毕业设计说明书 圆柱凸轮分度机构的设计计算及运动仿真.doc
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圆柱凸轮分度机构的设计计算及运动仿真摘要：圆柱凸轮分度机构主要用丁两垂直轴间的运动当主动轴连续旋转运动吋, 从动件是装有多个滚子的转盘，可按设计要求作间歇步进分度转位运动，从而把 连续旋转地输入运动形式转化为具有停歇区的分度运动输出形式本文主耍介绍了圆柱凸轮分度机构方案的选择，理论廓线和T作廓线的计算 方法利用c语言程序编写圆柱凸轮轨道的计算程序及利用mat lab绘出凸轮轮 廓曲线，同时利用三维造型软件完成主要零部件建模及利用Pro/E完成零部件装 配及运动仿真本文还介绍了凸轮分度机构常用运动规律的主耍特性比较及具使 用场合，以及在设计过程中遇到的一些问题及解决方法关键词：圆柱凸轮分度机构，设计计算，实体建模，运动仿真1 总述1.1前言凸轮机构是使从动件作预期规律运动的高副机构其主耍优缺点如下优点：①从动件的运动规律可以任意拟定，凸轮机构可用于对从动件要求严 格的地方，也可以用于耍求从动件作间歇运动的地方，其运动时间与停歇时 间比例以及次数都可以任意拟定可以高速启动，动作准确可靠②只要设 计相应的凸轮轮廓，就可以使从动件按拟定的规律运动一般中、低速凸轮 的运动设计比较简单③由于数控机床及计算机的广泛应用，特别是近些年 來可以实现计算机辅助设计与制造使凸轮轮廓的加工并不十分困难。
缺点：①在高副接触处难以保证良好的润滑，乂因其压力较大，故容易磨损， 为了保持必要的寿命，传递动力不能过大②高速凸轮机构中，其高副接触 处的动力学特性比较复杂，精确分析与设计都比较困难而在许多机械设备中，特别是自动化半自动化机械设计中，由于生产工艺的 耍求，往往需耍机构来实现周期性的转位，分度动作以及带有瞬间停顿或停歇区 的断续性运动这种输出曲线呈现周期性的机构称为间歇运动机构间歇运动机构广泛应用丁机床、化工、轻工、印刷、电子、包装、食品机械、 计量器具等行业机械运动机构种类繁多，随着科学技术的发展，加工效率的提 高，高速、精密的间歇运动机构越来越多的得到使用用于间歇运动的机构有: 棘轮机构、槽轮机构、针轮机构、不完全齿轮机构和凸轮分度机构棘轮机构用 丁将摇杆的周期性摆动转换为棘轮的单向间歇转动，也常作为防逆转装盖；槽轮 机构（乂称马尔他机构）能把主动轴的单向匀速连续转动转换为从动轴的单向周 期性间歇运动常用于各种转位机构中；不完全渐开线齿轮机构能将主动轮的等 速连续转动转换为从动轮的间歇转动其动停时间比不受机构结构的限制，制临 方便，但是从动轮在每次间歇运动的始、末有剧烈冲击，故一般只用于低速、轻 载及机构冲击不影响正常工作的场合。
若设置缓冲结构可改善机构的动力性能; 针轮机构分为外啮合和内啮合，其主要结构特点是主动针轮上有针齿和i段锁止 凸圆弧，而从动星轮上有锁止凹圆弧，每俩段锁止弧之间有摆线齿啣的轮齿和过 渡曲线，从动件的运动规律为开始啮合时逐渐加速，中间为等速，啮合终了时为 逐渐减速；凸轮分度机构中，主动件是凸轮，一般作等速连续旋转，从动件是装 有多个滚子的转盘，可按设计要求作间歇步进分度转位运动这种机构不需具他 附属装置即可完成较精确的分度定位而间歇运动的形式是动-停-动，这样运动 过程中必然产生加速度和冲击，对工作过程是非常不利的，因此，对于使用于高 速、精密的间歇运动机构多采用凸轮机构，而凸轮的设计耍求是非常高的，常采 用的凸轮机构有弧面分度凸轮机构，圆柱凸轮分度机构，平行凸轮分度机构等 木课题针对圆柱凸轮分度机构进行理论分析和具体结构设计圆柱凸轮分度机构 的主动件为圆柱凸轮，从动盘上装有若干个沿转盘圆周方向均匀分布的滚子，滚 子的轴线与转盘轴线平行，凸轮和转盘两轴线间垂直交错当滚子旋转时，其分 度段凸轮轮廓推动滚子使转盘分度转位，当凸轮转到英停歇段轮廓时，转盘上的 两个相邻滚子跨夹在凸轮的圆环面的突脊上，是转盘停止转动。
所以这种机构不 需要附加具他装置，就能获得良好的定位作用市场上琳琅满冃的商品，多半是自动机生产的而自动机在丁•作时要周期性 的运动和停歇，运动时为了把产品转移到下一个工位，间歇是为了给不同工位上 的机械手以足够的作业时间这样，半成品在经过多个工位的加TZ后，就成了 完整的成品机械工业是重要的基础工业，由于现代科技的迅猛发展，机械工业已发生极 为深刻的变化，特别是与计算机技术的紧密结合，是现代机械技术较以往更为复 杂和先进，与此同时，对在各种自动机，自动线，半自动线中将连续运动转变为 间歇运动的机构也提出越来越高的耍求一台自动机能否高效而平稳的工作，关键取决丁凸轮分度机构的技术性能及 其所提供的运动是否平稳，所提供的间歇是否准确，因此说，凸轮分度机构是自 动机核心部件1・2分度运动在机械设计中，分度运动主耍有直线式的传送带或旋转式的T作台两类 这两类运动都必须满足精密的位置精度的耍求凸轮驱动的精密间歇机构具 有较高的分度精度，适用于高速生产，并具有高承载能力和低维修，能满足 用户所需的特殊运动特性，是一种很有发展前途的新兴的凸轮驱动分度机构 这种机构是由凸轮、从动件、行动系统以及驱动系统组成的。
1. 3从动系统T作原理分度系统的从动件一般为圆柱型滚子，滚子固定在从动盘上，而从动盘 多固定在输出轴上，此轴支撑在固定丁箱体内的轴承上，从而构成了从动系 统当电动机作用于驱动系统，使运动按一定的耍求输出到凸轮轴上，凸轮 轴便以一定的速度旋转，通过凸轮的轮廓带动与Z啮合的从动轮上，从而是 精密间歇分度运动由输出轴完成在啮合过程中，通过凸轮轮廓的变换来控 制和引导从动件的旋转和停顿，来完成预先要求的间歇运动凸轮以固定的 速度旋转、输出、停顿和启动，这个工程周期性循环1. 4凸轮驱动系统分度机构的特点凸轮分度系统是自动化机械中实现高速、高精度间歇分度运动的新型传动 装置应用高等数学理论和现代数控技术进行优化设计与精密加工，使Z具 有分度精度高、高速、性能好，运转平稳，结构紧凑，体积小，重量轻，噪 音低，寿命长等优点，广泛丿应用于各种口动机械的间歇转位分度及口动生产 线步进输出机构，是在轻工，包装，制药，烟草，电子，化工等行业中实现 自动、高效生产的首选核心部件凸轮分度驱动系统机构可以设计成最能满足精密精度和刚度耍求的机构, 在凸轮分度中，凸轮从动件总是和凸轮保持啮合的，从动件在啮合中有预载， 这是采用变化轴间距的方法在凸轮和从动件间建立一个微小的干扰，微小干 扰消除了任何制造公差和间隙。
这种预紧的方法产生轴向力是依靠输入轴和 输出轴上的锥形滚子轴承支撑这个预加载荷是输出运动的整个工程都是由 凸轮控制，从而保证机构精度为了特殊运动达到需要，简单的修正凸轮 并对精密凸轮的分度和分度机构中的从动件，对从动系统以及驱动系统进行 精心设计，就可以使啮合中的冲击保持最小，级度可达精密级与齿轮啮合 的滚子采用滚针轴承，形成滚动接触，减少摩擦和磨损，从而延长了寿命， 减小了震动，提高了精度，该分度机构的速度和从动件的加速度曲线也可以 人为控制，所以称为当今最好的机构Z-O1・5常用的凸轮分度机构1. 5. 1弧面分度凸轮机构弧面凸轮分度机构如图1-1所示，用丁•两垂直交错轴间的间歇分度步进传动主动凸轮为圆弧冋转体，凸轮轮廓制成突脊状，类似于一个具有变螺旋角的弧面 蜗杆从动转盘外圆上装有沿轴线径向均匀分布的滚子转盘相当于涡轮，滚子 相当于蜗轮的齿所以弧面凸轮也有单头、多头和左旋、右旋Z分，凸轮和转盘 转动方向间的关系，可用类似于蜗杆蜗轮传动的方法来判定当蜗轮旋转时，其 分度段轮廓推动滚子，使转盘分度转位；当凸轮转到其停/段轮廓时，转盘上的 两个滚子跨夹在凸轮的圆环面突脊上，使转盘停止转动。
所以这种机构不必附加 具他装置就能获得很好的定位作用；乂可以通过调整中心距来消除滚子与凸轮突 脊间的间隙和补偿磨损；转盘在分度期的运动规律，可按转速、载荷等工作要求 进行设计；特别使用于高速、重载、高精度等分度场合凸轮一般作是、连续旋 转，有时由于需耍转盘有较长的停/时间，也可使凸轮作间断性旋转1.5.2平行凸轮分度机构平行凸轮分度机构，乂称共轨凸轮分度机构，其机构用于两平行轴间的间歇 分度步进传动如图1-2所示，主动凸轮1由前后两片盘型凸轮组成这两片凸 轮在制造时廓线形状完全相同，安装时，使前后两片成镜像对称错开一定相位角 安装，故称为共辄凸轮分度机构从动盘2的前后两端面上也各装有儿个径向均 匀分布的滚子当凸轮旋转时，其前后两侧的丿廓线分别与相应的滚子接触，相继 推动转盘分度转位或抵住滚子起限位作用当凸轮转到其圆弧形廓线与滚子接触 时，转盘停止不动由丁机构工作时是由两片凸轮按设计要求同时控制从动转盘 的运动，因此凸轮与滚子Z间能保持良好的形封闭，不必附加弹费等其他装置就 能获得较好的儿何锁合当然，对凸轮加工精度和安装要求也较高其主要性能特点：1 .结构简单，成本低，维护方便2. 分度精度高3•机构使用于分度次数〈100次\分，中、轻载场合，分度凸轮机构是利用一 组平面共辄凸轮为主动件进行连续均匀转动，凸轮共轨曲面与从动盘上各层滚子 于此相啮合，来实现输出轴的分度运动与定位的，从而将连续的回转运动转变为 间歇运动输出。
其特点是输入轴与输出轴平行，通常在水平状态下安装使用，广泛应用丁•各种翻转和摇摆机构1.5.3 圆柱凸轮分度机构如图1-3所示，圆柱凸轮分度机构的主动运动体为圆柱体，从动盘上装有若 干个沿着转盘圆周方向均匀分布的滚子，滚子的轴线与转盘轴线平行，凸轮轴线 和转盘轴线垂直交错当滚子旋转时,其分度段轮廓推动滚子使转盘分度转位； 当凸轮转到停歇段轮廓是，转盘上的两个滚子跨夹在凸轮的圆环而的突脊上使转 盘停止转动所以这种机构不必附加其他装置，就能获得良好的定位作用滚子可以使圆柱形或圆锥形与凸轮工作面啮合的若干个点的磨损较均匀，为 了消除滚子与定位环面的磨损，滚子盘应能作轴向调整方不能保证各个滚子在 滚子盘上的轴向位置保持一致时，则对每个滚子盘上轴向位置都耍求能轴向调整, 因此结构较复杂圆柱滚子与凸轮工作而啮合的各点磨损不均匀，滚子与定位环 面的啮合间隙靠工艺保证，间隙大时会影响定位精度，圆柱形滚子不必作轴向位 置调整，结构简单，类似丁变螺旋角的圆柱蜗杆，所以具分度段的轮廓也有左旋 和右旋，单头和多头Z分，但一般采用单头凸轮与转盘间的转动方向关系，可 釆用类似于蜗轮蜗杆传动的方法加以判定凸轮一般作等速连续旋转运动，但有 时乂会需耍转盘有较长的停歇时间，也可以使凸轮作间歇性的旋转。
圆柱凸轮分度机构具有较高的转动精度，其精度主要靠凸轮的加工艺和机构 的装配保证，凸轮的加工成本较高，通常采用数控铳床加工2圆柱凸轮分度机构的计算2. 1圆柱凸轮分度机构的主要运动参数由丁圆柱滚子与凸轮轮廓间的间隙较难补偿，容易产生跨越冲击，滚子轴 的刚度及与凸轮的啮合性能均不及弧面分度凸轮机构，故一般多用于中、低速及中轻载荷场所低速n<100r\min,中速100r\min
