【正文】 設(shè)計(jì)，以改善其動力學(xué)特性，以及設(shè)計(jì)有效的動力學(xué)性能測試裝置，將是一個值得研究的課題?；∶嫱馆咰AD弧面凸輪是種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空間凸輪，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)弧面凸輪精確設(shè)計(jì)的唯一手段。自從我國對弧面凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究以來，弧面凸輪的CAD一直是研究的重點(diǎn)，特別是九十年代以來，隨著三維以D軟件的問世，開發(fā)操作界面良好的弧面凸輪三維以D軟件和弧面凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真系統(tǒng)，以對運(yùn)動過程進(jìn)行模擬與仿真，進(jìn)行裝配干涉檢查和加工誤差的虛擬檢測將是個很有價值的研究課題。弧面凸輪的制造及其廓面修形的研究弧面凸輪對表面質(zhì)量和加工精度的要求非常高，在裝配過程中，弧面凸輪機(jī)構(gòu)對加工誤差特別敏感，容易出現(xiàn)裝配干涉。進(jìn)行弧面凸輪的廓面修形研究，提高弧面凸輪機(jī)構(gòu)的裝配性能和降低其裝配對加工誤差的敏感性，是一個很有意義的研究課題。改進(jìn)弧面凸輪的加工手段，提高弧面凸輪加工精度與表面質(zhì)量也一直是人們思考的主要課題。此外，從加工原理上進(jìn)行改進(jìn)，探索弧面凸輪的單側(cè)加工、刀具補(bǔ)償加工、兩重包絡(luò)法加工，將是一個重要的研究方向。目前，弧面凸輪機(jī)構(gòu)還沒有完善的精度評價指標(biāo)體系，也沒有專門的檢測工具。對于弧面凸輪的精度評價體系的完善以及檢測方法與手段的探索將是一個重要的研究課題。第二章 總體分析設(shè)計(jì)弧面凸輪減速器的傳動原理是基于弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)。它一改渦輪蝸桿減速器的摩擦傳動副為滾動副，使得傳動效率大為提高H90%單級傳動I=。其特點(diǎn)是傳動效率高,能耗低，發(fā)熱小，傳動平衡，靈敏度高，其傳動效率雄踞各類減速器之首。設(shè)計(jì)要求：工作臺面直徑小于400mm，工作臺面垂直時中心高為260mm，中心定位孔尺寸50H620，工作臺T型槽寬度14mm，總傳動比i=180，分度定位精度，重復(fù)定位精度，最大允許驅(qū)動力矩3000N/m?，F(xiàn)設(shè)減速器為二級傳動，第一級為蝸輪蝸桿傳動，=62，第二級為弧面凸輪傳動，=3。選用電機(jī)型號Y112M4，轉(zhuǎn)速1500r/min，額定功率4kw?；∶嫱馆喎侄葯C(jī)構(gòu)類似于弧面蝸桿傳動，主動凸輪為輪廓呈凸脊?fàn)畹膱A弧回轉(zhuǎn)與蝸桿一樣可制成單頭、雙頭或多頭，大于三頭的一般較少使用。從動轉(zhuǎn)盤上裝有沿周向均勻分布的滾子。凸輪凸脊的旋向也與蝸桿旋向定義相同，分為左旋和右旋用L表示，右旋用R表示，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中一般采用左旋較多?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)因位段形式的差異可分為A型和B型兩種結(jié)構(gòu)類型，如圖21所示。A型凸輪定位段是凸脊，分度盤上的兩個滾子跨夾在凸脊上，B型凸輪的定位段是一個凹槽，分度盤上有一個滾子在定位段槽中。但無論是哪種結(jié)構(gòu)的凸輪，其凸脊均有左右兩個側(cè)面。根據(jù)不同的旋向一側(cè)為受力側(cè)，推動分度盤轉(zhuǎn)動，另一側(cè)為幾何定位側(cè)，局部區(qū)域與滾子之間可以有一定間隙。這樣便可實(shí)現(xiàn)凸輪體1的連續(xù)轉(zhuǎn)動帶動分度盤2的間歇分度運(yùn)動，從而可以傳遞兩垂直交錯軸間的傳動，整個運(yùn)動過程如下：圖所示的為單頭左旋弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪體旋轉(zhuǎn)時，其分度段輪廓推動滾子，使分度盤分度轉(zhuǎn)位；而當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到其停歇段輪廓時，轉(zhuǎn)盤上的兩個相鄰滾子跨夾在凸輪的圓環(huán)面凸脊上，分度盤停止轉(zhuǎn)動，所以這種機(jī)構(gòu)不必附加其他裝置就能獲得很好的定位作用，并且可以通過調(diào)整中心距來消除滾子與凸輪凸脊之間的間隙，補(bǔ)償磨損。在這種機(jī)構(gòu)中，主動凸輪一般做等速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，但有時為了滿足特殊的需要，如需要較長的停歇時間，也可以使凸輪作間斷性的旋轉(zhuǎn)。 主要運(yùn)動參數(shù)在設(shè)計(jì)弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)時，往往需要根據(jù)工作要求確定該機(jī)構(gòu)的一系列基本參數(shù)，主要包括：分度數(shù)I、弧面凸輪的節(jié)圓半徑、動程角、從動盤的節(jié)圓半徑、中心距C以及徑距比等。由于各參數(shù)之間有著復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，不可能同時都為優(yōu)先數(shù)，因此存在著各參數(shù)的合理選取問題。分度數(shù)I和從動盤分度期轉(zhuǎn)位角參：分度數(shù)I是由弧面凸輪機(jī)構(gòu)所服務(wù)的自動機(jī)械的生產(chǎn)工藝要求決定的?？紤]到該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分度數(shù)I一般在2~24之間選擇（見表21），常用的分度數(shù)多為6或8。分度數(shù)太小時，壓力角很大，傳動性能較差；分度數(shù)太大時，從動盤徑向尺寸太大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受轉(zhuǎn)動慣量也很大，運(yùn)轉(zhuǎn)速度受到很大限，功率消耗很大。凸輪工作副中，若H為凸輪頭數(shù)，則分度數(shù)I與從制間的關(guān)系是I=Z/H，弧面凸輪常用分度數(shù)及其對應(yīng)頭數(shù)見表，凸輪推動定的角度，完成一次分度運(yùn)動。在一次分度周期中從動盤的轉(zhuǎn)位角：凸輪動程角與動靜比k：凸輪轉(zhuǎn)一圈中，從動盤的轉(zhuǎn)位時間與停歇時間，之比稱為動靜比k，通常希望動靜比小一些好，動靜比越小，則在一個分度周期內(nèi)工作機(jī)構(gòu)的操作時間所占比例越大，因此生產(chǎn)率越高。但在滿足使用要求的前提下，不要一味追求小的動靜比，這樣會使動程角減小，負(fù)荷慣性矩增大，而且容易產(chǎn)生薄脊現(xiàn)象，降低凸輪負(fù)載能力。動程角指對應(yīng)從動盤轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)位角時凸輪轉(zhuǎn)過的角度，一般為90176。 ~330176。，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定間距為0176。，即90176。、120176。、150176。、180176。、210176。、240176。、270176。、300176。、330176。中心距C：中心距C即從動盤與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離。我國規(guī)定中心距為(40~450)。常用的中心距有(50、680、100、12150、180、200)mm等。標(biāo)準(zhǔn)中選取了中心距作為系列設(shè)計(jì)時弧面凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)先數(shù)系的自變量，這樣不同的中心距對應(yīng)不同的箱體尺寸，滿足不同的功率需要，同一中心距選定不同的凸輪也可以實(shí)現(xiàn)不同的輸出。凸輪的角速度，從動盤的角速度，從動盤與凸輪在分度期的最大角速度比：從動盤節(jié)圓半徑：不同的中心距對應(yīng)著不同的從動盤節(jié)圓半徑。滾子尺寸的選擇：滾子的半徑、滾子的寬度b以及滾子端面與凸輪廓面的間隙e一般按如下公式進(jìn)行選取并進(jìn)行圓整，一般至少一般情況下，從動盤的滾子采用標(biāo)準(zhǔn)滾針軸承，因此在計(jì)算出滾子半徑和寬度的取值范圍后，可選用尺寸臨近的標(biāo)準(zhǔn)滾子，然后根據(jù)所提供的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。凸輪節(jié)圓半徑：在保證接觸應(yīng)力和壓力角小于許用值的前提下凸輪尺寸不宜偏大以湊使機(jī)構(gòu)盡可能緊?；∶嫱馆喌拈L度l：選取合適的凸輪長度l是很重要的，因?yàn)楫?dāng)凸輪長度太短時，易使傳動中斷，太長又容易發(fā)生干涉，凸輪的長度一般根據(jù)下列公式進(jìn)行選取并圓整：用于高速間歇分度的弧面凸輪機(jī)構(gòu)，振動、噪聲、沖擊和磨損對工作性能的影響是十分嚴(yán)重的，因此在選擇從動件運(yùn)動規(guī)律時主要應(yīng)考慮使其具有較良好的動力學(xué)特性，保證其加速度不太大而且不突變。分度凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律只有工作行程（升程）而無回程，即總是升—停型運(yùn)動曲線，升程為機(jī)構(gòu)中從動轉(zhuǎn)盤的分度階段，停程為從動轉(zhuǎn)盤的停歇階段。常用的凸輪運(yùn)動規(guī)律有三種，即：修正等速運(yùn)動規(guī)律、修正梯形運(yùn)動規(guī)律和修正正弦運(yùn)動規(guī)律，在設(shè)計(jì)高速凸輪時，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇運(yùn)動廓面（曲線）。為了便于分析凸輪機(jī)構(gòu)從動件各種運(yùn)動規(guī)律的共同特性，常把時間t、位移s、速度v、加速度a、躍度j等運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行無因次處理，用大寫字母表示相應(yīng)的無因次量。各種運(yùn)動曲線的無因次速度V，無因次加速度A，無因次躍動J的最大值Vmax、Amax、J max皆為凸輪曲線的固有特性值，從運(yùn)動學(xué)考慮，選擇凸輪曲線時應(yīng)分析這些因素。 (1)無因次最大速度Vmax重載荷即隨動質(zhì)量大的載荷，應(yīng)當(dāng)Vmax小的曲線，離心力較大時，采用Vmax小的曲線較為合適，另外，Vmax小的曲線使得最大壓力角也小，凸輪的尺寸也可以小些，Vmax最小的曲線是等速度曲線Vmax=1。(2)無因次最大加速度Amax因?yàn)閼T性力和轉(zhuǎn)盤質(zhì)量及加速度有關(guān)，慣性力越大，從動件助振力越大，所以轉(zhuǎn)盤質(zhì)量大時，應(yīng)選取Amax值較小的運(yùn)動曲線。另外，Amax關(guān)系到從動件與凸輪間法向載荷，而凸輪機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度主要根據(jù)凸輪接觸強(qiáng)度和銷軸彎曲強(qiáng)度來計(jì)算，因?yàn)槿魏螒?yīng)力都與法向力成正比，所以凸輪強(qiáng)度也與Amax有關(guān)，Amax越小，許用應(yīng)力也越小，極限速度也越小，因此高速凸輪應(yīng)選用Amax小