直動-擺動從動件凸輪機構的分析設計

邵世權（菏澤技師學院，山東　菏澤　274000）

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直動-擺動從動件凸輪機構的分析設計

邵世權
（菏澤技師學院，山東菏澤274000）

摘要：針對從動件的運動規(guī)律比較復雜的情況下，給出一種新的凸輪機構。打破傳統(tǒng)的單個凸輪組合機構的局限，設計一種凸輪凸輪組合機構共同控制同一從動件的凸輪機構。

關鍵詞：運動規(guī)律；凸輪機構；從動件；理論曲線；運動學；動力學；凸輪輪廓角

1　引言

在機械式自動控制中，凸輪機構具有許多優(yōu)點，比如說，結構簡單而緊湊、設計比較方便、而且容易使執(zhí)行部件獲得預期的運動等，而從而在許多傳動機構中得到廣泛應用，但是在制造中也存在許多問題，尤其是凸輪的反求設計中。在制造中尤其在仿制中，如果想根據(jù)執(zhí)行部件的運動而測繪處凸輪的運軌跡，并且在CAD中畫出運動軌跡圖，而根據(jù)軌跡圖反求凸輪的機構，在這種情況下往往比較難以確定凸輪機構的類型。如圖1所示。

挑線桿勾針在運動的過程中不要求同時實不僅有來回的送線直線運動，而且還要讓勾針進行準確的勾線動作，并且勾線的時間停頓又有要求，凸輪的機構復雜。為了滿足上述復雜的運動要求，一般普通單一的凸輪機構很難實現(xiàn)其動作軌跡，而齒輪機構不能實現(xiàn)中間停頓。所以在這里我們考慮用一種凸輪組合機構來實現(xiàn)上述要求的運動軌跡。

一般單個凸輪機構能輸出的運動形式有8種：①旋轉凸輪-直動從動件；②旋轉凸輪-擺動從動件；③移動凸輪-直動從動件；④移動凸輪-擺動從動件；⑤固定凸輪-直動從動件；⑥固定凸輪-旋轉從動件；⑦雙輸入凸輪機構；⑧旋轉主動件-逆凸輪從動件。考慮到縫紉機容易實現(xiàn)的運動是隨主軸的旋轉運動，所以我們選擇兩個旋轉凸輪的組合凸輪機構來實現(xiàn)該軌跡。在旋轉凸輪機構中我們選擇圓柱凸輪，機構簡圖如圖2所示。

2　原理分析

如圖2所示：設兩圓柱凸輪相對滑塊的移動路線對稱，滑快在滑槽里做直線運動（滑槽在圖中沒有畫出），直徑為可以設置為D，簡化計算執(zhí)行機構的運動軌跡，連桿AEB可以近似看成是直線，并取Ab、Be相等同為a，可以看出當連桿水平時，連桿兩端的正面投影始終在兩凸輪軸線上，從圖中可以看出兩個圓柱凸輪中心距離為a的兩倍，連桿和挑針的夾角β，EC的距離為b，并建立平面坐標系為xoy。

在從動件挑線桿勾針C點的運動軌跡可安圓柱凸輪旋轉一周360度，在360度之間均勻分成n段，各個插值點分別為C0...、Ci、...、Cn（C0），各任意點n分別對應兩凸輪軸的n等份轉角θn（360°），也就是說把360度進行n等分。所以在第i點凸輪軸轉過的角度為θi=360°i/n （1）；此時插值點i的橫坐標為XCi、縱坐標為YCi，可求得挑針與X軸的夾角為：γ=90-arcsin［Xci/b］；

故可求得E點的縱坐標為坐標方程為:yEi=yCi-；

而點E始終在Y軸上運動所以其橫坐始終0；于是可求得連桿上點A的位置:橫坐標XAi為-a*sin（β-γ），縱坐標yAi為yEi-a*cos（β-γ）

從圖中還可看出，當連桿不在水平位置時，圓柱滾子中心在平面上的投影要偏離凸輪的中心線，偏移量為:ΔXi=a*［1-sin（β-γ）］；

再根據(jù)理論值和偏移量，可計算出凸輪輪廓上各點處理論角度和實際角度的偏移量為：Δθi=±arcsin（2*ΔXi/D）

即可計算出凸輪上各點的實際輪廓角為：φi=θi+ΔθiΔθi正負號的取向以圖2右邊的凸輪為例，當從上往下看時，凸輪的轉向如果是逆時針則應該取正，因為此時A點轉到軸線的右側，相當于比凸輪的轉速快所以此時的A點轉角應該是φi=θi+ arcsin（2*ΔXi/D），左邊的凸輪因為轉向相反所以應該是φi=θi-arcsin（2*ΔXi/D）。如果凸輪的轉向改變則符號隨之改變。

若進一步考慮滾子的半徑，則不難設計出凸輪的實際輪廓曲線。所以，我們只要知道C點的運動軌跡坐標就可以推導出從動件的運動軌跡和凸輪的理論輪廓曲線軌跡，有了這些之后，我們就可以尋求一條近似的擬合曲線或組合曲線來代替它，使它能夠滿足C點運動軌跡，有了曲線方程后就不難應用機械原理的知識來對各個從動件的運動進行動力學分析。

3　總結

當機器的工作過程中要求從動件的位移運動規(guī)律比較復雜時，可以選擇凸輪凸輪組合機構來共同控制同一個從動件來實現(xiàn)，而不只局限于單個凸輪機構。

參考文獻：

［1］曹西京，張淳等.直動—擺動從動件圓柱凸輪組合機構的凸輪廓線.

［2］設計.2002，12（22）.

［3］管榮法.凸輪與凸輪機構［J］.國際工業(yè)出版社，1993.

［4］石永剛，徐振華.凸輪機構設計［J］.1995.

［5］彭國勛，肖正揚.自動機械的凸輪機構設計［J］.1990.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.249

作者簡介：邵世權（1975-），男，湖北麻城人，講師，主要從事機械教研工作。