凸轮机构基本参数设计方案

凸轮机构基本参数的设计
前节所介绍的几何法和解析法设计凸轮轮廓曲线,其基圆半径r0、直动从动件的偏距e或摆动从动件与凸轮的中心距a、滚子半径rT等基本参数都是预先给定的。本节将从凸轮机构的传动效率、运动是否失真、结构是否紧凑等方面讨论上述参数的确定方法。
1 凸轮机构的压力角和自锁
图示为偏置尖底直动从动件盘形凸轮机构在推程的一个位置。Q为从动件上作用的载荷(包括工作阻力、重力、弹簧力和惯性力)。当不考虑摩擦时,凸轮作用于从动件的驱动力F是沿法线方向传递的。此力可分解为沿从动件运动方向的有用分力F'和使从动件紧压导路的有害分力F''。驱动力F与有用分力F'之间的夹角a(或接触点法线与从动件上力作用点速度方向所夹的锐角)称为凸轮机构在图示位置时的压力角。显然,压力角是衡量有用分力F'与有害分力F''之比的重要参数。压力角a愈大,有害分力F''愈大,由F''引起的导路中的摩擦阻力也愈大,故凸轮推动从动件所需的驱动力也就愈大。当a增大到某一数值时,因F''而引起的摩擦阻力将会超过有用分力F',这时无论凸轮给从动件的驱动力多大,都不能推动从动件,这种现象称为机构出现自锁。机构开始出现自锁的压力角alim称为极限压力角,它的数值与支承间的跨距l2、悬臂长度l1、接触面间的摩擦系数和润滑条件等有关。实践说明,当a增大到接近alim时,即使尚未发生自锁,也会导致驱动力急剧增大,轮廓严重磨损、效率迅速降低。因此,实际设计中规定了压力角的许用值[a]。对摆动从动件,通常取[a]=4050;对直动从动件通常取[a]=3040。滚子接触、润滑良好和支承有较好刚性时取数据的上限;否则取下限。
对于力锁合式凸轮机构,其从动件的回程是由弹簧等外力驱动的,而不是由凸轮驱动的,
所以不会出现自锁。因此,力锁合式凸轮机构的回程压力角可以很大,其许用值可取[a]=7080
2 按许用压力角确定凸轮回转中心位置和基圆半径
1. 滚子(尖底)智能水刀直动从动件盘形凸轮机构:
过轮廓接触点作公法线nn,交过点O的导路垂线于P。该点即为凸轮与从动件的相对速度瞬心,且lop=v/w=ds/df。由此可得直动从动件盘形凸轮机构的压力角计算公式
式中hd分别为凸轮转向系数和从动件偏置方向系数,其取值与前述相同。对于滚子(尖底)直动从动件盘形凸轮机构,若hd=1,则称为正配置;否则,若hd=-1,称为负配置。因推程ds/df≥0,回程ds/df≤0,故凸轮机构按正配置时,可减小推程压力角,但同时使回程压力角增大;而按负配置时,虽可减小回程压力角,但却使推程压力角增大。在回程不会发生自锁的力锁合式凸轮机构中,一般采用正配置,以减小推程压力角。
由上式可知,当凸轮机构配置情况、偏距e及从动件运动规律确定之后,基圆半径r0愈小,
压力角a愈大。欲结构紧凑应使基圆尽可能小,但基圆太小又会导致压力角超过许用值。因压力角是机构位置的函数,必有某个位置出现最大压力角amax。设计时应在铝酸钙粉amax≤[a]的前提下,选取尽可能小的基圆半径。
当已知凸轮回转方向及从动件运动规律s=s(f)时,满足给定推程许用压力角[a]和回程许用压力角[a']的最小基圆半径及最佳偏距可利用上式通过数值法求得,但求解过程复杂。下面介绍一种便于工程应用的解析几何方法。
如图a所示,以从动件尖底初始位置B0为原点建立ds/df-s直角坐标系。为减小推程压力角,ds/df轴正向取为s轴正向沿凸轮回转方向转900穿孔塞焊的指向,即当凸轮回转方向为顺时针双立柱卧式带锯床(h=1)时,ds/df轴正向在s轴右侧;当凸轮回转方向为逆时针(h=-1)时,ds/df轴正向在s轴左侧。若O点为凸轮回转中心,Cds/df-s曲线上任一点,Cs轴上的投影点为B,则直线OCs轴夹角即为从动件尖底运动至B点时的压力角aB。过O点作ds/df-s曲线的切线,切点分别为C1C2,那么OC1OC2s轴夹角分别为推程最大压力角amax和回程最大压力角a'max。而OB0线与s轴夹角为推程初始压力角aB0。显然,只要 aB0≤[a]amax≤[a] a'max≤[a'],那么其余位置的压力角必小于许用压力角。
因此,如图b所示,如果在ds/df电石生产工艺轴正侧(对应于推程)以tg(900-[a])为斜率作ds/df-s曲线的切线L1,切点为C1;在ds/df轴负侧(对应于回程)以tg(900+[a])为斜率作ds/df-s曲线的切线L2,切点为C2;再过点B2作斜率为tg(900+[a])的直线L3,那么L1L2L3s轴的夹角分别为[a][a'][a]。显然,L1L2L3三条直线下方的公共部分即为满足推程压力角不超过[a]和回程压力角不超过[a']时凸轮回转中心O的可取区域。若L1L2的交点记为O12L1L3的交点记为O13,则当O13点在O12点下方时,最小基圆半径为r0min=lB0O13,对应的最佳偏距e0O13点至s轴的距离;当O12点在O13点下方时,r0min=lB0O12e0程控电压衰减器O
12点至s轴的距离。满足许用压力角的最小基圆半径及最佳偏距即可按此进行计算。
2. 滚子(尖底)摆动从动件盘形凸轮机构

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