| 圆柱凸轮机构_圆柱凸轮机构 | ||
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凸轮机构的传动特点是结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动的机构。凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。 尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹簧或施加重力。 凸轮机构的优点： 只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便，因此在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中得到广泛应用。 凸轮机构的缺点： 1、凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场合2凸轮机构、凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工。 圆柱凸轮机构(圆柱凸轮机构的优缺点)凸轮通常作连续等速转动，从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动．凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中。 凸轮机构通常由两部份动件组成，即凸轮与从动子(follower)，两者均固定于座架上。凸轮装置是相当多变化的，故几乎所有任意动作均可经由此一机构产生。 凸轮可以定义为一个具有曲面或曲槽之机件，利用其摆动或回转，可以使另一组件—从动子提供预先设定的运动。从动子之路径大部限制在一个滑槽内，以获得往覆运动。在其回复的行程中，有时依靠其本身之重量，但有些机构为获得确切的动作，常以弹簧作为回复之力，有些则利用导槽,使其在特定的路径上运动。 德士分割器 凸轮机构主要作用是使从动杆按照工作要求完成各种复杂的运动，包括直线运动、摆动、等速运动和不等速运动。 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件．一般可分为三类： 盘形凸轮：凸轮为绕固定轴线转动且有变化直径的盘形构件。 圆柱凸轮机构(圆柱凸轮机构运动简图)移动凸轮：凸轮相对机架作直线移动盘形凸轮:内燃机的配气机构(1) 系统的惯性 主要是指凸轮轴系与分度盘轴系的转动惯性和平动惯性，它们可以用转动惯量及质量来表示凸轮轴系、分度盘轴系的弹性弯曲和弹性扭转，可以分别用弯曲刚度和扭转刚度来表示此外凸轮如何设计，尚还有轴承的弹性变形等。 (3) 系统的激励 分度凸轮装置系统的激励可分为两大类：一是因分度盘的不均匀回转引起脉动的惯性力激扰，称为惯性激励；二是因各种制造、安装误差、啮合刚度随转角的变化等因素，转化为弹性力的变化，称为弹性激励。 (4) 系统的阻尼 凸轮廓面与分度盘廓面间的摩擦力、轴承的摩擦损失产生的摩擦阻尼；啮合廓面间动压油膜产生的缓冲，以及转动件搅动冷却润滑油产生的流体阻尼等。 上述四个方面成为包络蜗杆分度凸轮装置动力学系统的主要内容，并为其动力学模型的建立提供依据。为了使讨论更为具体、集中，下面仅以点啮合圆柱廓面包络蜗杆分度凸轮机构为分析实例，进行此类机构的动态特性研究。1 包络蜗杆分度凸轮机构动力学系统的主要特征 依据对包络蜗杆分度凸轮机构［1、5］的讨论，可将点啮合圆柱廓面包络蜗杆分度凸轮机构的特点概括为：垂直交错轴、变速比、无侧隙、点啮合；这四个特点很大程度上决定其机构动力学系统的特征，是建立动力学模型的基础。1.1 速比特性与惯性激励 包络蜗杆分度凸轮机构的动力输出 为间歇式运动，可以区分两个工作段：分度运动状态的“动程段”，定位状态的“静程段”，在凸轮回转一周内，速比产生了剧烈的变化，将对机构系统产生强烈的周期性惯性力矩。激励是凸轮机构系统产生振动的一项重要的激励源。因此，由变速比特性带来的惯性激励，是分度凸轮机构的基本属性，采取适当的措施可以缓解，但无法根除，很值得重视。1.2 降速特性与隔振效应 此类分度凸轮机构除了具有变速比特性外，还具有明显的降速特性，这一点同蜗轮蜗杆传动非常类似。无论分度凸轮机构采取何种速比运动规律，其平均速比为I=(∫π-πI(φ2)dφ2)/2π=1/z (1)上式表明平均降速比为z；当分度数z不十分小时，从凸轮轴至分度轴间存在较大的降速比，将对其动力学系统产生重要影响。 从动力学的观点来看，所说的分度凸轮机构系统为多自由度的振动系统。其中交织有：周向振动(回转振动)与各方向的“平动振动”，并且它们又相互耦连，显现出十分复杂的情形。现以周向振动为例，凸轮轴系与分度轴系均会产生绕各自回转轴线的周向振动；它们受到共轭廓面的约束，相互的耦连应满足啮合原理的转角规律，即如啮合副的转角函数为φ1=φ1(φ2)，两轴系的振动角位移为θ1、θ2，则耦连时必有：θ1=φ1(θ2)。 由于降速特性的影响，凸轮轴振动的角位移θ2，将被平均地压缩1/Z倍而耦连于分度盘，其影响已十分微弱了。反过来看，分度盘的周向振动如若反馈给凸轮轴，有如“蜗轮带动蜗杆”回转，由于摩擦力的扼制，甚至自锁，又几乎是不可能的。由此可见，因降速特性阻断了这两个传动轴系间周向振动的相互传递，才产生了类似于隔离振动的效果，简称“隔振效应”。这种良性效应阻断了来自凸轮轴的周向振动，以及通过凸轮轴输入的前级周向振动，提高了输出端分度轴系的平稳性。隔振效应基于降速比特性，也是由分度凸轮机构的基本原理所决定的；这也是包络蜗杆式分度凸轮机构的动态特性优于同类机构，适宜在高速下工作的重要原因，同时也将使其动力学分析的数学模型得到简化。1.3 无侧隙啮合刚度 无侧隙啮合亦称双面啮合，即左、右侧齿廓面同时参与啮合，其目的在于提高齿轮间的啮合刚度，避免脱啮现象发生和产生脱啮振动，提高系统的抗振性能，在现有各类分度凸轮机构中普遍采用。一般来说，作用于分度盘轮齿廓面上的法向力，可以分解于轮齿的径向与切向；当它们随时间(或凸轮转角)而作周期性变化时，将引起分度轴系的径向振动、切向振动以及周向振动。其中切向力作用于啮合副的轮齿上，产生弹性弯曲变形和弹性接触变形，而啮合刚度正是表征抵抗这种变形的能力，它实际上将随时间而变化，在很大程度上影响着系统的动态特性。由动力学的理论可知，一个变刚度系统尽管没有其它各种外加激励时，也会因系统本身刚度的改变而引起机构系统“参数振动”［3］的发生，这种影响可归纳为系统弹性激励的一个主要组成部分。 接触刚度是啮合刚度的重要组成部分。它带有非线性特征，载荷越大刚度越高。由于双面点啮合副是在预载下工作，这相当于啮合的轮齿与对应的齿槽处于轻微“过盈”状态，可以显著地提高其共轭齿廓面间的接触刚度。1.4 无侧隙啮合条件下的综合误差 由于各类误差的存在将会对系统产生弹性激励，这就需要说明误差对动力学系统的影响机制；其主要的误差形式大致有四：分度凸轮及分度盘的齿形误差；分度肋的轮齿间分度误差；分度凸轮及分度盘的径向跳动误差；分度凸轮轴系的轴向窜动误差等，它们来源于机构装置的制造误差、安装误差以及轴承件误差等。 因为双面无侧隙啮合，将使得误差的影响带有某些特殊性，需要引入“综合误差”的概念。假设凸轮的廓面无误差，如果它仍能同带误差的分度盘保持无侧隙啮合，则必须改变其径向与切向的位置，可以把这一位置的变化量称为综合误差。其中，引起中心距变化的误差为径向综合误差；引起沿凸轮轴向位置变化的误差为切向综合误差。例如，凸轮的径向跳动误差，将导致以凸轮每转为周期的高频径向综合误差；而凸轮的轴向窜动误差所引起的是高频切向综合误差；由于分度盘转速较低，其径向跳动则引起低频的径向综合误差与切向综合误差等。 容易理解，在无侧隙啮合的条件下，上述两类综合误差，将引起径向及切向的弹性变形，即弹性力的周期性脉动，成为系统的激励源之一。2 包络蜗杆分度凸轮机构的动力学模型2.1 动力学模型的框架思路 为了突出本系统的基本特征，简化其动力学模型，特作如下假定： (1) 本模型以反映输出端的分度盘轴系的动力学特征为重点，由于“隔振效应”扼制了本机构的前级周期向振动向分度盘轴系的传递，故在动力学模型中将忽视凸轮轴系周向振动的影响。图1 分度机构简图 (2) 由于分度盘轮齿为柱状直齿，除了廓面间的摩擦力，一般不会激励分度盘的轴向振动，因此只考虑分度轴系统在与分度轴线成正交的O1X1Y1平面内的振动。 (3) 由于是处于无侧隙啮合，左右廓面同时受力，使得系统所受合力方向，基本上不受分度盘轮齿周向位置的影响。建模时可将分度盘轮齿放在零位(即φ1=0时的位置)。 (4) 本系统的振动为微幅振动，可以略去其高阶量，使振动模型线性化。。 |
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