文档介绍：陕西科技大学
硕士学位论文
空间分度凸轮机构的可预控弹性点啮合研究
姓名:徐光中
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及自动化
指导教师:曹巨江
20060501
空间分度凸轮机构的可预控弹性点啮合研究,摘要现代工业生产对空问凸轮机构在精密间歇分度运动上对高速高精度、强度、可靠性等方面提出的更高要求。本论文针对以空间凸轮机构运动副的凸轮和从动件滚子两个方面为研究对象,从工程实际出发,对空间凸轮机构的啮合传动特性进行了研究。在空间分度凸轮机构的线啮合特性分析的基础上,考虑到高副机构线啮合方式对因制造、装配、预紧等产生的位置误差十分敏感,导致分度精度和使用寿命达不到设计要求,廓面磨损严重的缺陷,提出了可预控点啮合弹性空间凸轮机构的概念。可预控点啮合弹性空间凸轮机构突破了空间凸轮是刚性的假设,充分考虑到弹性变形对空间凸轮机构啮合传动性能的影响。通过对滚子曲面的主动设计,实现了空间凸轮机构的可预控点啮合传动。由于预紧力和负载的作用,凸轮和滚子在接触点的局部区域内,会产生微小的接触弹性变形和接触应力,实际情况是面啮合。基于空间曲面共轭原理和回转变换张量建立了空间凸轮的通用数学模型,可以方便的求解各种绕相互垂直而不相交的轴作定轴转动的共轭曲面问题。对具体的空间凸轮机构的参数进行了讨论。对接触线的分布和线啮合的啮合特性进行了深入地分析,指出了线啮合方式的缺陷。重点研究了参数化的统一滚子曲面模型,以方便可预控点啮合弹性空间凸轮机构的滚子从动件曲面的主动设计。将圆柱滚子、圆锥滚子、鼓型滚子、球锥滚子、球滚子等各种滚子曲面统一为一个数学模型,对统一滚子曲面模型的参数进行了讨论。为实现凸轮曲面点啮合与传统线啮合理论的衔接,提出了当量滚子的概念,给出了实际滚子与当量滚子的曲面关系,建立当量滚子数学模型。以当量滚子为被包络面,用微分几何包络理论推导出凸轮廓面方程。详细研究了空间凸轮机构的点啮合特性及性能预控。分析了可预控点啮合弹性空间凸轮机构的主曲率、主方向,滚子曲面各个参数对机构压力角影响,点啮合空间凸轮机构的受力情况以及点啮合空间凸轮机构的弹性接触。利用弹性体点接触理论对空间凸轮的点啮合接触分析和强度校核进行了计算推导。‘
采用镅员嘈戳说隳龊峡占渫孤只估C娴耐ㄓ贸绦颍⒒疎砑看蟮那嬖煨凸δ埽缘隳龊峡占渫孤只谷堤模型进行了构建。关键词:点啮合,空问凸轮,分度机构,当量滚子,弹性变形,接触分析.、
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髀课题背景及其研究意义凸轮机构、齿轮机构和连杆机构等都是机械传动的常用机构。和其他机构所不同的是凸轮机构或凸轮组合机构可以实现几乎所有运动规律。因此,凸轮机构是自动化生产设备中的关键机构。较简单的凸轮机构由凸轮体、从动件及机架组成。一般情况下,凸轮作匀速回转运动,从动件做预期的输出运动。与其他机构相比,凸轮机构具有结构紧凑、性能可靠以及可实现任意复杂的运动形式等特点,在众多领域起着不可替代的作用。近些年来,随着各种电、气、液等控制技术的发展,在有些定位机构和分度机构中,采用了伺服电机及其控制系统取代了原来的凸轮机构。主要原因是凸轮机构是高副接触,廓面易磨损,从而容易导致传动精度的降低,振动和噪音的加剧。控制系统中的很多“凸轮开关”已经被“电子开关”所取代:控制系统的另一个优势在于具有良好的可调节性,在柔性生产场合这一特性尤其重要。然而控制系统在拥有上述诸多优势的同时,也有其不足之处。首先,控制系统在工作过程中总有时间滞后问题,这样就限制了在高速、重载情况下的应用;其次,从制造成本上来看,伺服电机及其控制系统的成本远远高于一般凸轮机构的成本;再次,从空间上来讲,伺服电机的控制系统一般占据较大的空间。而凸轮机构体积小、结构紧凑。由于控制系统受运行速度、可靠性与价格等因素的限制不可能大量取代采用凸轮及其组合机构的自动机械。计算机辅助设计制造/技术的日益普及,新材料、新结构和新工艺的不断涌现,凸轮机构在高速、高精度方面注入了新的活力,控制系统不可能取代凸轮机构,它们在各自的领域中均起着不可替代的作用。凸轮机构兼有传动、导向及控制机构的多种功能,所以在自动机械中有着广泛的应用。当作为传动机构时,它可以产生复杂的运动规律,以满足各种机械对运动规律的要求;当作为导向机构时,它能产生复杂的运动轨迹;当作为控制机构时,它可以控制执行机构的自动工作循环Ⅲ。特别是在实现分度运动方面,凸轮驱动的精密间歇机构具有较高的分度精度,适于高速生产,并具有高承载能力和低维修率,并能满足用户所要求的特殊运动特性,是一种极有发展前途的分度机构。尤其是空间凸轮在高速高精度重载方面的的优良性能,使其在高速分度运动应用方面精度可达到精密级,成为当今最好