（機械工程專業(yè)論文）弧面分度凸輪單側(cè)面加工刀位控制機理及仿真.pdf

卜 學(xué)位論文的主要創(chuàng)新點 一 根據(jù)齒輪嚙合原理和空間坐標旋轉(zhuǎn)理論 推導(dǎo)出弧面分度凸輪單 側(cè)面加工時理論工作廓面方程和實際工作廓面方程以及接觸角公式 研究了單側(cè)面加工弧面分度凸輪廓面時刀具的刀位控制 二 從弧面分度凸輪的廓面方程入手 利用p r o e n g i n e e r 環(huán)境下 利用基準曲線命令 將廓面方程按編程的方法輸入 生成一簇基準曲 線 通過曲線生成曲面 曲面生成實體的命令 生成弧面分度凸輪的 三維實體模型 并將該機構(gòu)模型在p r o e 界面下裝配運行來檢測創(chuàng)建 的凸輪模型的正確性 將建好的模型在加工模塊下仿真加工 三 基于v e r i c u t 軟件 建立五軸數(shù)控機床模型 將生成的弧面分 度凸輪三維實體模型導(dǎo)入 設(shè)置相應(yīng)的參數(shù) 完成弧面分度凸輪的數(shù) 控加工仿真 并對仿真結(jié)果進行優(yōu)化 摘要 本論文以弧面分度凸輪為研究對象 來研究其廓面的單側(cè)面加工 應(yīng)用空間 嚙合原理和旋轉(zhuǎn)坐標變換方法 推導(dǎo)出了弧面分度凸輪單側(cè)面加工理論廓面方程 和實際廓面方程 研究該加工過程刀具的刀位控制 并通過虛擬仿真加工來驗證 該方法的可行性 文中重點研究了弧面分度凸輪機構(gòu)的三維實體建模以及數(shù)控加工仿真 基于 p r o e n g i n e e 三維軟件 利用其基準曲線命令中的方程輸出 將弧面分度凸輪 的廓面方程輸入 導(dǎo)出一簇曲線 利用曲線生成曲面 曲面生成實體的過程來建 立弧面分度凸輪的三維實體模型 將建好的弧面分度凸輪三維實體模型在數(shù)控仿 真加工軟件v e r i c u t 7 0 界面下建立五軸數(shù)控機床模型進行單側(cè)面仿真加工 并 對加工結(jié)果進行優(yōu)化 將結(jié)果輸出 完成該零件的設(shè)計加工仿真 實際加工中 根據(jù)上述原理 將實際加工弧面分度凸輪的數(shù)控機床模型輸入 v e r i c u t 界面下 利用上述過程 可完成弧面分度凸輪的單側(cè)面加工仿真 使 這種方法通用化 關(guān)鍵詞 弧面分度凸輪機構(gòu)三維實體建模單側(cè)面加工數(shù)控加工仿真 a b s t r a c t n i sp a p e rp r o d u c ean e wt h e o r yo fo n e s i d em a c h i n i n go ft h eg l o b o i d a l i n d e x i n gc a m b ya p p l y i n gt h et h e o r yo fe n g a g e m e n ti ns p a c ea n dt h em e t h o do f r o t a r yc o o r d i n a t et r a n s f o r r n a t i o n d e r i v et h ei n d e x i n gc a n lo n e s i d e dm a c h i n i n gt h e o r y p r o f i l ee q u a t i o na n dp r a c t i c ep r o f i l ee q u a t i o n t h e ns t u d yt h ep r o c e s so ft h et o o l c o n t r o l v e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo fo n e s i d em a c h i n i n go f t h eg l o b o i d a li n d e x i n gc a mb y n c m a c h i n i n g t h ep a p e rf o c u so nc r e a t et h et h r e e d i m e n s i o n a ls o l i dm o d e la n dn cm a c h i n i n g s i m u l a t i o no ft h eg l o b o i d a ii n d e x i n gc a m i np r o e n g i n e e r 4 0i n t e r f a c et oc r e a t e g l o b o i d a li n d e x i n gc a mt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l u s i n gr e f e r e n c ec u r v eg e n e r a t e d s u r f a c e s u r f a c eg e n e r a t i o ns o l i dc a mm o d e lg e n e r a t e sas e r i e so fc o m m a n d st oc r e a t e t h ep a r tm o d e l t h e nb a s e do nv e r i c u t 7 0e n v i r o n m e n tc r e a t e5 a x i sn cm a c h i n e m o d e lt os i m u l a t et h ep r o c e s s i n go fn cm a c h i n i n g o p t i m i z et h es i m u l a t i o nr e s u l t c o m p l e t et h ep a r to fc o m p l e xp r o f i l ep r o c e s s i n gb yo u t p u tc o r r e s p o n d i n gm a c h i n e p l a t f o r m u s i n gs u c hp r i n c i p l e s t h ea c t u a lp r o c e s s i n gw i l lp r a c t i c a lp r o c e s s i n gg l o b o i d a l i n d e x i n gc a mo fn cm a c h i n em o d e l i nv e r i c u ti n t e r f a c e c o m p l e t eg l o b o i d a i i n d e x i n gc a ms i n g l e s i d e m a c h i n i n g s i m u l a t i o na n dm a k et h i sm e t h o d g e n e r a l i z a t i o n k e yw o r d s g l o b o i d a li n d e x i n gc a m t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l o n e s i d e dm a c h i n i n g n cm a c h i n i n 目錄 第一章緒論 l 1 1 弧面分度凸輪機構(gòu)的概述 l 1 2 弧面分度凸輪機構(gòu)的研究現(xiàn)狀 3 1 3 課題研究的意義 5 1 4 論文進行的主要工作 6 第二章弧面分度凸輪嚙合特性及主要參數(shù)計算 7 2 1 弧面分度凸輪機構(gòu)的基本形式和工作特點 7 2 2 弧面分度凸輪在停歇期與分度期的運動參數(shù) 8 2 3 弧面分度凸輪工作廓面的設(shè)計原理和方法 1 2 2 3 1 空間共軛曲面嚙合時必須滿足的基本條件 1 2 2 3 2 坐標系的選取 1 3 2 3 3 弧面分度凸輪的廓面方程 1 4 2 4 弧面分度凸輪機構(gòu)的常用運動規(guī)律 2 0 2 5 弧面分度凸輪機構(gòu)材料和零部件要求 2 7 2 5 1 弧面分度凸輪與轉(zhuǎn)盤滾子的材料和技術(shù)要求 2 7 2 5 2 弧面分度凸輪機構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵要素 2 8 2 6 弧面分度凸輪機構(gòu)的注意事項 2 8 2 7 本章小結(jié) 2 9 第三章弧面分度凸輪單側(cè)面加工機理 3 l 3 1 引言 31 3 2 弧面分度凸輪的加工現(xiàn)狀 31 3 3 弧面分度凸輪單側(cè)面加工理論 3 3 3 3 1 理論工作廓面方程及接觸角 3 3 3 3 2 單側(cè)面加工刀位控制機理 3 4 3 3 3 單側(cè)面加工凸輪實際工作廓面方程 3 4 3 3 4 凸輪廓面法向誤差計算 3 7 3 3 5 計算實例 3 8 3 3 6 結(jié)論 3 8 3 4 本章小結(jié) 3 9 第四章基于p r o e 的弧面分度凸輪三維實體建模 4 l 4 1 弧面分度凸輪三維實體建模原理 4 l 4 2 弧面分度凸輪廓面曲線方程 4 l 4 3 三維實體建模 4 2 4 3 1 創(chuàng)建l l 輪廓面曲線 4 3 4 3 2 創(chuàng)建分度期2 l 2 r 3 l 段曲線 4 5 4 3 3 創(chuàng)建停歇期曲線 4 5 4 3 4 創(chuàng)建弧面分度凸輪三維實體模型 4 6 4 3 5 創(chuàng)建機構(gòu)從動轉(zhuǎn)盤實體模型 4 6 4 3 6 檢測凸輪模型 4 7 4 4 數(shù)控加工仿真 4 7 4 5 本章小結(jié) 4 8 第五章基于v e r i c u t 的弧面分度凸輪數(shù)控加工仿真 4 9 5 1 引言 4 9 5 2 弧面分度凸輪加工仿真分析 4 9 5 3v e r i c u t 環(huán)境下數(shù)控機床模型創(chuàng)建 5 0 5 4 基于v e r i c u t 的弧面分度凸輪加工仿真 5 l 5 5 本章小結(jié) 5 2 第六章結(jié)論 5 3 參考文獻 5 5 發(fā)表論文和參加科研情況說明 5 9 j l i 謝 6 1 第一一章緒論 第一章緒論 1 1 弧面分度凸輪機構(gòu)的概述 弧面分度凸輪機構(gòu)是一種用于兩垂直交錯軸間的間歇分度步進機構(gòu) 該機構(gòu) 由弧面分度凸輪 從動轉(zhuǎn)盤 在從動轉(zhuǎn)盤徑向均布的滾子以及一些輔助小零件組 成 如圖1 1 所示 與傳統(tǒng)的分度機構(gòu)如棘輪機構(gòu) 槽輪機構(gòu) 不完全齒輪機構(gòu) 圓柱凸輪以及平行分度凸輪機構(gòu)相比 該機構(gòu)有著不可替代的優(yōu)點 如傳動速度 高 分度精度高 力學(xué)性能好 承載能力大以及運行穩(wěn)定等優(yōu)點 由于主動件凸 輪輪廓曲面和滾子在嚙合時的運動為共軛傳動 另外可以和其它一些機構(gòu) 如連 桿機構(gòu) 齒輪機構(gòu)等混合使用 裝配成復(fù)雜的機構(gòu) 這些結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)從動件所 需要的各種運動規(guī)律 所以弧面分度凸輪機構(gòu)被廣泛應(yīng)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 食品加工等機械用來分度i l 叫 弧面分度凸輪機構(gòu)是由美國人c n n e k l u t i n 于上世紀二十年代發(fā)明的 并由 其所創(chuàng)建的f e r g u s o n 公司首先進行了系列化標準化生產(chǎn) 此后 相關(guān)的一些歐 美國家對其性能進行了一些深入的研究 有專門的研究機構(gòu)對其研究 并且成立 相關(guān)的廠家進行生產(chǎn) 目前在國外 弧面分度凸輪機構(gòu)的在各方面領(lǐng)域都有一定 的研究 主要應(yīng)用于分度機器以及自動換刀手a t c 相對于歐美發(fā)達國家 經(jīng)過 多年鍥而不舍的探索 伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 我國在弧面分度凸輪的加工制造 以及計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造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 目前國內(nèi)的生產(chǎn)廠商多集中于山東及廣 東地區(qū) 與常用的間歇運動機構(gòu)相比 弧面分度凸輪機構(gòu)在很多方面其顯著的優(yōu)點t 圖1 1 弧面分度凸輪機構(gòu) 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 通過調(diào)整弧面分度凸輪機構(gòu)的中心距的方法來實現(xiàn)機構(gòu)預(yù)緊 消除了傳 動過程中產(chǎn)生的間隙 使機構(gòu)在分度過程中有著精度高 沖擊振動小 運動平穩(wěn) 等優(yōu)點 2 當(dāng)轉(zhuǎn)盤從分度期進入停歇期時 相鄰兩個從動盤上的滾子緊卡在凸輪的 凸脊上 保證了定位準確 可靠的狀態(tài) 同時弧面分度凸輪機構(gòu)兼有分度 定位 以及自鎖三個功能 不需要另外附加制動和定位裝置即可完成上述功能的實現(xiàn) 3 根據(jù)需要可以設(shè)定分度與停歇的時間比例 弧面分度凸輪回轉(zhuǎn)一周 其 分度盤轉(zhuǎn)位 停歇一個周期 該周期自動循環(huán)周期 根據(jù)弧面分度凸輪機構(gòu)所需 的運行狀態(tài) 可以制定相關(guān)的工藝 根據(jù)工藝要求來設(shè)定動停必時間 實現(xiàn)需要 的運動規(guī)律 4 可以實現(xiàn)從動件獲得任何給定的運動規(guī)律 單獨選擇弧面分度凸輪或者 是和其它機構(gòu)配合使用 正確的選擇運動規(guī)律 就可以得帶所需要的運動規(guī)律 目前一些機構(gòu)如分度機構(gòu) a t c 自動換刀機構(gòu)等就是單獨使用弧面分度凸輪機構(gòu) 或與其它機構(gòu)配合使用 運行過程中開始轉(zhuǎn)動和終止轉(zhuǎn)動時凸輪的瞬間角速度為 零 保證加速度曲線連續(xù)變化無間斷 并且限制加速度的最大值 從而保證機構(gòu) 運行平穩(wěn)可靠 5 凸輪機構(gòu)具有足夠的剛度 配合相應(yīng)的熱處理方法好表面處理方法 可 以獲得相應(yīng)的凸輪剛度 相比較凸輪而言 從動件滾子在設(shè)計時設(shè)計成可拆卸零 件 在做熱處理和表面處理時 選擇凸輪材料的硬度和力學(xué)性能等級必從動滾子 的性能高一級或兩級 這樣磨損主要體現(xiàn)在滾子的磨損上 由于滾子是可拆卸零 件 可以容易更換 從而降低設(shè)計成本 在設(shè)計弧面分度凸輪時 一般主動凸輪 應(yīng)選用較小的壓力角 較大的凸輪直徑可以增加凸輪的剛度 提高凸輪的使用壽 面 因此 支撐軸 軸承尺寸也可以相應(yīng)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 結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理 但是與其它間歇機構(gòu)的加工相比較 弧面分度凸輪的廓面加工較為困難 這 主要是由于弧面分度凸輪的轉(zhuǎn)位曲線要求的精度較高 形狀復(fù)雜 必須在專用機 床或數(shù)控機床上進行加工 同時從動盤上滾子不僅加工精度高 并且對分度精度 也要求很高 必須使用專用加工制造中心制造等缺點 為了克服上述缺點 提高 弧面分度凸輪的利用率 近年來 隨著計算機技術(shù)日新月異的發(fā)展 越來越多的 國內(nèi)外學(xué)者對弧面分度凸輪從幾何學(xué) 動力學(xué) 結(jié)構(gòu)學(xué)等方面做了深入的研究 在弧面分度凸輪的各個領(lǐng)域都取得了突破 第一章緒論 1 2 弧面分度凸輪機構(gòu)的研究現(xiàn)狀 1 幾何動力學(xué)方面 對弧面分度凸輪機構(gòu)的研究開始于對其運動學(xué)的研究 從上世紀七十年代末 八十年代初 國內(nèi)外學(xué)者首先對弧面分度凸輪機構(gòu)的工作廓面 凸輪嚙合曲面的 曲率半徑 轉(zhuǎn)盤上滾子的轉(zhuǎn)子 傳動過程中的壓力角 接觸角方程進行了深入的 探討 6 1 2 1 二十世紀九十年代以后 基于微分幾何和嚙合原理的知識 推導(dǎo)出了弧 面分度凸輪的廓面方程和誘導(dǎo)曲率的計算公式 建立了弧面分度凸輪和滾子接觸 應(yīng)力和強度設(shè)計計算的模型 實現(xiàn)了弧面分度凸輪的可靠性設(shè)計 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用方面 在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面 由于計算機技術(shù)的日益發(fā)展 c a d 技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到了 弧面分度凸輪機構(gòu)的設(shè)計過程之中 a u t o c a d p r o e u g s o l i d w o r k e s m a s t e r e a m 等軟件發(fā)揮了越來越重要的作用 利用凸輪滾子輪廓與滾子曲面的共軛原理 建 立了共軛曲線的坐標方程 1 3 再由一系列的共軛曲線生成曲面 應(yīng)用u g 軟件 完成了弧面凸輪機構(gòu)的實體建模 1 4 1 使弧面分度凸輪機構(gòu)的研究更加便利用 p r o e n g i n e e r 軟件3 d 實體建模 通過曲線生成曲面進而生成凸輪實體的方法 對弧面分度凸輪進行空間建模 然后利用其n c 組建中的制造模型功能 能夠演 示刀具加工軌跡 自動生成n c 加工程序 通過仿真可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷 及 時更改 極大的提高了設(shè)計和生產(chǎn)效率 降低了成本 以v c 面向?qū)ο蟮姆椒?及p r o e n g i n e e r 二次開發(fā)技術(shù) 1 5 建立了弧面分度凸輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng) 給 出了界面友好的參數(shù)輸入對話框 能夠完成機構(gòu)參數(shù)的自動綜合和凸輪輪廓的自 動生成 具有直觀性 易于操作和調(diào)整 并能夠在p r o e n g i n e e r 環(huán)境下進行 裝配 仿真與干涉檢測 為該機構(gòu)的發(fā)展應(yīng)用提供了新的方法和手段 計算機技 術(shù)的飛速發(fā)展以及三維c a d c a m 軟件給弧面分度凸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了極 大的便利 今年來在該方面突破不少 在弧面分度凸輪機構(gòu)的實際應(yīng)用方面 除了應(yīng)用在多工位自動機械上之外 也已經(jīng)開始應(yīng)用在加工中心做自動換刀a t c 裝置 目前 由我國自己設(shè)計制造 的弧面分度凸輪a t c 換刀裝置已經(jīng)在國內(nèi)加工中心上安裝使用1 1 7 1 9 1 并且其效 果經(jīng)過調(diào)試完全符合需要 3 動力學(xué)研究方面 是對于高速 高精度弧面分度凸輪機構(gòu) 動力學(xué)研究已經(jīng)成為重要的研究課 題 目前 高等機構(gòu)學(xué)和機械動力學(xué)的研究 相比較傳統(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(xué) 對高速運行的弧面分度凸 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 輪機構(gòu)多采用的是彈性動力學(xué)建模 并在此基礎(chǔ)之上來研究其動力學(xué)性能并且對 影響動力學(xué)性能的一些參數(shù)進行了改進 現(xiàn)在 已經(jīng)有相關(guān)文獻建立了弧面分度 凸輪的單自由度以及多自由度的振動模型 推導(dǎo)了響應(yīng)公式并分析了響應(yīng)特性 并在該方面進行了深入的研究 還有一些文獻運用動力學(xué)和運動學(xué)以及概率分析 方法 介紹了對弧面分度凸輪機構(gòu)動力學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究 為弧面分度凸輪機構(gòu) 動力學(xué)研究提供了一些新的方法和手段 2 0 2 2 1 4 加工與檢測 弧面分度凸輪機構(gòu)的眾多組件中 其加工難度最大的是弧面分度凸輪工作廓 面的加工 由于弧面分度凸輪工作曲面的空間具有不可展特性 所以只能通過多 軸加工 目前多采用雙回轉(zhuǎn)坐標的數(shù)控銑削加工 五坐標聯(lián)動的數(shù)控中心加工 范成法銑削加工等方法 現(xiàn)在 很多設(shè)計和制造一體化的弧面分度凸輪機構(gòu)的 c a d c a m 系統(tǒng)都在建立 相關(guān)軟件已達到了使用階段1 2 m 6 j 弧面分度凸輪的檢測仍然是一個比較薄弱的環(huán)節(jié) 一般生產(chǎn)廠家直接利用裝 配后低速運行來用經(jīng)驗進行檢測并且用鉗工進行簡單的修真 這就影響了凸輪機 構(gòu)的制造精度 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展 凸輪輪廓曲面檢測的計算機輔助間接測 量法也得到了發(fā)展 原理是弧面分度凸輪轉(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 從而達到檢測的結(jié)果 目 前在三坐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 廓面幾何測量難題 2 m 8 5 表面熱處理 傳統(tǒng)弧面分度凸輪機構(gòu)其凸輪材料大都采用4 0 c r 2 0 c r 2 0 c r m n t i 3 8 c r m o a i 從動盤滾子多采用4 0 c r g c 15 材料 為改善材料表面特性 采用淬 火后回火或調(diào)質(zhì)氮化的熱處理工藝來提高凸輪表面的硬度和耐磨性 近年來 在 弧面分度凸輪的表面檢測方面 研究也有了顯著的成果 輝光離子氮化工藝對弧 面分度凸輪輪廓表面改性處理例 可以大大提高凸輪的疲勞強度和耐磨性 減小 工件變形 處理后無需進行機加工處理 該過程相比較傳動的熱處理方法具有顯 著的優(yōu)點 另外還有一些新的表面處理技術(shù) 例如 凸輪激光表面改性技術(shù) 真 空熔接技術(shù)和等離子噴涂等工藝 這些新工藝的采用改善了傳統(tǒng)的熱處理存在的 缺陷 為弧面分度凸輪的表面處理提出了可行的熱處理方法 6 弧面分度凸輪的應(yīng)用 今年來 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 弧面分度凸輪在傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和新領(lǐng)域中 都得到了廣泛的研究 各行業(yè)也相應(yīng)的研發(fā)除了符合自己使用的弧面分度凸輪機 構(gòu) 除了傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 弧面分度凸輪在其它方向也有了深入的研究 如 a t c a u t o m a t i ct o o lc h a n g e r 自動換刀裝置 伴隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 各種由弧 第一章緒論 面分度凸輪組成的a t c 結(jié)構(gòu)也相應(yīng)誕生 例如 由弧面凸輪和溝槽凸輪組成的 a t c 由弧面凸輪和圓柱凸輪組成的a t c 等 旋轉(zhuǎn)動作由弧面分度凸輪來實現(xiàn) 其它運動由其它的零件實現(xiàn) 這種換刀機構(gòu)的特點是體積小 重量輕 所以越來 越廣泛的應(yīng)用到換刀機構(gòu)當(dāng)中 總之 到目前為止 有關(guān)運動幾何學(xué)原理的研究已經(jīng)十分成熟 有關(guān)動力學(xué) 檢測 結(jié)構(gòu)設(shè)計 表面處理方面已有階段性成果 正在向縱深方向發(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 而在加工方向 隨著計算 機技術(shù)的飛速發(fā)展 弧面分度凸輪機構(gòu)越來越廣范的應(yīng)用到各領(lǐng)域當(dāng)中 對弧面 分度凸輪的加工也提出了較高的要求 越來越多的學(xué)者開始投入到該方面的研究 當(dāng)中 1 3 課題研究的意義 傳統(tǒng)的弧面分度凸輪采用范成法的加工方法 即等徑加工 加工時凸輪體做 勻速回轉(zhuǎn)運動 刀具切削軌跡和從動件軌跡保持一致 粗加工刀具半徑小于滾子 半徑 精加工磨削時的刀具半徑必須等于滾子半徑 刀具的回轉(zhuǎn)中心和凸輪回轉(zhuǎn) 中心距離等于凸輪機構(gòu)的中心距 用該方法加工出的弧面分度凸輪存在著精度 差 成本高的缺點 本文研究弧面分度凸輪的單側(cè)面 非等徑加工 理論 并進 行了數(shù)控仿真加工 來研究該方法的可行性 弧面分度凸輪機構(gòu)單側(cè)面加工理論上是解決當(dāng)前弧面分度凸輪加工精度低 和表面質(zhì)量差的關(guān)鍵 實際應(yīng)用中采用比滾子直徑小的刀具可以加工出高精度的 凸輪廓面 延長刀具使用壽命 擴大刀具使用范圍 降低加工成本 同時加工后 的凸輪脊部和根部變厚 增加了機械強度 減少了應(yīng)力集中和熱處理變形 在實際加工前 在計算機上應(yīng)用相應(yīng)的繪圖軟件 如p r o e u g s o l i d w o r k s 等 將凸輪的三維實體直觀地繪制出來 并且在這些軟件的界面下對加工過程進 行仿真 通過觀看仿真過程 就可以及時發(fā)現(xiàn)凸輪加工過程中出現(xiàn)薄脊 壓力角 過大 曲率發(fā)生干涉 加工時產(chǎn)生根切等問題 可以使設(shè)計人員在第一時間內(nèi)進 行修正 縮短設(shè)計周期 提高加工效率 因此 本文對單側(cè)面加工理論研究 基于p m 但進行三維實體建模 并且基 于v e r i c u t 軟件進行凸輪模擬仿真加工 將該過程應(yīng)用到實際凸輪廓面加工具 有重要意義 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 4 論文進行的主要工作 本論文依據(jù)弧面分度凸輪單側(cè)面加工刀位控制方法 利用p r o e n g i n e e r 軟 件對弧面分度凸輪建模 將建好的模型導(dǎo)入v e r i c u t 7 0 軟件進行仿真加工 完 成該零件單側(cè)面加工仿真 并對加工仿真過程進行優(yōu)化后輸出 1 基于空間嚙合原理和坐標變換的方法推導(dǎo)了弧面分度凸輪單側(cè)面加工廓 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 分析了弧面分度凸輪加單側(cè)面加工過程的刀位控制 對比理論接觸線和 實際接觸線 建立凸輪加工過程的刀具控制模型 推導(dǎo)出實際工作廓面方程和實 際接觸角的計算公式 3 通過具體實例 以p r o e n g i n e e r 為載體對弧面分度凸輪進行三維建模 利用基準曲面命令 將弧面分度凸輪廓面用一簇曲線近似表達出來 然后利用曲 線生成曲面 曲面生成實體的過程對弧面分度凸輪進行建模 并且將生成的模型 以s 1 1 l 文件形式輸出 將設(shè)計的弧面分度凸輪在v e r i c u t 7 0 界面下輸出 建立5 軸數(shù)控仿真 機床模型d m u 5 0 v 將凸輪模型在該機床模型下進行仿真加工 分析該過程 解 決該加工過程中出現(xiàn)的問題 實際加工弧面分度凸輪時 只需在v e r i c u t 7 0 界面下替換相應(yīng)的數(shù)控機床 模型 就能分析該零件的虛擬加工過程 第二章弧面分度凸輪嚙合特性及主要參數(shù) 第二章弧面分度凸輪嚙合特性及主要參數(shù)計算 2 1 弧面分度凸輪機構(gòu)的基本形式和工作特點 弧面分度凸輪用于兩垂直交錯軸的間歇分度步進機構(gòu) 如圖2 一l 所示 主動 凸輪l 的基體為圓柱回轉(zhuǎn)體 凸輪輪廓做成突脊?fàn)?從動盤2 上裝有若干個沿圓 盤圓周均勻分步的滾子 滾子的軸線沿著轉(zhuǎn)盤的徑向線 當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)時 其分度 段輪廓推動滾子 使得轉(zhuǎn)盤分度 當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到停歇段輪廓時 2 9 3 2 1 轉(zhuǎn)盤上的兩個 相鄰滾子跨夾在凸輪的圓柱環(huán)面突脊上使的轉(zhuǎn)盤停歇 凸輪旋轉(zhuǎn)一周 圓盤完成 分度和停歇工作 3 扣蚓 弧面分度凸輪有單頭和多頭以及左旋和右旋之分 單頭表 示頭數(shù)h i 雙頭頭數(shù)h 2 多頭h 3 左旋用l 表示 右旋則用r 表示 一 般采用左旋較多 圖2 1 弧面分度凸輪工作示意圖 弧面分度凸輪機構(gòu)滾子數(shù)有z 4 z 6 z 8 和z 1 2 幾種 一般常用的為 z 6 1 2 近年來 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展 國內(nèi)外學(xué)者對弧面分度凸輪的研究多建立 在計算機輔助基礎(chǔ)之上 基于微分幾何 包絡(luò)原理以及空間坐標變換 3 7 州l 推導(dǎo) 出了弧面分度凸輪的廓面方程 給出了各類幾何參數(shù)以及動力學(xué)參數(shù)計算公式 為弧面分度凸輪的設(shè)計提供了可行的參考依據(jù) 伴隨這計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用 在弧面分度凸輪的嚙合效率研究上 國內(nèi)外學(xué)者提出了弧面分度凸輪的廓面修行 4 淵 改進滾子形狀等觀點 從而提高了弧面分度凸輪的嚙合效率 縮短了研發(fā) 周期 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 2 弧面分度凸輪在停歇期與分度期的運動參數(shù) 凸輪分度期轉(zhuǎn)角巳在滿足工作要求的條件f 一般取大一些的值對機構(gòu)的運 轉(zhuǎn)情況是有利的 較常用的口 2 萬 3 4 r 3 本文中例題采用的分度期轉(zhuǎn)角為 2 萬 3 凸輪的停歇期轉(zhuǎn)角以為 吼 2 萬一夠 2 1 動停比時間比為 f p 2 2 2 f 2q 警一 2 3 td t f q 公式 2 2 和 2 3 僅適用于弧面分度凸輪以等角速度國 作連續(xù)回轉(zhuǎn)的情 況 如果凸輪作間斷性旋轉(zhuǎn) 則應(yīng)按實際情況計算7 和如 弧面分度凸輪角位移用p 表示 并以凸輪分度期開始處作為0 0 從動盤分度期轉(zhuǎn)位角辦為 驢r 孕 絲 2 4 辦2 了2 了 從動盤在分度期任意時刻的角位移諺為 諺 聊 2 5 式中 s 一所選運動規(guī)律的無量綱位移 從動盤分度期的角速度吃為 咤 等 等礦 c 2 呦 式中 矽l 所選運動規(guī)律的無量綱速度 在計算時 凸輪角速度q 無論是順時針向或逆時針向轉(zhuǎn)動 總?cè)〗^對值 即 q 不帶正負號 因此國 亦無正負號 分度期間從動盤與主動凸輪的角速比 c o l 與最大角速比 娩 t o 一為 第二章弧面分度凸輪嚙合特性及主要參數(shù) 生 生礦 l 8 f 懈 考 2 7 2 8 式中 一所選定的運動規(guī)律的無量綱速度的最大值 動停比七和運動系數(shù)f 弧面分度凸輪回轉(zhuǎn)一周 相應(yīng)的從動盤時間分為兩部分 轉(zhuǎn)位時間和停歇時 間 兩者之比稱為動停比 f 廠 丘 二 t a 2 9 當(dāng)弧面分度凸輪機構(gòu)主動件回轉(zhuǎn)一周中 從動盤轉(zhuǎn)位時間在整個運行時間中 所占的比例稱為運動系數(shù)f 其計算公式為 f j l t f t d 2 1 0 重疊系數(shù)s 由于弧面分度凸輪機構(gòu)在凸輪的加工過程和整個機構(gòu)的安裝過程中存在各 種各樣的誤差 而這些誤差有可能導(dǎo)致弧面分度凸輪機構(gòu)的不連續(xù) 出現(xiàn)滾子與 凸輪廓面分離的現(xiàn)象 為了保證滾子與凸輪廓面一直接觸 嚙合過程的連續(xù)性 必須規(guī)定最小的重疊系數(shù) 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)8 d 岳 2 1 1 上式中 口 弧面分度凸輪分度期轉(zhuǎn)角 口 在分度期間弧面分度凸輪有兩條同側(cè)廓線同時推動兩個滾子 時所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角 當(dāng)凸輪采用單頭時一般取g 1 1 一1 3 雙頭時可再大一些 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)生卡住的問題 從而中斷嚙合傳 動 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要參數(shù)計算 1 凸輪節(jié)圓半徑0 從動盤節(jié)圓半徑0 與中心矩c 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 從動盤的基準尺寸用節(jié)圓半徑 來表示 的尺寸是轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動軸心q 到滾 子寬度b 中點處的轉(zhuǎn)盤徑向尺寸 其余尺寸的計算都是建立在節(jié)圓半徑的基礎(chǔ)之 上 弧面分度凸輪的基準尺寸用節(jié)圓半徑 表示 的值為沿弧面凸輪中一t 0 1 與 從動盤轉(zhuǎn)動軸線d 2 的公垂線q 0 2 的距離 其中心矩計算公式為 圖2 2 弧面分度凸輪機構(gòu)的幾何尺寸 2 1 2 滾子數(shù)z 夾角丸 滾子半徑p 與寬滾子寬度6 實際生產(chǎn)中 從動盤滾子數(shù)z 一般均為偶數(shù) 常用的z 6 1 2 2 從動盤上相鄰的兩滾子軸線間夾角丸的計算公式為 屯 絲 2 1 3 z 從動盤上的滾子半徑p 和寬度b 的值一般取為 p 0 5 0 7 r e 2s i i i 三 z b 1 0 1 4 p 2 1 4 2 1 5 3 弧面分度凸輪的主要尺寸 弧面分度凸輪的頂弧面半徑匕為 一蘭 2 p 2 c 2 6 弧面分度凸輪定位環(huán)面兩側(cè)夾角 為 第二章弧面分度凸輪嚙合特性及 z 要參數(shù) 丸 等 2 1 7 弧面分度凸輪定位環(huán)面?zhèn)让骈L度h 計算公式為 h 6 i e 2 1 8 上式中 p 瑚子與凸輪槽底間沿滾子寬度方向的間隙 一般取d 0 2 枷 3 6 但至少窿5 l o m m 選取適當(dāng)?shù)膃 可以使機構(gòu)運行連續(xù) 避免出現(xiàn)卡住的問題出 現(xiàn) 弧面分度凸輪定位環(huán)面外圓直徑d o 為 j 2c 一 c o s 冬一仃 t 2 9 仃 n 弧面分度凸輪定位環(huán)面內(nèi)圓直徑q 為 d f d o 鉑c 0 s 譬 2 2 0 弧面分度凸輪的理論寬度屯為相鄰從動盤上兩滾子軸線與凸輪底部弧面相交 處的寬度 l 為 l 2 蘭州s i n 壘2 2 2 1 選定弧面分度凸輪的實際寬度z 時應(yīng)當(dāng)注意以下兩點 1 必須驗算出適當(dāng)?shù)膰Ш现丿B系數(shù) 值越大 g 愈大 2 不允許在弧面分度凸輪上出現(xiàn)兩條定位環(huán)面 因此珀勺值亦不能太大 一 般取z 值為 t l 2 p c o s 韭2 2 2 2 弧面分度凸輪的理論端面直徑包為 砬 2 c 一 蘭 p c s 譬 c 2 2 3 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 弧面分度凸輪理論端面外經(jīng)d f 是凸輪理論端面與凸輪頂弧面圓相交處的直 徑 d f 的計算公式為 凸輪實際端面直徑d 為 d t 2 ic l 2 2 4 d 4 一屯 f g 立2 x 2 5 4 裝上滾子后從動盤的尺寸 從動盤上徑向?qū)ΨQ兩滾子外側(cè)端面間距離風(fēng)為 n o 2 r p 2 6 從動盤上沿著半徑方向?qū)ΨQ兩滾子內(nèi)側(cè)端面間距離日 為 h i 2 0 2 一b 2 3 弧面分度凸輪工作廓面的設(shè)計原理和方法 2 2 6 a 2 2 6 b 2 3 1 空間共軛曲面嚙合時必須滿足的基本條件 弧面分度凸輪機構(gòu)的分度期廓面是空間不可展曲面 用常用的繪圖命令在計 算機繪圖軟件界面下進行繪制 也不能用展開成平面廓線的辦法繪制 一般應(yīng)按 照空間包絡(luò)曲面的共軛原型了7 噸 進行設(shè)計計算 在繪圖軟件界面下 將廓面分割 成一簇曲線族 利用曲線生成曲面 曲面生成實體的方法進行繪制弧面分度凸輪 零件實體 根據(jù)共軛曲面原理 弧面分度凸輪工作廓面與從動轉(zhuǎn)盤的滾子間的共 軛接觸點必須滿足下列三個基本條件 1 在弧面凸輪和從動盤滾子共軛接觸點位置處 兩曲面上的一對對應(yīng)的共軛 接觸點位置上必須重合 以保證凸輪和滾子完整嚙合 2 在弧面凸輪和從動盤滾子共軛接觸點位置處 兩曲面間的相對運動速度方 向上必須垂直其公法線 從而保證整個過程相切 3 在弧面凸輪和從動盤滾子共軛兩曲面在共軛接觸點處必須相切 并且在這 個機構(gòu)的運行過程中 不產(chǎn)生干涉 且在共軛接觸點的鄰域內(nèi)亦無曲率干涉 滿 滾子圓 2 3 2 厶 口 旋轉(zhuǎn)變 建立主 1 圖2 3 弧面分度凸輪工作廓面設(shè)計時的坐標系 定坐標系s 的工作原點d 0 與轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)中心重合 該坐標系是研究弧面分度 凸輪機構(gòu)的基礎(chǔ)坐標系 其三個坐標軸k 軸方向為沿轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動中心與凸輪中心 的連線的方向 y o 軸方向與 k 軸組成的平面與轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)平面平行 z o 軸方向 與轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動軸線方向重合 根據(jù)右手法則可知z 方向垂直紙平面向外方向 2 與機架相連的輔助定坐標系甌一o o x o y o z o 輔助定坐標系鬣的原點硪與弧面分度凸輪的回轉(zhuǎn)中心重合 其三個坐標軸 x 軸與k 軸重合 z 軸與凸輪的回轉(zhuǎn)軸線重合 墨的方向為面對磊箭頭看 使弧面凸輪角速度q 的方向為逆時針向轉(zhuǎn)動 寫軸按右手法則決定 圖2 4 中所 示石與虼軸間夾角為一z 2 即瑤的方向垂直紙面向內(nèi) 3 與主動凸輪相連的動坐標系墨一d l x y z 動坐標系s 的原點q 為弧面分度凸輪的回轉(zhuǎn)中心 q 的位置與試的位置重 合 x 軸方向在通過凸輪回轉(zhuǎn)中心0 l 且垂直于凸輪回轉(zhuǎn)軸線z 的平面上 圖 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 4 c 為此平面的截面示意圖 從中來表示0 z 軸方向與x 軸組成的平面垂直 于弧面凸輪回轉(zhuǎn)軸線 j 軸與寫軸的夾角亦為p z 軸與弧面凸輪的轉(zhuǎn)動軸線重 合 并且z l 軸方向與蜀軸方向一致 4 與轉(zhuǎn)盤相連的動坐標系磚一d 正l z 動坐標系s 的原點q 取在從動盤回轉(zhuǎn)中心 即q 點與仇原點重合 該坐標 系隨著轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動而動 其坐標軸x 軸方向沿從動盤滾子的自轉(zhuǎn)軸線 即從動 盤的徑向線 q 置軸與哦托軸間夾角為 從0 0 扎起計量 面對z o 軸的箭 頭看時逆時針向為正 當(dāng)從動盤在分度期開始時 不同的滾子對應(yīng)這不同的位置 角 k 軸方向與 k 軸方向組成的平面為滾子的中心平面 它與從動盤的的回轉(zhuǎn) 平面平行 z 2 軸即轉(zhuǎn)盤2 的轉(zhuǎn)動軸線 乙軸方向與z 0 重合 垂直紙面向外 當(dāng) 面對z 箭頭看 媯逆時針向轉(zhuǎn)動為正 z 2 軸位于凸輪定位環(huán)面的對稱平面上 圖2 q b 滾子截面示意圖中用來表示出滾子的曲面參數(shù)p 和i f 2 3 3 弧面分度凸輪的廓面方程 1 共軛接觸點k 在坐標系中的矢量間變換 建立上述的弧面分度凸輪機構(gòu)四個坐標系關(guān)系之后 根據(jù)嚙合凸輪機構(gòu)的嚙 合原理可知 轉(zhuǎn)盤上滾子的工作面在動坐標系 中的方程為g f x 2 r y 2 p c o s y 或以2 g 2 yz 2 廠 2 2 7 z 2 p s i n 上式中 y 一轉(zhuǎn)盤上滾子的圓柱形工作面方程式的曲面參數(shù) p 盤上滾子的半徑 從動盤上滾子的法線矢量為 1 刀 b 他 r 其對應(yīng)的單位法線矢量為 n k 帆 m 札 r o c o s v s i n l i y 2 2 8 b 令 弧面分度凸輪工作曲面上的k 點在動坐標系s 中的矢量為 吒 從動 盤上滾子圓柱面上的k 點在動坐標系 中的矢量為 吒 k 點在定坐標系甌 中的矢量為 k 根據(jù)空間坐標旋轉(zhuǎn)變換關(guān)系 求出凸輪與滾子共軛接觸點 k k k 在不同坐標系中的矢量間的變換關(guān)系 從動盤上滾子在整個機構(gòu)的運 動過程中不影響機構(gòu)的工作 為推導(dǎo)公式時的方便 假定滾子剛連于從動盤上 沒有繞其自身軸線的自由轉(zhuǎn)動 k 與 k 兩矢量間的坐標變換關(guān)系為 珞 2 2 9 動坐標系s 相當(dāng)于定坐標系氐繞其原點的z o z 軸旋轉(zhuǎn)了妒個角度 故旋 轉(zhuǎn)變換矩陣 為 叫 豸 丐s i n i 0 任30 0 ls i l l 妒c o s 妒i 2 i oll 同理 k 與以 l 兩矢量間的坐標變換關(guān)系為 幺 嘗 島 瑤 為在定坐標系甌中o o 點到q 點問的距離 即 瑤 c 0 o r 故其旋轉(zhuǎn)變換矩陣 r o 為 2 3 1 2 3 2 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 k k 2 3 3 由于定坐標系懿相當(dāng)于坐標系s o 的原點o o 點移動到q 后 再繞x o e 軸 方向轉(zhuǎn)過一x 2 故其旋轉(zhuǎn)變換矩陣 為 l0 o c o s 一爭 o s i n 一尹 t 1 0 0 q lo ol i il l0 一l0 lj o s i n 一爭 c o s 一爭 2 3 4 而坐標系墨位置可以看成是坐標系甌繞其原點的z o c z 軸方向轉(zhuǎn)過0 角 其 旋轉(zhuǎn)變換矩陣k 為 卜isic so xsin硼0r 0 億350 o l 一 c o s p i 2 o1i 將上式 2 3 4 和 2 3 5 代入 2 3 3 計算后可得 r k l0 01 0 s i l l 口c o s 0 1 00c o s 0s i n 0 0 一 10 100 00 三引 卜瞥 根據(jù)直角坐標系中坐 矩陣 即 2 3 6 2 3 7 rc o s 00 s i n 0 r j r 0 r i s i n 0 o c o s p l l 010 j 0 9 1s i n 0 0 t o c o s 0 l k i o l c o s 0 0 q s i n 0 l 0 00 j 3 相對速度 2 在坐標系s 中 求k 點相對足 點的相對速度 為 v 殂 j r v j r k v 將公式 2 一4 1 代入 2 5 后計算出 2 4 3 2 4 4 2 4 5 v 2 1 r 加i r k k j r 加i r 0 i r k 一阪 k 嘛 瑤 2 4 6 因為 r 2 0 r 并由式 2 3 0 和 2 3 6 可得出 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 k r k l s i n ic o s 1 0 s i n c o s 多 0 r 玩 k l 0 0 l l q 將上述公式和 2 3 0 相乘之后得 k k k k 1 0 0 r 10 ic o s 驢 c o s s i n 0 s i n 妒s i n 0 c o s 0鋼 乃 2 4 8 1 0 矽囂1 2 4 9 0 qs i l l 妒i 一國ls i n 矽 j 因為陋 j r 0 2 r 當(dāng)k k l 根據(jù) 2 3 0 及 2 4 2 可得 陂 k i 墨 阮 r li cos sn 驢塞三三j 吐c02cosisn0 010 妒 10 肛 2 5 0 將公式 2 4 8 2 4 9 2 5 0 和 2 2 7 2 3 2 代入公式 2 4 6 計算后 f 1 2 1 x 21f 一鵬c o s l f 一p o 1e o s s i n y1 v 2 lo y 2 i 1 0 2 p c o s i n s i n f 2 5 1 l 1 2 1 2 jl r c o c o s p c o ls i n c o s g c c o l j o 1 0 口 口 暑o 寶 一 一 口 坩吲o g o i 1 l 始神9刪等 m o 一 l 1 j 印妒 i o 仰q o o o 0 0 0 咖西 0 o s 鄴 o 一 一 第二章弧面分度凸輪嚙合特性及主要參數(shù) 啪 鎳奠菘 毗 0 仁5 2 以2 0 2 1 2 y 2 v 2 1 y 2 札2 吃1 2 7 將公式 2 2 8 b 和c 卜 5 1 代入 2 5 2 計算后得出 0 c o s y r t 0 24 p r o is i n b s i n v s i n w r t o lc o s 一p ls i n c o s y c 皚 0 將上式化簡后可求得弧面分度凸輪工作輪廓與從動盤的滾子圓柱形工作面 的共軛接觸方程式 上式是凸輪左旋時的狀態(tài) 當(dāng)弧面凸輪分度期輪廓為右旋的 時 在選定的坐標系和弧面凸輪角速度q 方向不變的條件下 將上列各式中的也 以一歡和鴟用一緲 值帶入后計算出的值與左旋的值相反 因此可得左 右旋弧面 分度凸輪的共軛接觸方程式為 f g y2 j c r l c o s q 6 l 恤 t o j 2 5 3 j 上式中 p 瓢面凸輪分度期廓線的旋向符號 左旋p l 右旋p l c 弧面凸輪與從動轉(zhuǎn)盤中心距 劬 弧面凸輪的角速度 紕一轉(zhuǎn)盤的角速度 l 孤面分度凸輪機構(gòu)的瞬時角速比 吐 一轉(zhuǎn)盤上0 2 x 軸與仇丘軸間的夾角 面對z o 軸的箭頭看 由d o 凰 起逆時針方向為正值 y 一從動盤上與凸輪工作廓面接觸的滾子圓柱形工作面方程式中的曲 面參數(shù) 1 從動盤滾子工作面上的接觸線 從動盤滾子圓柱形工作面并不是全部都參與弧面凸輪廓面共軛接觸的 當(dāng)選 定了弧面凸輪機構(gòu)中心距c 和運動規(guī)律 0 2 2 劬 的值后 在任意的從動盤滾子瞬 時位置中 從動盤上滾子圓柱面上共軛接觸點的坐標位置 和y 受到式 2 5 3 的制 約 同一個 時 對應(yīng)的符合公式 5 3 的1 f 值有兩個 即小于n 2 的l f 值和 石 渺 這兩個值對應(yīng)這凸輪廓面的左右兩個廓面 將這兩個值與 的值代入公式 2 2 7 后 就可以計算出到從動盤上滾子圓柱面上兩組接觸線的坐標 2 弧面凸輪工作廓面在坐標系墨中的曲面方程 將式 2 2 7 2 3 0 2 3 2 和 2 4 3 代入 2 3 9 后計算可得 r l k k 一k 瑤 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 c o s o l s i n 口 o 由于弧面分度凸輪分度期廓線的旋向有左旋和右旋兩種 由此可列出通用的 弧面分度凸輪工作輪廓的曲面方程式h 蝴為 式中 2 5 4 九 p 咖 2 5 5 上式中 x 2 y z 盤上滾子的圓柱工作面上共軛接觸點在s 坐標系中 的三維坐標 按共軛接觸方程式它共有兩組數(shù)值 將它們帶入式 2 5 4 后可相應(yīng) 求得弧面度凸輪工作廓面的左右兩側(cè)值 p 一弧面分度凸輪的轉(zhuǎn)角 當(dāng)弧面凸輪進入分度期后 從分度期開始計算 0 0 面對z 軸箭頭看 逆時針向量度為正 在整個分度期內(nèi) 0 0 o r 0 r 為弧面分度凸輪分度期的轉(zhuǎn)角 九 滾子的起始位置角 不同旋向的凸輪各個滾子的九值如下 九 至 妃 一至 丸 一3 互 zzz 以一滾子的角位移 2 4 弧面分度凸輪機構(gòu)的常用運動規(guī)律 弧面分度凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律是指從動盤的輸出運動規(guī)律模式 其規(guī)律與特 性的選擇將直接影響弧面分度凸輪機構(gòu)運動的精度 沖擊和振動的大小 常用的 運動規(guī)律一般是值單一的弧面分度凸輪機構(gòu)運動規(guī)律 不包括與其它機構(gòu)混合使 用的運動規(guī)律 分度凸輪機構(gòu)的常用運動規(guī)律與 般凸輪機構(gòu)相比有兩個特點 1 弧面分度凸輪機構(gòu)在運行的過程中 凸輪體作連續(xù)回轉(zhuǎn)運動 而從動盤做 間歇分度運動 2 弧面分度凸輪機構(gòu)常用于中 高速機器的零件傳動中 其承載類型常為重 載模式 整個分度過程中凸輪廓面和滾子接觸時受到的載荷大 容易造成沖擊 c o 0 viio兒 口口 1 s 幽 毫 o 一 一 o o l 口坩 m o 一j 一 而兒乞 0 0 l 塒廬 血 o o 西諺 s 1 晷 5 o 丌i i i i o 且 p 口 g儺o血 o 一 一 跳坳嘶鄧 瑚 盛慨 砂硌叭 苗 第二章弧面分度凸輪嚙合特性及主要參數(shù) 加速凸輪和滾子接觸面的磨損 所以在凸輪的具體運動規(guī)律時 應(yīng)該結(jié)合實際情 況所需進行選擇 在不同的場合下選擇不同的運動規(guī)律 正確地選取從動件運動規(guī)律是凸輪設(shè)計的重要內(nèi)容 準確的運動規(guī)律使得凸 輪機構(gòu)的運行會更加平穩(wěn) 研究弧面分度凸輪機構(gòu)的運動時 總是以主動凸輪的 轉(zhuǎn)角0 為自變量 且一般凸輪的角速度國為常數(shù) 而從動轉(zhuǎn)盤的運動曲線卻不盡 相同 為方便計算 將各運動量綱 時間 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 引入下列無量綱量值 無量綱時間丁 r 二 旦 2 5 6 tf 無量綱位移s s 盟 2 5 7 由f 無量綱速度礦 無量綱位移對時間進行求導(dǎo) 一 礦 塑 空絲絲 生執(zhí) 生 旦 2 5 8 雙齷 耷r 奄f 國l 無量綱加速度彳 無量綱位移對時間二階求導(dǎo) 彳 而d v 和籍 仁5 9 無量綱躍度 等 丟辦 籌 弘6 上式中 各個參數(shù) 一從動轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動時間 s 劬一弧面凸輪的角速度 r a d s 嚷叫動轉(zhuǎn)盤的角速度 r a d s 妒 一從動轉(zhuǎn)盤的分度期轉(zhuǎn)角 r a d 或 o 0 弧面凸輪的轉(zhuǎn)角 r a d 或 o 口 一瓠面凸輪的分度期轉(zhuǎn)角 r a d 或 o g 從動轉(zhuǎn)盤的角加速度 腳 j 2 咖一從動轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角 r a a 或 o 一從動轉(zhuǎn)盤的分度時間 s 五一從動轉(zhuǎn)盤的角躍度 r a d s 3 天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 單一的弧面分度凸輪機構(gòu)從動件常用運動規(guī)律一般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 單獨使用或者組合使用后得出 這些運 動曲線各有優(yōu)缺點 通常是如何選擇避免其出現(xiàn)速度和加速度峰值的問題 為了 定量的表示運動曲線的性能 引入下列各特性值 最大速度y 最大加速 度彳 最大躍度 這些特性值很好的體現(xiàn)出了個運動規(guī)律在運動時的狀態(tài) 值 通常