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高速凸轮机构简介
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在讨论凸轮机构的设计时,通常是把机构中各构件(力锁合弹簧除外)视为绝对刚体,而未考虑构件的弹性变形对运动的影响。此时从动件上各点的运动规律相同,由凸轮的轮廓曲线决定。但是对于运转速度较高、构件刚性较低的凸轮机构,由于惯性力较大,构件的弹性变形及在激振力作用下系统的振动不能忽视。例如直动从动件的弹性变形和振动将导致从动件输出端的位移与输入端(如从动件尖底或滚子中心)的位移不一致,从而使凸轮机构实际输出位移偏离预期要求,即从动件输出端存在动态位移误差。因此,为使从动件输出端的实际运动规律满足预期要求,必须将凸轮机构按弹性系统进行设计。

高速凸轮机构作为一个弹性系统,在激振力作用下将发生振动。引起振动的原因主要有以下几个方面:

1)凸轮周期性运动;
2)凸轮轮廓的加工误差;
3)运动构件的惯性力;
4)弹簧力锁合式凸轮机构中从动件与凸轮轮廓瞬间脱离接触;
5)外载荷的瞬时突变;
6)运动副间隙;
7)其他干扰力。

由于构件的弹性变形和系统的振动,高速凸轮机构的设计将涉及以下问题:

1) 弹性动力学模型的建立

为了简化计算,通常将构件的连续分布质量看作是集中在一点或若干点的集中质量,用无质量的弹簧来表示构件的弹性,用无质量、无弹性的阻尼元件表示系统的阻尼,并忽略一些次要的影响因素,从而把凸轮机构简化为由若干无弹性的集中质量和无质量的弹簧以及阻尼元件组成的弹性系统。例如对于尖底接触直动从动件盘形凸轮机构,在仅考虑从动件弹性情况下(一般凸轮的刚性要比从动件的刚性高得多),其动力学模型如图所示。该弹性系统的运动微分方程为:

式中:m为从动件质量;kf为从动件弹簧刚度;ks为力锁合弹簧的弹簧刚度;yc为从动件输入端(尖底)位移,与凸轮轮廓曲线形状有关;ys为从动件输出端位移;c为阻尼系数;Q为工作载荷。

2) 从动件输出端真实运动规律的确定

当已知yc(t)时,由上式可求得从动件输出端的真实位移规律ys(t),即从动件输出端对激振的动态位移响应。

3) 残余振动

对于从动件输入端运动规律为升-停-降-停的凸轮机构,系统在推程和回程阶段的振动称为主振动。主振动将延续到从动件输入端停歇阶段,从动件输入端停歇阶段的振动称为残余振动。在停歇阶段,系统不再受到外加激振的作用,同时由于阻尼的存在,所以残余振动是衰减的自由振动。残余振动将影响从动件输出端在行程两端的位置精度,应加以控制。

4) 从动件输出端运动规律的选择及凸轮轮廓曲线的设计

在高速凸轮机构设计时,为使yc(t)的一阶、二阶导数连续以避免输入端冲击,ys(t)应满足四阶导数都连续。当选定ys(t)后,由上式可求得输入端运动规律yc(t),再由此设计凸轮轮廓曲线。

5) 保证从动件输入端始终与凸轮轮廓曲线接触

高速凸轮机构在运转过程中,有时会出现从动件输入端瞬间跳离凸轮,之后又重新与凸轮接触,从而引起所谓"跳动"的振动。对于用弹簧力锁合的高速凸轮机构,主要靠正确设计弹簧防止跳动。
(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (2/15/2005)
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佳工网友 chen (Email) 于3/6/2007 1:20:00 AM评论说:
请问多高的速度才算高速?


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