CN108563908A - 多头弧面分度凸轮机构参数化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多头弧面分度凸轮机构参数化设计方法，属于凸轮设计技术领域。步骤1、根据分度要求设计分度机构的运动循环图；步骤2、根据不同负载要求选择合理的弧面凸轮运动规律；步骤3、多头弧面凸轮与分度盘滚子啮合时序设计。步骤4、多头弧面凸轮工作廓面方程设计；步骤5、多头弧面凸轮理论轮廓程序编制；步骤6、多头弧面凸轮建模；本发明解决了分度盘不同滚子与多头弧面凸轮啮合的时序问题，提高了分度期和停歇期的分度精度，加强了分度运动的准确和可靠性。大幅提高多头弧面分度凸轮的设计效率和正确性，为多头弧面分度凸轮机构三维模型提供了一套有效的设计方法。

Description

多头弧面分度凸轮机构参数化设计方法

技术领域

本发明属于凸轮设计技术领域，特别是涉及一种多头弧面分度凸轮机构参数化设计方法。

背景技术

弧面分度凸轮传动机构的结构简单，刚性好，轴向空间小，承载能力强，在动力学性能、承载能力、分度精度等方面均有不可比拟的优越性。多头弧面分度凸轮机构要满足时序、速度和精度要求，在一个工作周期中存在多个分度期和停歇期，分度盘要实现正反两个方向的分度运动，而且要求动作准确、可靠。与现有普通单头弧面分度凸轮相比较，多头弧面分度凸轮机构的设计还存在不足。

发明内容

本发明解决了分度盘不同滚子与多头弧面凸轮啮合的时序问题，提供了一种多头弧面分度凸轮机构的参数化设计方法，提高了分度期和停歇期的分度精度，加强了分度运动的准确和可靠性。大幅提高多头弧面分度凸轮的设计效率和正确性，为多头弧面分度凸轮机构三维模型提供了一套有效的设计方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：多头弧面分度凸轮机构参数化设计方法，该方法包括如下流程：

步骤1、根据分度要求设计分度机构的运动循环图；

横坐标为多头弧面凸轮的转角，纵坐标为分度盘的旋转角度；

步骤2、根据不同负载要求选择合理的弧面凸轮运动规律；

通过比较各种运动规律的位移、速度、加速度及跳跃度的情况，改进正弦加速度运动规律曲线的综合性能较好，尤其适合在负载情况不明的情况下使用。

弧面分度凸轮分度期开始过程位移、速度、加速度和跃度为：

弧面分度凸轮分度期中间过程位移、速度、加速度和跃度为：

弧面分度凸轮分度期结束过程位移、速度、加速度和跃度为：

式中:T—无量纲时间；S—无量纲位移；V—无量纲速度；A—无量纲加速度；J—无量纲跃度。

步骤3、多头弧面凸轮与分度盘滚子啮合时序设计。

多头弧面凸轮与分度盘的配合，分度盘滚子个数为n，设定滚子1-n的起始位置角分别为相邻滚子之间的角度δ＝2π/n。

多头弧面凸轮展开，工作开始时，弧面凸轮的转角为零，滚子1与n与凸脊A啮合，对应运动循环图的起点。

第一停歇期，凸轮旋转角度为φ₁，凸脊A与滚子1、n参与工作，此时从动盘不运动。

第一分度期，凸轮继续旋转φ₂，凸脊A/B，滚子n、1、2参与工作，滚子1、2旋入凸脊B,滚子n旋出凸脊A，此时从动盘转动θ₁。

第二停歇期，凸轮旋转角度为φ₃，凸脊B与滚子1、2参与工作，此时从动盘不运动。

第二分度期，凸轮继续旋转φ₄，由于第二分度期从动盘的转动的角度大，弧面凸轮需要多条路径才能达到。凸脊B、C、D、E，滚子1、2、3、4、5参与工作，滚子1旋出凸脊B，滚子2、3旋入凸脊C，滚子3、4旋入凸脊D，滚子4、5旋入凸脊E。此时从动盘转动θ₂。

第三停歇期，凸轮旋转角度为φ₅，凸脊E与滚子4、5参与工作，此时从动盘不运动。

第三分度区，凸轮继续旋转φ₆，凸脊E、A，滚子3、4、5参与工作，滚子5旋出凸脊E，滚子3、4旋入凸脊A，此时的从动盘反向转动θ₁。

第四停歇期，凸轮旋转角度为φ₇，凸脊A与滚子3、4参与工作，此时从动盘不运动。到此凸轮旋转一周，下一轮动作开始时，滚子3、4相当于开始运动时的1、n的功能，并重复第一停歇期到第四停歇期中的运动。

步骤4、多头弧面凸轮工作廓面方程设计；

采用共轭曲面原理、微分几何学和空间直角坐标系得到弧面分度凸轮的工作轮廓方程。

从动盘滚子圆柱面方程为：

x₂＝r

y₂＝ρcosψ

z₂＝ρsinψ

式中，r为滚子高度；ψ为滚子圆柱形工作面参数角；ρ为滚子半径；x₂，y₂，z₂为滚子圆柱形工作面在坐标系下坐标。

凸轮与滚子的共轭接触方程式为：

式中，为滚子的位置角；p为凸轮的旋向，当凸轮的分度期轮廓线为左旋时p＝+1，右旋时p＝-1；w₂/w₁为凸轮角速度与从动盘角速度之比。

凸轮理论廓面方程为：

式中，x₁，y₁，z₁为凸轮工作轮廓面在动坐标系中的坐标；θ为凸轮转角；

c为分度盘与弧面凸轮的中心距。

步骤5、多头弧面凸轮理论轮廓程序编制；

由前面步骤1-4得到的弧面凸轮运动过程和凸轮理论廓面方程，按多头弧面凸轮动作顺序编写不同停歇期和分度期对应滚子扫过的理论廓面曲线程序。

步骤6、多头弧面凸轮建模；

通过步骤5的弧面凸轮理论轮廓程序建立工作廓线三维曲线，借助Creo软件的曲线拟合功能，将工作廓线拟合成曲面，对上述曲面进行实体化，得到凸轮三维实体模型。

附图说明

图1是多头弧面凸轮与分度盘滚子啮合示意图；

图2是多头弧面凸轮展开示意图；

图3是多头弧面分度凸轮工作廓线三维曲线图；

图4是多头弧面分度凸轮工作廓线拟合实体图；

图5是多头弧面分度凸轮三维模型图；

图6是多头弧面分度机构装配三维图。

具体实施措施

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图6，一种多头弧面分度凸轮机构参数化设计方法，按如下步骤进行：

步骤1、根据分度要求设计分度机构的运动循环图

横坐标为多头弧面凸轮的转角，纵坐标为分度盘的旋转角度。

步骤2、根据不同负载要求选择合理的弧面凸轮运动规律

通过比较各种运动规律的位移、速度、加速度及跳跃度的情况，改进正弦加速度运动规律曲线的综合性能较好，尤其适合在负载情况不明的情况下使用。

弧面分度凸轮分度期开始过程位移、速度、加速度和跃度为：

弧面分度凸轮分度期中间过程位移、速度、加速度和跃度为：

弧面分度凸轮分度期结束过程位移、速度、加速度和跃度为：

式中:T—无量纲时间；S—无量纲位移；V—无量纲速度；A—无量纲加速度；J—无量纲跃度。

步骤3、多头弧面凸轮与分度盘滚子啮合时序设计。

多头弧面凸轮与分度盘的配合如图所示，分度盘滚子个数为n，设定滚子1-n的起始位置角分别为相邻滚子之间的角度δ＝2π/n。

多头弧面凸轮展开示意图如图所示，工作开始时，弧面凸轮的转角为零，滚子1与n与凸脊A啮合，对应运动循环图的起点。

第一停歇期，凸轮旋转角度为φ₁，凸脊A与滚子1、n参与工作，此时从动盘不运动。

第一分度期，凸轮继续旋转φ₂，凸脊A/B,滚子n、1、2参与工作，滚子1、2旋入凸脊B,滚子n旋出凸脊A，此时从动盘转动θ₁。

第二停歇期，凸轮旋转角度为φ₃，凸脊B与滚子1、2参与工作，此时从动盘不运动。

第二分度期，凸轮继续旋转φ₄，由于第二分度期从动盘的转动的角度较大，弧面凸轮需要多条路径才能达到。凸脊B、C、D、E，滚子1、2、3、4、5参与工作，滚子1旋出凸脊B，滚子2、3旋入凸脊C，滚子3、4旋入凸脊D，滚子4、5旋入凸脊E。此时从动盘转动θ₂。

第三停歇期，凸轮旋转角度为φ₅，凸脊E与滚子4、5参与工作，此时从动盘不运动。

第三分度区，凸轮继续旋转φ₆，凸脊E、A，滚子3、4、5参与工作，滚子5旋出凸脊E，滚子3、4旋入凸脊A,此时的从动盘反向转动θ₁。

第四停歇期，凸轮旋转角度为φ₇，凸脊A与滚子3、4参与工作，此时从动盘不运动。到此凸轮旋转一周，下一轮动作开始时，滚子3、4相当于开始运动时的1、n的功能，并重复上述运动。

步骤4、多头弧面凸轮工作廓面方程设计

采用共轭曲面原理、微分几何学和空间直角坐标系可以得到弧面分度凸轮的工作轮廓方程。

从动盘滚子圆柱面方程为

x₂＝r

y₂＝ρcosψ

z₂＝ρsinψ

式中，r为滚子高度；ψ为滚子圆柱形工作面参数角；ρ为滚子半径；x₂，y₂，z₂为滚子圆柱形工作面在坐标系下坐标。

凸轮与滚子的共轭接触方程式为

式中，为滚子的位置角；p为凸轮的旋向，当凸轮的分度期轮廓线为左旋时p＝+1，右旋时p＝-1；w₂/w₁为凸轮角速度与从动盘角速度之比。

凸轮理论廓面方程为

式中，x₁，y₁，z₁为凸轮工作轮廓面在动坐标系中的坐标；θ为凸轮转角；

c为分度盘与弧面凸轮的中心距。

步骤5、多头弧面凸轮理论轮廓程序编制

由前面步骤得到的弧面凸轮运动过程和凸轮理论廓面方程，按多头弧面凸轮动作顺序编写不同停歇期和分度期对应滚子扫过的理论廓面曲线程序。

步骤6、多头弧面凸轮建模

通过步骤5的弧面凸轮理论轮廓程序建立工作廓线三维曲线，借助Creo软件的曲线拟合功能，将工作廓线拟合成曲面，对上述曲面进行实体化，得到凸轮三维实体模型。

Claims (1)

1.多头弧面分度凸轮机构参数化设计方法，该方法包括如下流程：

步骤1、根据分度要求设计分度机构的运动循环图；

横坐标为多头弧面凸轮的转角，纵坐标为分度盘的旋转角度；

步骤2、根据不同负载要求选择合理的弧面凸轮运动规律；

通过比较各种运动规律的位移、速度、加速度及跳跃度的情况，改进正弦加速度运动规律曲线的综合性能较好，尤其适合在负载情况不明的情况下使用；

弧面分度凸轮分度期开始过程位移、速度、加速度和跃度为：

弧面分度凸轮分度期中间过程位移、速度、加速度和跃度为：

弧面分度凸轮分度期结束过程位移、速度、加速度和跃度为：

式中:T—无量纲时间；S—无量纲位移；V—无量纲速度；A—无量纲加速度；J—无量纲跃度；

步骤3、多头弧面凸轮与分度盘滚子啮合时序设计；

多头弧面凸轮与分度盘的配合，分度盘滚子个数为n，设定滚子1-n的起始位置角分别为 相邻滚子之间的角度δ＝2π/n；

多头弧面凸轮展开，工作开始时，弧面凸轮的转角为零，滚子1与n与凸脊A啮合，对应运动循环图的起点；

第一停歇期，凸轮旋转角度为φ₁，凸脊A与滚子1、n参与工作，此时从动盘不运动；

第一分度期，凸轮继续旋转φ₂，凸脊A/B，滚子n、1、2参与工作，滚子1、2旋入凸脊B,滚子n旋出凸脊A，此时从动盘转动θ₁；

第二停歇期，凸轮旋转角度为φ₃，凸脊B与滚子1、2参与工作，此时从动盘不运动；

第二分度期，凸轮继续旋转φ₄，由于第二分度期从动盘的转动的角度大，弧面凸轮需要多条路径才能达到；凸脊B、C、D、E，滚子1、2、3、4、5参与工作，滚子1旋出凸脊B，滚子2、3旋入凸脊C，滚子3、4旋入凸脊D，滚子4、5旋入凸脊E；此时从动盘转动θ₂；

第三停歇期，凸轮旋转角度为φ₅，凸脊E与滚子4、5参与工作，此时从动盘不运动；

第三分度区，凸轮继续旋转φ₆，凸脊E、A，滚子3、4、5参与工作，滚子5旋出凸脊E，滚子3、4旋入凸脊A，此时的从动盘反向转动θ₁；

第四停歇期，凸轮旋转角度为φ₇，凸脊A与滚子3、4参与工作，此时从动盘不运动；到此凸轮旋转一周，下一轮动作开始时，滚子3、4相当于开始运动时的1、n的功能，并重复第一停歇期到第四停歇期中的运动；

步骤4、多头弧面凸轮工作廓面方程设计；

采用共轭曲面原理、微分几何学和空间直角坐标系得到弧面分度凸轮的工作轮廓方程；

从动盘滚子圆柱面方程为：

x₂＝r

y₂＝ρcosψ

z₂＝ρsinψ

式中，r为滚子高度；ψ为滚子圆柱形工作面参数角；ρ为滚子半径；x₂，y₂，z₂为滚子圆柱形工作面在坐标系下坐标；

凸轮与滚子的共轭接触方程式为：

式中，为滚子的位置角；p为凸轮的旋向，当凸轮的分度期轮廓线为左旋时p＝+1，右旋时p＝-1；w₂/w₁为凸轮角速度与从动盘角速度之比；

凸轮理论廓面方程为：

式中，x₁，y₁，z₁为凸轮工作轮廓面在动坐标系中的坐标；θ为凸轮转角；

c为分度盘与弧面凸轮的中心距；

步骤5、多头弧面凸轮理论轮廓程序编制；

由前面步骤1-4得到的弧面凸轮运动过程和凸轮理论廓面方程，按多头弧面凸轮动作顺序编写不同停歇期和分度期对应滚子扫过的理论廓面曲线程序；

步骤6、多头弧面凸轮建模；

通过步骤5的弧面凸轮理论轮廓程序建立工作廓线三维曲线，借助Creo软件的曲线拟合功能，将工作廓线拟合成曲面，对上述曲面进行实体化，得到凸轮三维实体模型。