十二工位凸轮曲线设计研究

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1、十二工位凸轮曲线设计研究叶何文（中国航天科工集团公司八O一厂，545012）[摘要]介绍一种间隙运动分度定位机构中定位凸轮曲线分析设计方案及其应用特点。关键词：凸轮曲线；槽轮；研究；设计；计算机仿真Abstract:Thispaperintroducesaschemehowtoanalysesanddesignanactuatingcamusedinakindofintermittentmovement,illustratesitsapplicationcharacteristic.Keywords:camcurve;Genevamechanism;re

2、search;design;microcomputeremulationO引言全自动胶囊充填机是国内医药包装行业中应用广泛的一种高效率设备，是我厂主导产品之一。其中，十二工位凸轮用于槽轮的驱动及定位，这是全自动胶囊充填机上使用的一种目前最理想的分度定位机构，它是药机传动部分的核心，如果设计不好，凸轮和槽轮便分别与滚轮轴承、槽轮驱动轴承产生较大的冲击，影响产品的使用寿命及产生较大的噪音，不利于改善工作环境。能否探索出一种模拟该机构运动的数学模型，以便进行计算机仿真，求出理想的设计参数？下面就这个问题我们做一些研究和探讨工作。1凸轮升程段曲线研究凸轮升程段曲

3、线的设计包含两个问题：①升程段曲线占多大范围升程角Qo；②升程曲线始点和拨槽轴承（以下称拨轮）中心点分别与凸轮中心连线的夹角δ，我们称δ为超前角，即拨轮中心刚进槽时，定位杆上定位轴承（以下简称定位轮）已被凸轮曲线超前作用了δ度。两者是相互联系的，后者是关键，是我们要分析研究的重点。拨轮进槽驱动十二工位槽轮（槽轮上有均分的十二个槽）转动前，定位轮先解除定位，即要完全摆出槽轮外，不与槽轮的槽面产生干涉。这一过程的理想状态是拨轮进槽拨动槽轮的同时，定位轮也逐渐摆出槽外，不妨碍槽轮的运动。但是，如果所设计的凸轮曲线先将定位轮推出槽外，拨轮再进槽驱动槽轮转动，此时

4、失去定位约束的槽轮在振动、重力或回弹力等影响下，可能出现轻微的转动，这样拨轮和槽面将产生较大的硬冲击，影响轴承及槽轮使用寿命，噪音也较大。故此，要对工作凸轮升程曲线进行研究、探讨，设计一个合理的超前角δ来解决这一关键性问题。在十二工位间歇运动机构中，凸轮在药机主轴驱动下作匀速转动，定位杆上定位轮随凸轮曲线作相应运动规律的摆动。当凸轮最小半径作用于定位杆上的滚子时，定位轮在槽轮的槽里不动，执行定位功能，其中心位于O24（见图1）；当凸轮升程段曲线进入工作时（此时拨轮还差δ度未进槽），定位杆开始外摆。假设外摆出Z度时，定位轮外圆与槽轮外圆交于两点A、C。因槽

5、轮作逆时针转动，所以出现干涉的只能是A点所在的侧面。现在对A点和左侧槽面线与槽轮外圆交点A1的运动规律进行研究和分析。在研究A点运动之前，必须先预定定位杆运动规律，即预定凸轮升程段曲线形状。因正弦运动规律比余弦运动规律更适合无冲击运动，故选正弦运动规律，即式中Z4—凸轮摆幅，rad；6θ—凸轮转角，Deg；Q0—升程段范围角，Deg。式中设定位裕量e=0.2mm，定位轮拨出槽轮外圆后两轮缘的距离i=1.5mm，R1、R2分别为槽轮和定位轮的半径，L为定位杆摆臂长度。O1ω1n1Z3BO24A1EEZ1eO3O2ZA2Z2Z4ω2O21O22O23图1定位

6、轮出槽过程模拟分析连接O1A、O21A、O1O21，得ΔO1AO21。轮心摆出到O22时，定位轮刚好全部出到槽轮外，不再发生干涉，连接O1O3得ΔO1O21O3。令n1=∠A1O1A，即从点A1到交点A转过的角度，rad,，Z3=∠A1O1O2，槽宽（弦长）半角，rad,，。点O24是为了使定位可靠，定位轮从O2向槽内摆动e距离后的中心点，O2B=e。现设O21为定位轮中心摆出槽过程中的某一位置点,此点与槽轮中心O1连得O1O21，设为u，则得其中6Z=∠O21O3B，即摆杆摆角，rad。再令S1=A1A，即定位时槽面线与槽轮外圆交点到定位轮出槽时与槽轮

7、外圆交点的弧长；S2=A1A2，即槽面线与外圆交点运动轨迹的弧长。这样可以看出，在运动过程中，只要S1≥S2便不会发生干涉，即定位轮在出槽过程中保证不妨碍槽轮转动。下面先推导S1表达式S=f(z)-----------------------（1）---------------------（2）要求出，，连接BO21，得△O1BO21，=∠BO1O21，应用余弦定理，得式中d2=d1-e要求出，连接BO3，得△BO21O3，因为<<,取△BO21O3≈△O24O21O3，则又在△O1AO21中，应用余弦定理，得在⑶、⑷式中，只有u是未知的，从u的表达式中

8、,即可知，u仅是Z的函数，所以、也均是Z的函数，于是式⑵变为于是S1的运动规律已