時(shí)，不同的滾子有不同的位置角。軸與軸組成的平面為滾子的中心平面，它與轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)平面平行。軸即轉(zhuǎn)盤2的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，與重合，垂直紙面向外，面對箭頭看，逆時(shí)針向轉(zhuǎn)動(dòng)為正；應(yīng)位于凸輪定位環(huán)面對對稱平面上。圖24(b)為垂直軸的滾子截面示意圖，以表示出滾子的曲面參數(shù)與。2 .從動(dòng)轉(zhuǎn)盤上滾子的圓柱形工作面在坐標(biāo)系中的方程式 式中 滾子圓柱形工作面方程式的曲面參數(shù)； 滾子半徑。3 .凸輪與滾子的共軛接觸方程式 式中 滾子的位置角，即與間夾角，由 量起，逆時(shí)針方向?yàn)檎?p 凸輪的旋向系數(shù)，當(dāng)凸輪的分度期輪廓線為左旋時(shí)，p = +1；右旋時(shí) ，p = -1。4 .凸輪輪廓在動(dòng)坐標(biāo)系中的方程式 式

34、中: p凸輪分度期廓線的旋向符號，左旋p=+l，右旋p=l； 凸輪的轉(zhuǎn)角，在凸輪分度期開始處=0，面對軸箭頭看，逆時(shí)針向量度為正，,為凸輪分度期的轉(zhuǎn)角；滾子的位置角，它是滾子中心和轉(zhuǎn)盤中心的連線與 間夾角，由量起，逆時(shí)針方向?yàn)檎?式中 滾子的起始位置角，不同旋向?qū)馆喐鱾€(gè)滾子的 滾子的角位移，恒取絕對值， s 是所選定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量綱位移 轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)位角， 表2-1各個(gè)滾子的起始位置角的求法滾子代號 no.1 no.2 no.3 第3章弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律31弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指分度盤的輸出運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律與特性直接影響凸輪機(jī)構(gòu)分度精度、沖

35、擊和振動(dòng)的大小。分度凸輪機(jī)構(gòu)的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律與一般凸輪機(jī)構(gòu)相比有兩個(gè)特點(diǎn)： (1)分度凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律只有工作行程升程而無回程，即總是升停型運(yùn)動(dòng)曲線。升程為機(jī)構(gòu)中從動(dòng)轉(zhuǎn)盤的分度階段，停程為從動(dòng)轉(zhuǎn)盤的停歇階段；(2)分度凸輪機(jī)構(gòu)一般是在中、高速情況下運(yùn)動(dòng)的，所以在選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)應(yīng)著重考慮其具有良好的動(dòng)力學(xué)特性。正確地選取從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律是凸輪設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。研究弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，總以主動(dòng)凸輪的轉(zhuǎn)角作為自變量，且一般均設(shè)定凸輪的角速度為常數(shù)。而從動(dòng)轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)曲線卻不盡相同，為研究方便，我們將從動(dòng)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行歸一化處理，即將各運(yùn)動(dòng)量(時(shí)間、位移、速度、加速度等)都轉(zhuǎn)化成只表示相對比例關(guān)系的無因次量

36、。從動(dòng)盤的運(yùn)動(dòng)規(guī)律常用量綱參數(shù)來表達(dá)，主要有以下項(xiàng)目28：（1）量綱時(shí)間t 式中 t 轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間(s)； 轉(zhuǎn)盤的分度期時(shí)間(s)；凸輪的轉(zhuǎn)角(rad)或(°)；凸輪的分度期轉(zhuǎn)角，(rad)或(°)。 和，計(jì)算時(shí)均恒取絕對值。（2）量綱位移s 式中 轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角(rad)或(°)。 轉(zhuǎn)盤的分度期轉(zhuǎn)位角(rad)或(°)。和計(jì)算時(shí)均恒取絕對值。故在分度凸輪機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)盤的s恒為正值。（3）量綱速度v 式中 凸輪的角速度(rad/s)；轉(zhuǎn)盤的角速度(rad/s)；和計(jì)算時(shí)均恒取絕對值，即不管和同向還是異向，總不帶正負(fù)號，在分度凸輪機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)盤的v恒為正值。（4

37、）量綱加速度a 式中 轉(zhuǎn)盤的角加速度(rad/s)。和同向時(shí)為正，異向時(shí)為負(fù)，轉(zhuǎn)盤的a為正值表示a與v同向，a為負(fù)值表示a與v異向。（5）量綱躍度 式中 轉(zhuǎn)盤的躍度(rads)。與同向時(shí)為正，異向時(shí)為負(fù)，轉(zhuǎn)盤的j為正值時(shí)表示j與v同向，j為負(fù)值時(shí)表示j與v異向。32弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一般是由幾種基本運(yùn)動(dòng)(矩形曲線、簡諧曲線和多項(xiàng)式曲線等)組合或變形而來的。這些運(yùn)動(dòng)曲線各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了定量的表示運(yùn)動(dòng)曲線的性能，引入下列各特性值最大速度v；最大加速度a；最大躍度j。這些特性值從不同角度影響凸輪機(jī)構(gòu)的工作性能。v主要與機(jī)構(gòu)的動(dòng)量有關(guān)，而動(dòng)量大的機(jī)構(gòu)在突然停止時(shí)會

38、產(chǎn)生很大的沖擊力,因此對于承受重載、質(zhì)量大的分度轉(zhuǎn)盤，應(yīng)采用v較小的運(yùn)動(dòng)曲線。同時(shí)v越大，最大壓力角亦越大，因此對于凸輪尺寸較小或凸輪分度期轉(zhuǎn)角較小時(shí)，宜選用v較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。a主要與機(jī)構(gòu)的慣性力有關(guān)，a越大，則機(jī)構(gòu)的慣性力越大，慣性力是中、高速機(jī)構(gòu)所受的主要作用力，并且a與凸輪轉(zhuǎn)速的平方成一定比例，故高速運(yùn)行時(shí)應(yīng)選用么較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。j是一種衡量振動(dòng)的指標(biāo)，在一定程度上表征了加速度曲線的連續(xù)性和平穩(wěn)性，減小最大躍度值，特別是在行程終了處使躍度值等于零，對于改善系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性是十分有利的，因此j也是選擇運(yùn)動(dòng)曲線時(shí)的一個(gè)重要參數(shù).3.2.1余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律又叫簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律，

39、該運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度按余弦規(guī)律變化，位移按簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化。圖31是其位移、速度、加速度、角躍度等運(yùn)動(dòng)曲線。其特征值的計(jì)算公式為: 圖31余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律中，行程始末(t=0和1)時(shí)：v=0,a=±amax=±/2=±4.93,j=行程中點(diǎn)(t=12)時(shí)：s=0.5, v=vmax=/2=1.57,a=0,j=-jmax=-15.503.2.2正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律加速度按正弦規(guī)律變化，位移按擺線在縱坐標(biāo)軸上的投影規(guī)律變化。圖32是其位移、速度、加速度、躍度等運(yùn)動(dòng)曲線。其計(jì)算公式為 圖32正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線 這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律中，行程始末(t

40、=0和1)時(shí)： v=0, a=0.j=jmax=4=39.48 行程中點(diǎn)時(shí)： s=0.5,v=vmax=2,a=0,j=-jmax=-39.48 在t=1/4和t=3/4時(shí)， a=±amax=±2=±6.28,j=03.2.3 3-4-5次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其位移按3-45次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化。圖33表示其位移、速度、加速度、躍度等運(yùn)動(dòng)曲線. 圖3.3 3-4-5次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線在行程始末(t=0和1)v=0,a=0,j=jmax=60在行程中點(diǎn)(t=12)，a=05，v = vmax =188，a=0，j=-jmax =-30在t=o.2114和0

41、.7886時(shí)，a=±amax=±5.77，j=0。3.2.4改進(jìn)等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律中間一段為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，始末兩段用其它曲線過渡，一般多采用正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律過渡，可避免沖擊。(1)行程開始時(shí)的正弦加速度過渡段0tta(ta=1/4) (2)行程中間的等速運(yùn)動(dòng)段tat(1-ta) s=3/4-1/6,v=4/3,a=0,j=0(3)行程終了時(shí)的正弦加速度過渡段(1-ta)t1 3.2.5改正梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律由五段曲線組成，第一、二、五段為正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一般采用ta=1/8；而第二、四段為等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。各段計(jì)算公式如下(1)行程開始部分的

42、正弦加速度段(ot1/8) (2)等加速度段(1.8t3/8) (3)行程中間部分的正弦加速度段(3/8t5/8) (4)等減速度段(5/8t7/8) (5)行程終了部分的正弦加速度段(7/8t1) 3.2.6改正正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律由三段組成：在行程的中間一段為周期較長的正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而在行程的始末兩段為周期較短的正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這樣可使行程的始末部分位移變化比較明顯，便于制造和檢測。同時(shí)可使行程中間部分的速度和加速度變化比較平緩，動(dòng)力學(xué)性能更好，常用的ta=1/8，圖32為其位移、速度、加速度和躍度等運(yùn)動(dòng)曲線。其計(jì)算公式如下：(1)行程開始部分周期較短的正弦加速度段0t1/8

43、 本段開始時(shí)(t=0)s=0,v=0,a=0,本段終了時(shí)(t=ta=1/8)(2)行程中間部分周期較長的正弦加速度段1/8t7/8 本段中點(diǎn)處(t=1/2)的s=1/2，本段終了處(t=7/8)的(3)行程終了部分周期較短的正弦加速度段7/8t1 本段終了時(shí)s=1,v=0,a=0,j=jmax=69.47 圖3.4改進(jìn)正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律3. 3幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的比較 表3-1 列出了幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律主要特性值及其適用場合29. 表3-1幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律主要特性值及其適用場合序號運(yùn)動(dòng)規(guī)律名稱 特性值適用場合vmaxamaxjmax(av)max1余弦加速度1.574.93（-15.50）3.88

44、中低速，中載2正弦加速度2.006.2839.488.16中速，輕載33-4-5次多項(xiàng)式1.885.77+69.47-23.165.46中高速中載4改進(jìn)等速（ta=1/4）1.338.38105.287.25中低速重載5改進(jìn)梯形加速（ta=1/8）2.004.8961.438.09高速輕載6改進(jìn)正弦加速（ta=1/8）1.765.53+69.47-23.165.46中高速中重載綜上所述可知，評定和選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，總希望vmax、amax、jmax等值愈小愈好，等速度和等加速度雖然速度或加速度最小，但連續(xù)性差，并無實(shí)用價(jià)值。正弦加速度連續(xù)性好，表達(dá)式簡單，是過去最常用的中、高速從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。幾

45、種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)律由于各特征值都不高，應(yīng)用較廣?？梢姡@些特征值是互相制約的，不存在各項(xiàng)特征值都很小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這就需要針對具體情況權(quán)衡主次，選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律。 為保證周期性、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)步進(jìn)，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)要求所選用的運(yùn)動(dòng)曲線必須要運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、沖擊載荷小，壽命長、分度精確，因此一般要求采用：正弦加速度、改進(jìn)等速度、改進(jìn)正弦加速度和改進(jìn)梯形加速度等運(yùn)動(dòng)規(guī)律。第4章 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真與分析弧面分度凸輪由于曲面復(fù)雜難以用常規(guī)二維視圖表達(dá)，這里在前面相關(guān)理論參數(shù)及已推導(dǎo)的曲面方程基礎(chǔ)上，借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，這里主要使用三維造型軟件proengineer wildfire，利用

46、其強(qiáng)大的曲面造型功能，編寫共軛接觸線程序驅(qū)動(dòng)生成曲線，進(jìn)而生成弧面凸輪的工作曲面，最后生成實(shí)體。最后進(jìn)行裝配干涉檢查，同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真與分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。4. 1 proengineer簡介proengineer是美國ptc公司(parametric technology corporation,參數(shù)技術(shù)公司)推出的新一代cad/cam軟件，它是一個(gè)集成化的軟件，其功能非常強(qiáng)大，利用它可以進(jìn)行零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、數(shù)控加工、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理、應(yīng)力分析、逆向造型優(yōu)化設(shè)計(jì)等。proe軟件最大的優(yōu)點(diǎn)是采用了參數(shù)化造型的理論，其主要特點(diǎn)：1)參數(shù)化設(shè)計(jì)思想?yún)?/p>

47、數(shù)化設(shè)計(jì)思想直接挑戰(zhàn)傳統(tǒng)模型設(shè)計(jì)思想，在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，實(shí)體模型將取代線框模型和面模型，與實(shí)際生產(chǎn)中 的產(chǎn)品非常接近。同時(shí)，實(shí)體模型具有質(zhì)量、體積、質(zhì)心和重心等物理屬性，可以方便的對模型進(jìn)行分析和制造等后續(xù)處理。尺寸驅(qū)動(dòng)是參數(shù)化設(shè)計(jì)的重要特點(diǎn)。所謂尺寸驅(qū)動(dòng)就是以模型的尺寸來決定模型的形狀，一個(gè)模型由一組具有一定相互關(guān)系的尺寸進(jìn)行定義。設(shè)計(jì)者修改尺寸參數(shù)后，經(jīng)過再生處理即可獲得新的模型形狀。2)特征建模的基本思想特征是對有實(shí)際工程意義的圖元的高級抽象。對涉及對象的形狀、結(jié)構(gòu)、裝配以及相互關(guān)系等進(jìn)行合理抽象即可獲得各種類型的特征，例如實(shí)體特征、曲面特征、圓孔特征、基準(zhǔn)平面特征等。3)全相關(guān)的單一數(shù)據(jù)

48、庫proe系統(tǒng)建立在單一數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)之上，這一點(diǎn)不同于大多數(shù)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫之上的傳統(tǒng)cad系統(tǒng)。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的所有資料都來自同一數(shù)據(jù)庫，這樣可以使不同部門的設(shè)計(jì)人員能夠同時(shí)開發(fā)同一產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。重要的是，采用全相關(guān)的單一數(shù)據(jù)庫后，在設(shè)計(jì)中的任何一處修改都將反映到整個(gè)設(shè)計(jì)的其他環(huán)節(jié)中，proe的組成模塊種類覆蓋機(jī)械設(shè)計(jì)制造的各個(gè)方面。他是一個(gè)大型的軟件包，由各種模塊組成，每一個(gè)模塊都有自己獨(dú)立的功能，其中最常用到的有：草繪模塊，零件模塊，零件裝配模塊，曲面模塊，工程圖模塊，制造模塊。這種高度集成化的軟件為工業(yè)工程的自動(dòng)化的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用3031。4.1.1proe三

49、維建模模塊介紹1)加材料 建立3d實(shí)體時(shí)最常用的方法。加材料是以繪制的2d截面圖來建立實(shí)體或特征。其方式有拉伸、旋轉(zhuǎn)、混成、掃描等。2)減材料 選中材料切除之后所出現(xiàn)的幾種特征建立方法與拉伸相同。它與擠塑成型的差別僅在于當(dāng)繪制完一個(gè)截面之后，擠塑成型是以此截面建立實(shí)體或特征，而剪切則是根據(jù)這個(gè)截面進(jìn)行刪除的動(dòng)作。3)倒角 一般繪制圓角時(shí)有三點(diǎn)注意事項(xiàng)：其一，圓角的建立最好是在實(shí)體繪制的最后；其二，標(biāo)注特征的位置尺寸時(shí)，盡量不要以圓角的邊作為參考邊，以免產(chǎn)生父子關(guān)系，不利于往后的變更設(shè)計(jì)；其三，各圓角繪制完成后可將它們放入同一圖層中，并利用suppress將該圖層隱藏起來以加快計(jì)算的速度。4)可

50、變截面掃描特征 掃描特征能夠通過一條掃描軌跡配合單一剖面外形對零件進(jìn)行掃描，可變截面掃描特征的功能更強(qiáng)，它能將 單一剖面與多條外形控制軌跡線結(jié)合起來，并且使得剖面外形隨掃描軌跡的變化而變化。5)基本曲線的創(chuàng)建 創(chuàng)建基本3d曲線將是創(chuàng)建凸輪模型的關(guān)鍵。創(chuàng)建3d曲線有許多方法，在創(chuàng)建凸輪模型時(shí)，用【從方程】的方式最方便。通過輸入曲線方程，proe軟件自動(dòng)生成3d曲線。proe系統(tǒng)要求輸入的曲線方程為參數(shù)形式的方程，其中參數(shù)為t，t的變化范圍為o1，x、y、z是以t為參數(shù)的方程。例如，半徑為4，螺距也為4的螺旋線的參數(shù)方程為： 只要把曲線的方程轉(zhuǎn)換成這種proe系統(tǒng)所規(guī)定的方式便能生成復(fù)雜的曲線。因

51、此我們可以利用此命令把凸輪輪廓分度部分曲線建立起來。6)高級邊界曲面利用曲線組成曲面的命令，這也是創(chuàng)建凸輪模型的關(guān)鍵。將創(chuàng)建的凸輪曲線連成一個(gè)曲面，用到的就是高級邊界曲面命令5152。4.1.2 pro/e運(yùn)動(dòng)仿真模塊介紹proe的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模塊mechanism可以進(jìn)行裝配的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真，校驗(yàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的正確性，計(jì)算機(jī)構(gòu)任意時(shí)刻的位置、速度以及加速度?？梢酝ㄟ^運(yùn)動(dòng)分析，得出裝配的最佳配置，根據(jù)給出的力決定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及反作用力。通過尺寸變量對機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，干涉檢查。這樣可以使原來在二維圖紙上難以表達(dá)和設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)變得非常直觀和易于修改，并且能夠大大簡化機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，縮短其開發(fā)周期，減少

52、開發(fā)費(fèi)用，同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量。在proe中，運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果不但可以以參數(shù)的形式輸出，從而可以獲知零件之間是否干涉，干涉的體積有多大，根據(jù)仿真結(jié)果對所設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行修改，直到不產(chǎn)生干涉為止。(1)運(yùn)動(dòng)仿真的特點(diǎn)在proe中，用戶可以通過對機(jī)構(gòu)添加運(yùn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)器使其動(dòng)起來，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真。而機(jī)構(gòu)又是由構(gòu)件組合而成的，其中每個(gè)構(gòu)件都是以一定的方式至少與另一個(gè)構(gòu)件相連接，這種連接既使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸，又使兩個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生一定的相對運(yùn)動(dòng)。創(chuàng)建機(jī)構(gòu)的過程與零件裝配的過程極為相似32。由于機(jī)構(gòu)仿真與零件裝配都是將單個(gè)零部件裝成一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)模型，因此它們之間有很多相似之處。相似點(diǎn)：兩者皆利用【元件放置】對話框連接或安裝零部件