双滚子直动共轭凸轮机构设计

时间：2025-04-26

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第2 0卷第 4期20 0 7年 4月

武汉科技学院学报J OURNAL UHAN OF W UNI RS TY VE I OF SCI ENCE AND ENGI NEERI NG

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双滚子直动共轭凸轮机构设计鼯善卑(武汉工业学院机械工程系,湖北武汉 4 0 2) 3 03摘要:介绍一种能实现从动件往复运动的共轭凸轮机构,该机构的传动由同轴安装的两共轭凸轮驱动同一从动件上的两个滚子来实现.提出一种基于复极矢量函数的分析方法并结合 m t b a a软件编程, l对共轭凸轮的廓线进行分析与求解方便又有效,并给出应用实例.

关键词:共轭凸轮;往复运动;廓线;复极矢量;MaaⅡb中图分类号:T 1 Hl2文献标识码:A 文章编号:10 -56 (07一00—0 0 9 1020 ) o 9 4

凸轮机构按其封闭方式不同可分为力封闭和形封闭两类:利用弹簧力,从动件自重等外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触,这就是力封闭类凸轮机构 .这种凸轮机构应用较广泛,设计也较简单,但仅能用于一般要

求不高的中,低速的场合.而形封闭类凸轮机构的从动件和凸轮轮廓之间是靠凸轮的几何形状来保持其接触的,不需额外施加弹簧力等外力 .共轭凸轮机构就属于此类,在共轭凸轮机构中一般有多个凸轮或 ( )多个从动和件….如与双滚子配合的共轭凸轮机构,平行分度凸轮机构等 .本文讨论与双滚子配合的直动共轭凸轮机构.

1双滚子直动共轭凸轮机构与双滚子配合的直动共轭凸轮机构工作原理如图 1其主动件一一凸轮由同轴安装的一对共轭凸轮 (片凸 .前轮,后片凸轮 )成,前,后片凸轮分别驱动滚子 I滚子 2,滚子 1组和和滚子 2安装在同一个从动件一一推都

杆上,推杆只能做往复移动 .这里,推杆是一个中部呈框形的零件 .利用此凸轮机构就可将凸轮的匀速转动转变为推杆所需要的往复直线运动【. 2]与常见的普通直动推杆盘形凸轮机构,曲柄滑块机构以

及气缸等机构相比,这种形封闭的双滚子直动共轭凸轮机构, 由于两个滚子均紧压在各自凸轮的轮廓上,所以工作准确可靠;结构简单且不需靠弹簧力或其他外力使滚子与凸轮廓线始终保持接触;能按理想的运动规律设计廓线,故可使凸轮机构具有较好的动力学特性,从而较适宜在高速重载下长期平稳地工作 . 要想发挥这种形封闭的共轭凸轮机构的优势,就需要对

共轭凸轮的廓线进行分析求解 .

的子滚2

2共轭凸轮廓线的分析求解

图 1与双滚子配合的共轭凸轮机构

凸轮的廓线可根据

机器工作要求,先选定从动件 (推杆 )的往复运动规律,再进行设计 .一个凸轮廓线求出后,再按图 1中 C等于常数这一共轭条件求出另外一片凸轮的理论廓线,然后在理论廓线的基础上求凸轮的工作廓线并进行必要的压力角分析校核.

收稿日: 0 70一 1期 2 0— O 2作者简介:唐善华 ( 9 3 )女,副教授,高级工程师,研究方向:包装与食品机械设计 16一,基金项目:湖北省自然科学基金计划项目 (目编号:20 A A 6 ).项 0 6 B 29

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第4期

唐善华:双滚子直动共轭凸轮机构设计

Rg D局+ 1==

(4 )

式中:最为前述理论廓线的复极矢量;: . 点的切矢方向角逆时针旋转 9 . 0,即式

,的矢径 p为所选的滚子半径是已知常量,极角为最. P 在

最+ 2

( 5)

故所求工作廓线的复极矢量函数最由此得出. .可 23后片凸轮理论廓线和工作廓线 .. 3当前片凸轮处于推程时,后片凸轮处于回程起抵挡作用;而前片凸轮处于回程时后片凸轮处于推程,这时前片凸轮起抵挡作用 .前片凸轮廓线确定之后,后片凸轮廓线按共轭条件 C为常数得出. 在坐标系 XO .,后片凸轮廓线用矢量函数匠来表达 .设有一个矢量,其矢径 C ly中:为常数即给定的共轭条件;其相角等于前片凸轮理论廓线最.的相角:ZC=LR1 (6 )

栅

根据共轭条件有最= .:豆一 (7 )

所得最为无因次时间的复极矢量函数,最所代表的曲线即为后片凸轮理论廓线 .:: 后片凸轮理论廓线压力角分布的分析方法与前片凸轮的分析过程相同. 后片凸轮工作廓线的求解与前片凸轮工作廓线的步骤相同.这里不再重复 . .

3基于 ma a的设计实例 tb lMalb t是一个功能强大的工程计算软件 .结合上述设计过程,先将往复行程,动停比,运动规律,前片凸 a 轮基圆,前,后片凸轮共轭条件 C赋值,然后利用 malb的矩阵运算,符号运算 ( t a尤其是符号微分 )图形用及户界面设计 ( UI编程实现可视化设计 .下面以某打印机往复模的凸轮传动机构为例进行设计 . G ) 该打印机的往复模采用双滚子直动共轭凸轮机构,要求往复行程 h 8 m= 0,动停比 l:,选正弦加速度运 m 2动规律,取前片凸轮基圆取 1 0 m 0,前,后片凸轮共轭条件 c 2 0 m m= 8 .图 3 m是共轭凸轮的理论廓线和工作廓线, 图4是共轭凸轮机构的压力角分布图.

2 0O

-5 10

10 0

-0 5

5 0

1 ∞

10 5

2O 0

20 5

无因次时闻

图 3共轭凸轮的理论廓线和工作廓线

图 4共轭凸轮机构的压力角分布