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1、1997年12月沈阳工业学院学报Vol.16No.4第16卷第4期JOURNALOFSHENYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGYDec.1997圆柱分度凸轮机构的计算机辅助设计张佩勤谭颖王连荣(沈阳工业学院机械工程系,沈阳110015)(沈阳工业学院)摘要对圆柱分度凸轮机构从理论分析、CAD、凸轮加工实践等都做了较系统的探讨,所设计的软件适用于不同类型、不同旋向、不同转向、不同滚子型式的圆柱凸轮的设计.同时,在微机上输入所需的参数后,就可显示出凸轮零件图、分度盘零件图及装配立体图和输出曲线数据表等,使得圆柱
2、凸轮设计简单明了.关键词凸轮机构,模块化程序,圆锥滚子,圆柱滚子,计算机辅助设计.分类号TP391.720引言近年来在国外的加工中心、自动化设备及自动装配机中经常见到凸轮式间歇分度机构,这种机构可分为三种类型:平面分度凸轮机构(平行分度凸轮机构);圆柱分度凸轮机构;弧面分度凸轮机构(又称蜗杆凸轮机构、福克森机构).圆柱分度凸轮是由凸轮廓面与滚子啮合实现分度运动的.凸轮呈圆柱状,凸轮轴线与分度盘轴线垂直交错,滚子轴线与分度盘轴线平行.与弧面分度凸轮机构相比其分度数大,最大可达100,而弧面分度凸轮机构的分度数一般不超过12
3、.该机构的从动盘的运动规律可以任意选取,因此可以得到良好的运动特性和动力特性,振动、冲击、噪音比较小.特别是当滚子为锥形时,可消除滚子与凸轮廓面接触时的侧隙,实现准确定位.由于这些特点,使其广泛应用在轻工、电子、医药等自动化设备中.圆柱分度凸轮机构虽然得到了广泛应用,但过去大多采用图解法进行曲线设计.这对于从动盘是圆柱的滚子有使用价值,但对于圆锥滚子,只设计出一条曲线不能满足圆锥滚子与凸轮槽充分接触的要求.所以有必要用数学公式把其运动规律推导出来.圆柱分度凸轮机构有两种类型,如图1所示.收稿日期:1997-07-28第4
4、期张佩勤等:圆柱分度凸轮机构的计算机辅助设计7(a)A型圆柱分度凸轮机构(b)B型圆柱分度凸轮机构图1圆柱凸轮机构类型1圆锥滚子圆柱分度凸轮机构廓面方程1.1凸轮曲线的推导在圆柱分度凸轮机构中,凸轮廓面与滚子表面均是空间曲线,它们在空间共轭接触,凸轮曲面就是滚子曲面相对于凸轮的不同位置形成的滚子曲面簇的包络.推导凸轮廓面方程,依据共轭曲面啮合基本方程式,即凸轮与滚子曲面接触点的公法矢与该点的相对速度垂直的原理来推导的.其数学表达式为V12n=0(1)式(1)称为啮合方程.由此,建立一整套坐标系,求出滚子啮合点在某坐标系
5、下的公法矢n和相对速度V12.根据啮合方程、给定的运动规律和运动学尺寸就可以求出任一时刻滚子曲面的接触线,将接触线的坐标转换到凸轮坐标系上,就得到了共轭凸轮廓面,这是一套适合于不同滚子形式(圆柱、圆锥滚子)、不同旋向(左旋、右旋)、不同转向(顺时针、逆时针旋转)的圆柱凸轮曲线方程.1.2滚子廓面方程滚子圆锥面上任一点在动坐标系(该坐标系与分度盘固连)S1(o1—x1y1z1)中曲线方程为x1L+0cosrp1=y1=0sin(2)z1±r式中L——转盘分度圆半径;0——滚子半径;r——滚子圆柱面上点的z方向坐标
6、的绝对值;——滚子圆柱面上的点相对于极轴x1的极角.r前的“±”号与凸轮的旋向和转向有关.若凸轮右旋上转和左旋下转,r前取负号,反之取正号.圆锥滚子半径0是变化的,其值如下:8沈阳工业学院学报1997年0=a-(r-R0+B)tan(3)式中a——圆锥滚子大端半径;R0——r的最大绝对值;B——滚子宽度;——滚子斜角.[1]1.3圆锥滚子圆柱分度凸轮机构的接触方程B1=-N[cos1(A-r)+0cos1tan]1B2=-L-N[(A-r)+0tan]sin12(4)2222B1+B2-(
7、Lcos1-C)tanB2=arctan-arctanN(Lcos1-C)tanB1式中N为符号系数.凸轮下转,N=1;凸轮上转,N=-1.[1]1.4圆柱分度凸轮廓面方程式x2=x1cos1cos2-y1sin1cos2-Ccos2+Mz1sin2-NAsin2y2=-x1cos1sin2+y1sin1sin2+Csin2+Mzcos2-NAcos2(5)1z2=-Mxsin1-Mycos111式中N、M为符号系数,其值为:凸轮右旋M=1;凸轮下转N=1;凸轮左旋M=-1;凸轮
8、上转N=-1.由式(5)可计算出凸轮廓面坐标,其计算过程如下:1)选定运动规律;12)求出凸轮每转2角度所对应的分度盘转角1′,从而定出1和;213)将1和代入式(4),求出滚子工作面上参数和r的制约关系;24)设定一系列r值,求得相应的值;5)将r和值代入式(2),得出2时,滚子工作面上共轭
