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圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)
【摘 要】如何分析圓柱分度機(jī)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】分度盤；圓柱凸輪
根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動分配圖所確定的原始數(shù)據(jù)，分別設(shè)計(jì)各組獨(dú)立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，通常需完成以下過程。
1.凸輪機(jī)構(gòu)選型
在設(shè)計(jì)計(jì)算凸輪幾何參數(shù)前，要先確定采用何種形式的凸輪機(jī)構(gòu)，其中包括凸輪的幾何形狀、從動件的幾何形狀、從動件的運(yùn)動方式、從動件和凸輪輪廓維持接觸的方式等。選型設(shè)計(jì)的靈活性很強(qiáng)，同一工作要求可以由多種不同的凸輪機(jī)構(gòu)類型來實(shí)現(xiàn)：
（1）從動件的運(yùn)動方式可以與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方式相同，也可以不同。他們之間可通過適當(dāng)?shù)膫鲃訖C(jī)構(gòu)進(jìn)行變換，即移動變?yōu)閿[動，或者擺動變?yōu)橐苿印?/p>
（2）凸輪的幾何形狀（平面的或空間的）選擇要考慮到它在機(jī)床中的安裝位置，目的是盡量簡化由從動件至執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動機(jī)構(gòu)。
（3）平面凸輪機(jī)構(gòu)可用各種形式的從動件，即尖底、滾子或平底的，而空間凸輪機(jī)構(gòu)中通常只能采用滾子從動件。
2.計(jì)算從動件的主要運(yùn)動參數(shù)
根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動要求計(jì)算出凸輪機(jī)構(gòu)的從動件行程（最大位移量或最大旋轉(zhuǎn)角度）。對于執(zhí)行構(gòu)件與凸輪機(jī)構(gòu)的從動件固定連接的情況，運(yùn)動要求是一致的。對于執(zhí)行構(gòu)件與凸輪機(jī)構(gòu)的從動件兩者之間還具有運(yùn)動傳遞機(jī)構(gòu)的情況，則需要采用機(jī)構(gòu)位置分析方法進(jìn)行計(jì)算。如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)件在運(yùn)動過程中有一個(gè)或數(shù)個(gè)駐點(diǎn)位置需要保證與其它執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動協(xié)調(diào)關(guān)系，則也需計(jì)算出與這些駐點(diǎn)對應(yīng)的從動件位置參數(shù)。
3.確定從動件的運(yùn)動規(guī)律
從動件在整個(gè)運(yùn)動范圍內(nèi)的運(yùn)動特性，諸如位移、轉(zhuǎn)角、速度等（有駐點(diǎn)要求時(shí)還包括通過駐點(diǎn)位置時(shí)的運(yùn)動特性），是與執(zhí)行構(gòu)件工作特性密切相關(guān)的，也與所選定的凸輪機(jī)構(gòu)的類型之間存在一定制約因素。因此，在確定從動件的運(yùn)動規(guī)律時(shí)需要分析各種有關(guān)的影響因素。
4.凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸設(shè)計(jì)
凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸主要受兩種矛盾因素的制約。如果基本尺寸較大，則相應(yīng)的機(jī)構(gòu)總體尺寸較大，造成原材料和加工工時(shí)的浪費(fèi)、機(jī)器尺寸過大；而基本尺寸太小，會造成運(yùn)動失真、機(jī)構(gòu)自鎖、強(qiáng)度不足等不良后果。機(jī)構(gòu)的基本尺寸設(shè)計(jì)是要尋求合理的機(jī)構(gòu)尺寸，使之能夠兼顧矛盾的兩個(gè)方面。
5.凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓設(shè)計(jì)
基于凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸和從動件的運(yùn)動規(guī)律，即可求的凸輪的輪廓曲線坐標(biāo)。當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度較高或凸輪機(jī)構(gòu)中構(gòu)件剛性較小時(shí)，構(gòu)件的彈性變形將對從動件的實(shí)際運(yùn)動特性產(chǎn)生明顯的影響。對于此類情況，必須對所設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)按高速凸輪機(jī)構(gòu)的特性進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。
圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如圖1所示。圖2中給出圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的展開圖。分度盤的分度運(yùn)動和靜止都是由圓柱分度凸輪上的凸緣兩個(gè)工作側(cè)面控制：分度運(yùn)動時(shí)凸緣控制主滾子2和后續(xù)滾子3，當(dāng)分度運(yùn)動結(jié)束時(shí)，主滾子2到達(dá)前導(dǎo)滾子1的位置，而后續(xù)滾子3則到達(dá)主滾子1的位置；靜止時(shí)主滾子2和前導(dǎo)滾子1受y值不變的凸緣工作側(cè)面控制，使分度盤固定不動。為了確保分度盤從靜止向分度運(yùn)動平穩(wěn)過渡，在凸緣的左端設(shè)置一段休止期輪廓的延伸量，使休止期結(jié)束前工作滾子平穩(wěn)的從主滾子2和前導(dǎo)滾子1過渡為主滾子2和后續(xù)滾子3。
為了控制理論計(jì)算誤差，凸輪機(jī)構(gòu)的中心距可設(shè)置為：
a=L（1+cosψ） （1）
凸輪的展開輪廓曲線坐標(biāo)可按主滾子2和后續(xù)滾子3進(jìn)行計(jì)算。
主滾子2：
分度運(yùn)動理論坐標(biāo)為：
式中，φ∈[0，?]，ψ=ψ（φ）根據(jù)選定的分度運(yùn)算規(guī)律計(jì)算確定。
分度運(yùn)動實(shí)際輪廓坐標(biāo)為：
式中，R是分度盤滾子半徑，a2是機(jī)構(gòu)的壓力角，由圖2可得
由于P點(diǎn)是凸輪與分度盤的速度瞬心，因此得：
式中，R為凸輪分度圓柱面半徑，dψdφ=dψdφ（φ）為分度盤的類角速度。
后續(xù)滾子3：
分度運(yùn)動理論輪廓坐標(biāo)為：
分度運(yùn)動實(shí)際輪廓坐標(biāo)為：
式中，Rr是分度盤滾子半徑，a是機(jī)構(gòu)的壓力角，由圖2可得。
由于速度瞬心P點(diǎn)位置不變，因此得：
凸輪基圓半徑按許用壓力角條件選用。由于機(jī)構(gòu)不存在回程期，dψdφ恒為正值，由式（4）、（5）得條件式。
分度盤靜止區(qū)段所對應(yīng)的凸輪輪廓是環(huán)狀的圓弧段，展開輪廓坐標(biāo)可按前導(dǎo)滾子1和主滾子2的位置確定。
前導(dǎo)滾子1：
理論輪廓坐標(biāo)為：
實(shí)際輪廓坐標(biāo)為：
如上所述，為了使分度盤平穩(wěn)地從靜止過渡到分度運(yùn)動，在凸緣的左邊即分度運(yùn)動的始端需要延伸一段休止期輪廓。該段延伸的休止期輪廓所占的凸輪回轉(zhuǎn)角約為（0.2-0.3）?s，所對應(yīng)的輪廓坐標(biāo)可按主滾子2和后續(xù)滾子3計(jì)算。
主滾子2：
理論輪廓坐標(biāo)為：
實(shí)際輪廓坐標(biāo)為：
理論輪廓坐標(biāo)為：
實(shí)際輪廓坐標(biāo)為：
為了使主滾子2和后續(xù)滾子3順利滑入延伸段凸緣，宜將凸緣的端部適當(dāng)修薄。
凸緣式圓柱凸輪機(jī)構(gòu)動靜比可根據(jù)工作要求確定，不受機(jī)構(gòu)自身特點(diǎn)的限制，而且控制分度運(yùn)動的凸輪輪廓曲線可根據(jù)運(yùn)動特性要求設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下地起步和停步。
【參考文獻(xiàn)】
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[4]新編機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊——學(xué)苑出版社.
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