平行分度凸轮机构参数探讨

论文导读：并且按照最佳运动规律转动。平行分度凸轮机构是一种比较复杂的共轭凸轮机构。凸轮机构压力角是衡量凸轮机构传力特性好坏的一个重要参数。运动规律，平行分度凸轮机构参数分析。
关键词：平行分度凸轮机构，参数，运动规律

　　0.引言
　　随着社会发展和科学技术的进步，自动机、自动化生产线越来越得到广泛应用，该类机械产品正向着轻量化、精密化和高速化方向发展，为了满足生产工艺的要求，往往需要机器或者执行部件作周期性的间歇运动，以进行加工、换位、分度、进给、换向等一系列的工艺规范的操作。免费论文，运动规律。其特点是将凸轮的连续运转转化为分度盘的间歇转动或移动，分度盘时转时停，并且按照最佳运动规律转动，从而使系统在其间歇期能完成预期的工艺动作。实现这种周期性的停歇、分度动作的机构称为分度机构或者步进机构，主要用于分度运动。
　　1.平行分度凸轮的结构与传动原理
　　平行分度凸轮是一种较为复杂的平面共轭凸轮机构，属几何封闭形式。免费论文，运动规律。该类机构主要由分度凸轮1、分度盘2和分度盘滚子3组成，凸轮与分度盘的轴线平行布置，用于两平行轴间分度传动，输入轴上一般装有一对共轭凸轮，输出轴分度盘上分两层或多层均匀布置若干个滚子，分度传动时，凸轮轴上的共轭凸轮依次推动分度盘上的滚子旋转，每片凸轮分别与对应的滚子接触，实现输出轴分度旋转运动。啮合传动时始终至少有两个滚子分别与相应的两片分度凸轮接触，起到几何封闭作用。此类机构可将凸轮轴的连续转动转化为从动轴的停歇传动或移动，如图1所示图a)、b)分别为实现小分度数（一分度、二分度）的平行分度凸轮。一分度即凸轮转过一周，分动盘也转过一周，并停歇一段时间。免费论文，运动规律。能实现分度数为1的间歇运动在印刷、包装机械中应用较多。
　　
　　a) 一分度
　　2.平行分度凸轮机构的基本参数
　　平行分度凸轮机构除了一般凸轮机构的基本参数外，还有其特有的基本参数：
　　(1)分度数n和分度角τh
　　输出轴在回转一周的过程中转动或停歇次数称为分度数n, 该参数是根据机构应用场合的运动要求确定；τh =
　　(2) 动静比和凸轮动程角
　　动静比是在一个分度周期中，从动件运动时间与静止时间的比值；凸轮动程角是凸轮在从动件运动时间内转过的角度，即在一个分度周期内，输入轴转过的角度包括两部分，动程角和停歇角，它们之和为。
　　动静比可以用下式来表示：
　　
　　式中为凸轮的动程角,指分度数。
　　(3)从动滚子数m和凸轮头数
　　从动滚子数m为从动盘上滚子的总数；凸轮头数是指每一个分度凸轮拨过的滚子数，这里借用了蜗杆螺纹头数的概念，即
　　
　　(4)中心距c
　　输入轴与输出轴的轴线间距离，称为中心距c，是机构设计时的原始参数。3.平行分度凸轮机构的运动规律
　　从动件的运动规律是根据需要进行选择的，它与工作台的工作平稳性直接相关。
　　由凸轮所驱动的随动件的位移作为时间的函数，为
　　
　　随动件在=0的瞬间开始运动，之后，假设位移逐步的增大，在=时达到最大位移h值。这时，无因次时间T以及无因次位移S的定义如下
　　
　　
　　式中，t：（实际）时间（秒）
　　 th：到达最大位移的时间（秒）
　　 T：无因次时间（没有单位）
　　 s：位移（毫米）
　　 h：最大位移（冲程）（毫米）
　　 S：无因次位移（没有单位）
　　这时，，0≦≦1，0≦≦1
　　称之为从动件运动规律的无因次化，即
　　
　　用依次微分的值为，，，分别称为无因次速度，无因次加速度，无因次跃动
　　
　　
　　
　　这些值和实际的（有因次的）位移，速度，加速度，跃动值的关系为
　　
　　
　　
　　
　　凸轮曲线有很多种类。根据在起始端以及终止端上有无停留，可将从动件的运动分为以下三类：
　　（1） 双停留运动：在行程的两端上有停留的运动
　　（2） 单停留运动：只在行程的起始端或者终止端的任何一方有停留的运动
　　（3） 无停留运动：在行程的两端都没有停留，反复做连续往返的运动
　　凸轮机构用来实现间歇运动时，常选用的运动曲线有修正梯形曲线、修正正弦曲线和修正等速度曲线。它们都属于双停留对称曲线。
　　表1 三种常用凸轮曲线的特性值
　　

曲线名称	记号
修正梯形	MT	2.000	±4.888	±61.43	8.090
修正正弦	MS	1.760	±5.528	+69.47 -23.16	5.458
修正等速	MCV	1.275	±8.013	+201.38 -67.13	5.733

由表1可以看出修正梯形曲线大，适用于高速轻负荷，不适用于重负荷。免费论文，运动规律。修正等速曲线的和扭矩小，和大，所以不适用于高速。修正正弦曲线均衡性好，用在负载未知的场合，最没有危险。免费论文，运动规律。因此选用修正正弦曲线。免费论文，运动规律。图3为无因次化修正正弦位移、速度和加速度曲线。

　　(a) 位移曲线(b) 速度曲线
　　

　　(c) 加速度曲线
　　图3修正正弦无因次化曲线
　　修正正弦曲线的位移表达式为
　　区间Ⅰ
　　
　　区间Ⅱ
　　
　　区间Ⅲ
　　
　　4.平行分度凸轮机构设计参数分析
　　平行分度凸轮机构是一种比较复杂的共轭凸轮机构，在其一个运动周期中，凸轮依次推动分度盘上相应的滚子完成各自的角位移，每个凸轮的轮廓曲线都是由一段接一段的凸轮轮廓曲线组成的，另外，作为共轭凸轮，两个凸轮的啮合运动还必须有一定的重合度，以实现闭锁。因此，平行分度凸轮轮廓的形成有很多限定条件，它们既相互关联又相互制约。
　　(1)连续传动条件
　　为保证从动盘连续分度转动至少应有一个滚子处于被推动状态即正扭矩状态，同时为保证从动盘在分度减速段能按预期的运动规律转动，至少应有一个滚子处于负扭矩状态，此即机构连续转动的基本条件。
　　(2)外径条件
　　 当凸轮选取合理的动程角θh时，由起始位置分度旋转至t=TⅡ时，滚子Ⅲ由Ⅱ0运动到Q1的位置，此时滚子Ⅲ与滚子Ⅰ对应的凸轮廓线相交于Q1；当t>TⅡ时,滚子Ⅲ开始进入与其对应的廓线段Q1ⅡQ2啮合。若凸轮动程角θh选取过小，则会出现从动盘进入停歇期时，滚子Ⅲ仍未运动到与Q1接触时的位置，即滚子Ⅰ、Ⅲ对应的凸轮廓线段交点不存在，导致运动传递中断，要保证机构连续传动应使凸轮1与滚子Ⅰ脱离接触以前，滚子Ⅱ进入到与滚子Ⅰ对应的廓线段以内，其几何关系可表示为
　　
　　(3)压力角条件
　　 凸轮机构压力角是衡量凸轮机构传力特性好坏的一个重要参数，它反映了凸轮与从动件之间速度与力传递关系；在不考虑摩擦力时，压力角是某瞬时接触点处的公法线方向与从动件的运动方向之间的夹角。压力角越大有害分力就越大，当压力角增大到某一数值时，有害分力所引起的摩擦阻力将大于有效分力，这时无论给凸轮从动件的作用力有多大，都不能推动从动件，即机构将发生自锁。因此，从减小推力，避免自锁，使机构具有良好的受力状况来看，压力角应越小越好。
　　5.结束语
　　迄今为止，很多学者对分度凸轮机构的设计，运动学和动力学分析等作了大
　　量的工作，取得了很多的成果。国内外学者提出的各种新型分度凸轮机构，其创新思路主要是通过改变主、从动件旋转轴的空间相对位置，然后根据从动件轮廓、运动规律、分度数、中心距等机构参数，导出凸轮轮廓曲线或曲面。本文针对平行分度凸轮机构的结构特点和传动原理，深入地分析了该类机构的基本参数及其机构在传动过程中应满足的条件，为平行分度凸轮的实体建模及其虚拟设计问题奠定了理论基础。

参考文献
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