机械36分度圆弧凸轮分度机构的设计计算和运动仿真

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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第1章绪论1.1引言弧面分度凸轮机构（又称滚子齿形凸轮分度机构、蜗杆式凸轮机构）属于空间凸轮机构，它由一个带凸脊的弧面分度凸轮和装有滚子的分度盘组成，如图1.1所示。（a）（b）图1.1弧面凸轮分度机构1-弧面分度凸轮2-分度盘弧面分度凸轮机构是由美国人C.N.Neklutim在上世纪20年代发明的，并由他创建的Ferguson公司首先开始标准化系列化生产。此后，前苏联、英国、德国、瑞士、日本等国也相继对弧面凸轮机构进行了研究，并成立有专门的生产厂家和研究机构。我国对弧面分度机构的研究比较晚，知道20世纪70年代才开始相关的研究工作，

2、经过2057内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）多年的努力，目前在弧面分度凸轮的设计、制造、检测等方面取得了丰硕的成果，特别是对新型结构的弧面凸轮进行了大量的探索。弧面分度凸轮机构用于两垂直交错轴间的间歇分度步进传动，如图1.1所示。主动凸轮1的基体为圆弧回转体，凸轮轮廓制成凸脊状。分度盘2上装有若干个沿转盘圆周均匀分布的滚子，滚子的轴线沿转盘的径向线。当凸轮旋转时，其分度段轮廓推动滚子，使转盘分度转位。弧面凸轮分度机构不需要其他附属装置即可完成较为精确的分度定位，与棘轮、槽轮、不完全齿轮等常用的间歇运动机构相比，弧面凸轮分度机构具有传动速度高、定位精度高、分度精度和动

3、力学性能好、承载能力大、可靠性好等优点，所以弧面分度凸轮机构除了应用在加工中心ATC上外，也广泛应用于各种自动机械，如烟草机械、包装机械、食品加工等机械上。弧面凸轮分度机构也有缺点，最显著的缺点是弧面凸轮廓面为空间不可展曲面，形状复杂，设计、加工、检测比较困难。表1.1是几种常用的间歇分度机构的性能比较。表1-1常用间歇分度机构的性能比较分度机构机构项目槽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输入轴运动形式转动转动转动转动输入输出轴相对位置平行平行垂直交错垂直交错从动盘运动规律槽数一定时，运动规律已确定可根据要求设计和选用可根据要求设计和选用可根据要求设计和

4、选用从动盘分度数3—181—163—246—24从动盘最高分度精度15〞—30〞15〞—30〞15〞—30〞15〞—30〞57内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）凸轮最高转速（r/min）10010003003000使用场合低速,中、轻载中、高速，轻载高速，中轻载中、低速，中、轻载高速性能不好最好一般好加工精度要求一般高高高顶载较难容易较难容易刚性一般较高较高高制造成本低中高高加工设备普通机床普通数控机床至少有一个回转坐标的数控机床至少有两个回转坐标的数控机床从表1-1的比较可以看出，弧面凸轮分度机构是一种性能最好的间歇装置，它在需要间歇运动的高精度自动化和自动化生产线

5、上的一种空间分度机构。但由于弧面分度凸轮机构的工作面为不可展的复杂曲面，所以其设计和制造都较为复杂，在一定程度上影响了该机构在国内的发展。但是，近年来，随着人们对弧面凸轮机构设计理论研究的不断深入，专用数控加工设备和高精度，多自由度数控机床和加工中心的出现，弧面凸轮机构设计与制造较为困难的问题已逐步得到解决，相信弧面凸轮机构在自动机械中的应用会越来越广泛。弧面凸轮机构是自动机械和自动生产线上使用较多的机构之一，根据从动件不同的运动形式可分为弧面凸轮机构和摆动滚子从动件凸轮机构。前者已对弧面分度凸轮机构做过详细介绍，它具有良好的运动和动力特性，是一种性能最优的分度装置，主要用

6、于高精度、高速条件下从动盘的间歇转动；1.2弧面分度凸轮机构的发展状况57内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）弧面分度凸轮装置正在向系列化、快速化、精确化方向发展，软件系统的迅速发展、日益完善更是促进了弧面分度凸轮装置的不断开发，克服了弧面分度凸轮工作廓面难以精确造型的难题。现从几何学、结构设计与改进、动力学、制造、检测与误差分析等方面对我国的研究如下：1.2.1几何学、运动学研究弧面分度凸轮的轮廓曲面为不可展的空间曲面，其结构比较复杂，要实现凸轮的设计与制造，首先必须对该机构的几何学与运动学进行分析。在过去的二十多年里，我国对弧面分度凸轮机构的几何学与运动学进行了大量

7、的研究。在研究的初期阶段，主要是基于圆柱形滚子对弧面分度凸轮机构的几何学与运动学进行了深入的探讨，例如：文献[1]采用张量分析法，对弧面凸轮工作曲面数学模型的建立以及传动压力角、曲面的曲率半径等进行了深·入探讨；文献[2]基于凸轮与滚子的共轭啮合传动原理，通过等距面偏置的方法得出了凸轮的轮廓曲面方程。文献[3]基于微分几何、空间机构的啮合理论及齐次坐标变换，推导了与圆柱滚子、圆锥滚子及双曲线滚子啮合传动的弧面凸轮的通用曲面方程。由于圆柱滚子与凸轮轮廓曲面之间存在一定的间隙，为提高凸轮机构啮合传动的动态性能，往往通过