直動(dòng)-擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)

邵世權(quán)（菏澤技師學(xué)院，山東　菏澤　274000）

?

直動(dòng)-擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)

邵世權(quán)
（菏澤技師學(xué)院，山東菏澤274000）

摘要：針對(duì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律比較復(fù)雜的情況下，給出一種新的凸輪機(jī)構(gòu)。打破傳統(tǒng)的單個(gè)凸輪組合機(jī)構(gòu)的局限，設(shè)計(jì)一種凸輪凸輪組合機(jī)構(gòu)共同控制同一從動(dòng)件的凸輪機(jī)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)規(guī)律；凸輪機(jī)構(gòu)；從動(dòng)件；理論曲線；運(yùn)動(dòng)學(xué)；動(dòng)力學(xué)；凸輪輪廓角

1　引言

在機(jī)械式自動(dòng)控制中，凸輪機(jī)構(gòu)具有許多優(yōu)點(diǎn)，比如說，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊、設(shè)計(jì)比較方便、而且容易使執(zhí)行部件獲得預(yù)期的運(yùn)動(dòng)等，而從而在許多傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用，但是在制造中也存在許多問題，尤其是凸輪的反求設(shè)計(jì)中。在制造中尤其在仿制中，如果想根據(jù)執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)而測(cè)繪處凸輪的運(yùn)軌跡，并且在CAD中畫出運(yùn)動(dòng)軌跡圖，而根據(jù)軌跡圖反求凸輪的機(jī)構(gòu)，在這種情況下往往比較難以確定凸輪機(jī)構(gòu)的類型。如圖1所示。

挑線桿勾針在運(yùn)動(dòng)的過程中不要求同時(shí)實(shí)不僅有來回的送線直線運(yùn)動(dòng)，而且還要讓勾針進(jìn)行準(zhǔn)確的勾線動(dòng)作，并且勾線的時(shí)間停頓又有要求，凸輪的機(jī)構(gòu)復(fù)雜。為了滿足上述復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求，一般普通單一的凸輪機(jī)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作軌跡，而齒輪機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)中間停頓。所以在這里我們考慮用一種凸輪組合機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)上述要求的運(yùn)動(dòng)軌跡。

一般單個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)能輸出的運(yùn)動(dòng)形式有8種：①旋轉(zhuǎn)凸輪-直動(dòng)從動(dòng)件；②旋轉(zhuǎn)凸輪-擺動(dòng)從動(dòng)件；③移動(dòng)凸輪-直動(dòng)從動(dòng)件；④移動(dòng)凸輪-擺動(dòng)從動(dòng)件；⑤固定凸輪-直動(dòng)從動(dòng)件；⑥固定凸輪-旋轉(zhuǎn)從動(dòng)件；⑦雙輸入凸輪機(jī)構(gòu)；⑧旋轉(zhuǎn)主動(dòng)件-逆凸輪從動(dòng)件?？紤]到縫紉機(jī)容易實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)是隨主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以我們選擇兩個(gè)旋轉(zhuǎn)凸輪的組合凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)該軌跡。在旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)中我們選擇圓柱凸輪，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

2　原理分析

如圖2所示：設(shè)兩圓柱凸輪相對(duì)滑塊的移動(dòng)路線對(duì)稱，滑快在滑槽里做直線運(yùn)動(dòng)（滑槽在圖中沒有畫出），直徑為可以設(shè)置為D，簡(jiǎn)化計(jì)算執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(dāng)連桿水平時(shí)，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(gè)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(biāo)系為xoy。

在從動(dòng)件挑線桿勾針C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡可安圓柱凸輪旋轉(zhuǎn)一周360度，在360度之間均勻分成n段，各個(gè)插值點(diǎn)分別為C0...、Ci、...、Cn（C0），各任意點(diǎn)n分別對(duì)應(yīng)兩凸輪軸的n等份轉(zhuǎn)角θn（360°），也就是說把360度進(jìn)行n等分。所以在第i點(diǎn)凸輪軸轉(zhuǎn)過的角度為θi=360°i/n （1）；此時(shí)插值點(diǎn)i的橫坐標(biāo)為XCi、縱坐標(biāo)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(diǎn)的縱坐標(biāo)為坐標(biāo)方程為:yEi=yCi-；

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

從圖中還可看出，當(dāng)連桿不在水平位置時(shí)，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(jì)算出凸輪輪廓上各點(diǎn)處理論角度和實(shí)際角度的偏移量為：Δθi=±arcsin（2*ΔXi/D）

即可計(jì)算出凸輪上各點(diǎn)的實(shí)際輪廓角為：φi=θi+ΔθiΔθi正負(fù)號(hào)的取向以圖2右邊的凸輪為例，當(dāng)從上往下看時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)向如果是逆時(shí)針則應(yīng)該取正，因?yàn)榇藭r(shí)A點(diǎn)轉(zhuǎn)到軸線的右側(cè)，相當(dāng)于比凸輪的轉(zhuǎn)速快所以此時(shí)的A點(diǎn)轉(zhuǎn)角應(yīng)該是φi=θi+ arcsin（2*ΔXi/D），左邊的凸輪因?yàn)檗D(zhuǎn)向相反所以應(yīng)該是φi=θi-arcsin（2*ΔXi/D）。如果凸輪的轉(zhuǎn)向改變則符號(hào)隨之改變。

若進(jìn)一步考慮滾子的半徑，則不難設(shè)計(jì)出凸輪的實(shí)際輪廓曲線。所以，我們只要知道C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)就可以推導(dǎo)出從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡，有了曲線方程后就不難應(yīng)用機(jī)械原理的知識(shí)來對(duì)各個(gè)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

3　總結(jié)

當(dāng)機(jī)器的工作過程中要求從動(dòng)件的位移運(yùn)動(dòng)規(guī)律比較復(fù)雜時(shí)，可以選擇凸輪凸輪組合機(jī)構(gòu)來共同控制同一個(gè)從動(dòng)件來實(shí)現(xiàn)，而不只局限于單個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

［1］曹西京，張淳等.直動(dòng)—擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪組合機(jī)構(gòu)的凸輪廓線.

［2］設(shè)計(jì).2002，12（22）.

［3］管榮法.凸輪與凸輪機(jī)構(gòu)［J］.國(guó)際工業(yè)出版社，1993.

［4］石永剛，徐振華.凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.1995.

［5］彭國(guó)勛，肖正揚(yáng).自動(dòng)機(jī)械的凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.1990.

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

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