活齿分度凸轮机构的创新设计与研究

发布时间：2020-08-05 08:50

【摘要】： 凸轮分度机构是自动机械装备中的常见机构,由于该类机构具有高转速、高分度精度等优点,目前已在各种印刷、包装等自动机械中得到广泛的应用。但随着自动机械逐步向高速化方向发展,现有分度凸轮机构已无法满足工程中更高分度次数的工况场合。针对这一问题,研讨提出了一种新型高速分度机构。论文创新工作如下: 基于活齿传动原理,提出了一种新型高速分度传动方式。该种分度传动具有结构紧凑、输入输出同轴、可实现任意分度数、凸轮与滚子连续啮合、反行程自锁等特点。提出了新型分度机构:即偏心轮和齿轮齿条式新型分度凸轮机构,并以偏心轮结构形式为重点阐述了其传动原理。在此基础上,定义了该类机构的设计参数和结构参数。应用共轭曲面啮合理论,推导了该类机构的凸轮廓线,进行了凸轮廓线的几何特性分析,重点研究了设计参数对该类机构运动学特性的影响规律,提出了机构参数选取的一般原则。对新型高速分度机构进行了系统的运动分析,应用Pro/E软件对该类机构进行了实体造型及运动仿真演示研究,验证了新机构运动的可行性和机构结构设计的合理性。在此基础上,对该类机构进行了动态静力分析,并重点研究了该类机构通过构件对称布置实现惯性力(矩)平衡的方法。为实现高速分度创造了条件。针对新型分度机构的结构特点,建立了考虑等效接触刚度、机构输入和输出轴扭转刚度等多种因素的多自由度弹性动力学模型,建立了动力学方程,应用变步长的四阶龙格-库塔法进行了求解计算。进行全新设计,制成实验样机。经理论计算与实验结果分析比较,验证了动力学模型的正确性,从而为该类机构的动态设计提供了理论依据。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH112.2
【图文】：

分度凸轮机构,弧面分度凸轮机构,二十世纪

度凸轮机构，如图 1-1 所示。(a）弧面分度凸轮机构 (b) 圆柱分度凸轮机构 (c) 平行分度凸轮机构图1-1 三种常用类型的分度凸轮机构1. 弧面分度凸轮机构二十世纪 20 年代美国工程师 C. N. Neklutin 发明的，当时 Neklutin 称此机构为滚子齿形凸轮分度机构（Roller Gear Drive Mechanism），国外又有称之为 Globoidal Indexing Cam Mechanism。我国于 1988 年将其正式命名为弧面分度凸轮机构。二十世纪 50 年代该机构由 C. N. Neklutin 所创办的Ferguson 公司首先进行了标准化系列化生产。我国从二十世纪七十年代末对该机构也开始了研制工作，天津大学、合肥工业大学、大连轻工业学院、陕西科技大学、山东诸城锻压机床厂等院校和厂家在弧面分度凸轮机构的理论研究、设计制造等方面做了大量的工作。弧面分度凸轮机构从 50 年代开始投产以来，经过不断改进，已成为应用最广泛、产量最大的凸轮分度机构产品[3]。弧面分度凸轮机构是空间凸轮机构的一种，输入轴和输出轴呈空间垂直交错布置。它与平行分度凸轮机构一样，可以通过预载消除啮合间隙，适用于高速、重载、高精度的场合

分度凸轮机构,包络蜗杆

图 1-3 包络蜗杆分度凸轮机构图 1-4 采用双排滚子的弧面分度凸轮机构借鉴了包络蜗轮蜗杆传动原理，陶学恒等[26]将弧面分度凸轮机构看成是变速的蜗轮蜗杆传动副，提出了一种新型的包络蜗杆分度凸轮机构的设计思想，把熟的齿轮传动技术引入到分度凸轮机构的设计和制造中（图 1-3）。文献[27]建了平面包络蜗杆分度凸轮机构共轭的基本方程。文献[28]分析了圆柱面包络蜗分度凸轮机构的啮合原理。文献[29]采用钢球代替滚子，提出了球面包络蜗杆度凸轮机构。文献[30]提出了具有滚动齿的新型锥面包络蜗杆分度凸轮机构，导了滚动齿廓面及凸轮廓面方程，给出了滚动齿的结构设计方案。文献[31]提了一种弧面球包络凸轮分度机构，推导了啮合方程和凸轮廓面方程，并研制出样机，该机构简化了凸轮分度机构的结构。此外，专利[32]提出了采用双排滚子的弧面分度凸轮机构，这是一种十分新的结构，其分度盘的侧视图如图 1-4 所示，即在原先安装一个径向滚子的位置，重新布置了相交成一个角度的两个滚子。由于该专利公布时间较晚，在国内学术刊物上尚未见到相关理论研究的相关报道，但是采用这一结构必然增加了

弧面分度凸轮机构,滚子,分度凸轮机构

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