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圓柱分度凸輪機構的分析與設計
【摘 要】如何分析圓柱分度機構。
【關鍵詞】分度盤；圓柱凸輪
根據(jù)機構運動分配圖所確定的原始數(shù)據(jù)，分別設計各組獨立的執(zhí)行機構。進行凸輪機構尺寸設計時，通常需完成以下過程。
1.凸輪機構選型
在設計計算凸輪幾何參數(shù)前，要先確定采用何種形式的凸輪機構，其中包括凸輪的幾何形狀、從動件的幾何形狀、從動件的運動方式、從動件和凸輪輪廓維持接觸的方式等。選型設計的靈活性很強，同一工作要求可以由多種不同的凸輪機構類型來實現(xiàn)：
（1）從動件的運動方式可以與執(zhí)行機構的運動方式相同，也可以不同。他們之間可通過適當?shù)膫鲃訖C構進行變換，即移動變?yōu)閿[動，或者擺動變?yōu)橐苿印?/p>
（2）凸輪的幾何形狀（平面的或空間的）選擇要考慮到它在機床中的安裝位置，目的是盡量簡化由從動件至執(zhí)行機構之間的傳動機構。
（3）平面凸輪機構可用各種形式的從動件，即尖底、滾子或平底的，而空間凸輪機構中通常只能采用滾子從動件。
2.計算從動件的主要運動參數(shù)
根據(jù)執(zhí)行構件的運動要求計算出凸輪機構的從動件行程（最大位移量或最大旋轉角度）。對于執(zhí)行構件與凸輪機構的從動件固定連接的情況，運動要求是一致的。對于執(zhí)行構件與凸輪機構的從動件兩者之間還具有運動傳遞機構的情況，則需要采用機構位置分析方法進行計算。如果執(zhí)行機構件在運動過程中有一個或數(shù)個駐點位置需要保證與其它執(zhí)行構件的運動協(xié)調(diào)關系，則也需計算出與這些駐點對應的從動件位置參數(shù)。
3.確定從動件的運動規(guī)律
從動件在整個運動范圍內(nèi)的運動特性，諸如位移、轉角、速度等（有駐點要求時還包括通過駐點位置時的運動特性），是與執(zhí)行構件工作特性密切相關的，也與所選定的凸輪機構的類型之間存在一定制約因素。因此，在確定從動件的運動規(guī)律時需要分析各種有關的影響因素。
4.凸輪機構的基本尺寸設計
凸輪機構的基本尺寸主要受兩種矛盾因素的制約。如果基本尺寸較大，則相應的機構總體尺寸較大，造成原材料和加工工時的浪費、機器尺寸過大；而基本尺寸太小，會造成運動失真、機構自鎖、強度不足等不良后果。機構的基本尺寸設計是要尋求合理的機構尺寸，使之能夠兼顧矛盾的兩個方面。
5.凸輪機構的凸輪輪廓設計
基于凸輪機構的基本尺寸和從動件的運動規(guī)律，即可求的凸輪的輪廓曲線坐標。當凸輪機構運動速度較高或凸輪機構中構件剛性較小時，構件的彈性變形將對從動件的實際運動特性產(chǎn)生明顯的影響。對于此類情況，必須對所設計的凸輪機構按高速凸輪機構的特性進行分析和設計。
圓柱分度凸輪機構的設計如圖1所示。圖2中給出圓柱分度凸輪機構的設計的展開圖。分度盤的分度運動和靜止都是由圓柱分度凸輪上的凸緣兩個工作側面控制：分度運動時凸緣控制主滾子2和后續(xù)滾子3，當分度運動結束時，主滾子2到達前導滾子1的位置，而后續(xù)滾子3則到達主滾子1的位置；靜止時主滾子2和前導滾子1受y值不變的凸緣工作側面控制，使分度盤固定不動。為了確保分度盤從靜止向分度運動平穩(wěn)過渡，在凸緣的左端設置一段休止期輪廓的延伸量，使休止期結束前工作滾子平穩(wěn)的從主滾子2和前導滾子1過渡為主滾子2和后續(xù)滾子3。
為了控制理論計算誤差，凸輪機構的中心距可設置為：
a=L（1+cosψ） （1）
凸輪的展開輪廓曲線坐標可按主滾子2和后續(xù)滾子3進行計算。
主滾子2：
分度運動理論坐標為：
式中，φ∈[0，?]，ψ=ψ（φ）根據(jù)選定的分度運算規(guī)律計算確定。
分度運動實際輪廓坐標為：
式中，R是分度盤滾子半徑，a2是機構的壓力角，由圖2可得
由于P點是凸輪與分度盤的速度瞬心，因此得：
式中，R為凸輪分度圓柱面半徑，dψdφ=dψdφ（φ）為分度盤的類角速度。
后續(xù)滾子3：
分度運動理論輪廓坐標為：
分度運動實際輪廓坐標為：
式中，Rr是分度盤滾子半徑，a是機構的壓力角，由圖2可得。
由于速度瞬心P點位置不變，因此得：
凸輪基圓半徑按許用壓力角條件選用。由于機構不存在回程期，dψdφ恒為正值，由式（4）、（5）得條件式。
分度盤靜止區(qū)段所對應的凸輪輪廓是環(huán)狀的圓弧段，展開輪廓坐標可按前導滾子1和主滾子2的位置確定。
前導滾子1：
理論輪廓坐標為：
實際輪廓坐標為：
如上所述，為了使分度盤平穩(wěn)地從靜止過渡到分度運動，在凸緣的左邊即分度運動的始端需要延伸一段休止期輪廓。該段延伸的休止期輪廓所占的凸輪回轉角約為（0.2-0.3）?s，所對應的輪廓坐標可按主滾子2和后續(xù)滾子3計算。
主滾子2：
理論輪廓坐標為：
實際輪廓坐標為：
理論輪廓坐標為：
實際輪廓坐標為：
為了使主滾子2和后續(xù)滾子3順利滑入延伸段凸緣，宜將凸緣的端部適當修薄。
凸緣式圓柱凸輪機構動靜比可根據(jù)工作要求確定，不受機構自身特點的限制，而且控制分度運動的凸輪輪廓曲線可根據(jù)運動特性要求設計，實現(xiàn)高速運轉條件下地起步和停步。
【參考文獻】
[1]凸輪機構設計與應用創(chuàng)新.機械工業(yè)出版社.
[2]機械設計通用手冊——機械工業(yè)出版社.
[3]重型機床設計與計算——北京工業(yè)大學出版社.
[4]新編機械設計實用手冊——學苑出版社.
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