弧面分度凸轮机构运动可靠性分析与设计

发布时间：2019-09-02 08:02

【摘要】：弧面分度凸轮机构是可实现高速间歇分度运动的精密机构,由于具有分度精度高、传动平稳、定位精准、结构紧凑、承载能力大等优点,被广泛运用于各种自动、半自动设备中。但是由于在机构里存在着各种不确定性因素,导致弧面分度凸轮机构的运动精度降低,为此,本文针对弧面分度凸轮机构的运动精度可靠性及其概率设计展开研究,以弧面凸轮的廓面方程为基础,建立机构的运动误差模型,对弧面分度凸轮机构开展可靠性与可靠性灵敏度分析,并基于可靠性灵敏度分析,对机构进行概率设计。具体内容如下:1、根据弧面凸轮的加工分析以及空间啮合理论,对弧面凸轮的实际廓面方程进行推导,再采用微分法对所求廓面方程进行全微分求得机构的运动误差模型及各误差传递系数,并以求得的误差模型为基础,采用蒙特卡洛抽样,对机构运动误差的概率分布情况进行分析,结果表明,当弧面分度凸轮机构各尺寸参数变量服从正态分布时,机构运动输出误差也服从正态分布。2、在考虑各不确定性因素对机构运动精度的影响下,分别采用一次二阶矩方法和包络法对机构运动的点可靠性和区间可靠性进行分析。通过数值实例求得机构运动精度失效概率曲线。其中,点可靠性对应的失效概率曲线反映了机构在运动过程中不同时刻失效概率的变化情况,区间可靠性对应的失效概率曲线表征机构在不同运动区间上失效概率的变化情况。比较两种可靠性分析方法,机构的区间可靠性分析更能准确地反映机构在整个运动行程上实现期望预定规律的精度的高低,其结果更加符合实际情况。3、通过机构的可靠性灵敏度分析,可以了解到机构运动精度对各误差要素的敏感程度,数值实例表明,弧面凸轮与分度盘安装的轴交角误差对机构运动可靠性影响最大,因此,为了使机构运动具有足够的可靠性,应加强对弧面凸轮与分度盘的轴交角误差的控制。开展了基于可靠性灵敏度的稳健设计,以可靠性灵敏度最小作为目标函数进行优化,优化的结果降低了机构的运动精度可靠度对各随机变量标准差的变化的敏感程度,同时提高了机构的运动精度可靠度;在此优化结果的基础上,基于加工成本——公差模型,建立以制造成本为目标的公差分配优化数学模型,优化结果表明,适当地改变弧面分度凸轮机构各尺寸参数的公差,可降低机构的制造成本,同时也能保证机构具有一定的可靠度。
【图文】：

弧面分度凸轮机构

这些不确定性加以考虑或者考虑不充分，，可能会对机构的运动精度产生至直接导致设计的失败。例如机器人的运动精度下降、重复精度不高以进而导致控制系统复杂、设计困难、价格昂贵等消极影响；仪器仪表受作用其精度下降等等。自动机械中，间歇机构具有广泛的应用，其能够实现机构的连续工作变能，以满足实际工程中需要有停歇动作的工艺，如食品的装袋、原材料传统的间歇传动机构如棘轮机构、槽轮机构等，这些机构的分度精度不带来的冲击载荷较大，对于降噪、稳定性方面不能有足够的保证，其寿因此它们的使用条件被限制在了低速、轻载的场合。而弧面分度凸轮机：分度精度高、分度速度快、高速性能好、传动平稳、定位精准、结构大、可靠性好、噪声小、功能成本低等特点[1 - 3]，因此其被广泛的应用自动化生产线的设备上。弧面分度凸轮机构由弧面分度凸轮、从动转盘径向均匀分布的滚子组成，其结构如图 1.1 所示。

包络函数,运动误差

中：表示在区间[0,e ]内任意的1 都能使1g ( X , ) 成立。对应的失效概率为： 0 1 1 01 1 1 0( , ) Pr ( , ) , [ , ]=Pr ( , ) ( , ) , [ , ]f e eeP gg g XX X（3.12中：表示在区间[0,e ]内存在1 都能使1g ( X , ) 成立。.2.2 包络线法在区间可靠性中的应用包络法的核心思想是找到运动误差函数的包络函数 G ( X )，然后将一个随时间变可靠性分析转化为一个与时间无关的可靠性问题。包络线法是利用包络函数 G ( X )可靠性分析，用 G( ) 0 X 和 G( ) 0 X 分别表示失效边界（超曲面）1g ( X, ) 1g ( X, ) ，将1g ( X, ) 看作以1 为参数的方程，当1 在区间0[ , ]e 上变化时形成了一个超曲面族 g ( X , ) ，如图 3.2 所示[50]。失效区域
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH132.47

【参考文献】