基于ADAMS的连续分度弧面凸轮机构虚拟样机建模与分析

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连续分度弧面凸轮机构是-种新型、高效的传动机构。具有广阔应用前景 。目前在国内尚处于研究阶段，在-定程度上代替蜗轮蜗杆机构。

并具有优良特性。通过调整中心距进行预紧∩达到无间隙啮合 .长期运转后经微调仍可保持 良好精度：同时它将蜗轮蜗杆的摩擦副传动改为滚动副传动。从而大大提高了传动效率，减少了因摩擦传动产生的热量损耗和磨损。该机构精度高、体积孝重量轻、传动效率高、寿命长.特别适宜于高速精密加工机床中的数控转台等从结构特点看 .连续分度弧面凸轮机构实际是传统间歇弧面凸轮机构通过将停歇段设为零而改型成的-种新型传动机构¤助于较为成熟的间歇式弧面凸轮 CAD/CAM研究。连续分度弧面凸轮的设计建模以及数控加工方面已有相关文献进行研究。本文对其承载能力及动态性能进行分析认识 ，从市场应用的角度出发 〃立了基于ADAMS的连续分度弧面凸轮虚拟样机模型 .并对其承载能力进行了仿真1 连续分度弧面凸轮工作原理及受力分析(1)工作原理分析由图 1所 示，当凸轮作为输入轴连续转动时，凸轮槽与分度盘滚子单边啮合。推动分度盘转动 ，分度盘轴带动负载盘工作。在整个啮合传动过程中，凸轮轴转动-圈 ，分度盘转动-个分度角，因此传动比与分度盘滚子个数相关。

a)凸轮机构 b)连凸轮式数控转台图 1 连续分度弧面凸轮结构示意图f2)接触力分析连续弧面分度凸轮机构工作简图如图2。

H图 2 连续分度弧面凸轮机构T作简 图忽略前置的电动机和传动系统对分度凸轮的影响，可假定分度凸轮等速回转。凸轮与分度盘问属几何锁合，间隙的存在不可避免。滚子在凸轮槽内分离和碰撞，其之间的接触关系∩以看成两个变曲率半径柱体撞击问题.其接触法向力P和变形 的关系有式 (1)，接触刚度 可用公1 9 Exchange of Experience I经验交流I机 式(2)计算 ： 量 (工件重量)； 为输出轴最大角加速度。 械工 P (1)2 虚拟样机模型的建立 业标 (2连续分度弧面凸轮工作廓面是空间曲面.笔 准化与 式 中 ：1/R1/R I/Rz；I/E (1 t )/E 者 以开发的弧面凸轮建模软件在 UG环境下建立质量 (1 )/E ；R ，Rz分别是凸轮和滚子接触点当 了连续分度弧面凸轮机 构并进行装配. 导 出为量半径； ， 分别是凸轮和滚子材料的泊松 parasolid(- 1)格式文件并导人 ADAMS软件比；Ez，Ez为凸轮和滚子材料的杨氏模量。 中， 建立约束关系，具体约束关系如下 ：(3)负载盘惯性力矩分析 (1)在凸轮轴和大地之间添加旋转副： ∞ ∞ 分度传动是-种变速比传动 ，惯性负荷远大 (2)在分度盘和大地之间添加旋转副：寸躲啦 于工作负荷，成为凸轮机构负荷的-部分。在工 (3)在滚子和滚子套之间添加固定副： O0作中，凸轮机构所受惯性扭矩 为式 (3)： (4)在分度盘上添加驱动 ； - 0，。 (3) (5)在凸轮和滚子之间添加接触力；， 1尺 . P2 . 1R凸2 仃 ， △F白F 山音rh 山 n船 . 匕 ： - 2g 。 2g 2g rr 、 rr 、 、u 。- - - 删 u-制 。u，，J”，J 。上 ，、 。

，分别为负载盘本身质量、夹具重量、工作重 其中对于接触力，ADAMS中定义为式 (4)： ： q -c× 由 ×s御 g， d 。

式 中 ：STEP- 阶跃函数 ：g 两物体之间的初始距离；- - 物体碰撞过程中的实际距离；gog--碰撞过程中的变形量。

式 (4)表示，当g≥go时，两物体不发生碰撞，其碰撞力值为零；当q

根据赫兹弹性撞击理论.在撞击过程中阻尼器吸收的能量只占总能量的-小部分.因此C-般取(4)很小值。

根据以上论述.建立连续分度弧面凸轮机构虚拟样机模型如图3所示。

图 3 连续分度弧面凸轮虚拟样机模型3 虚拟样机仿真及结果分析本文仿真所用连续分度弧面凸轮的结构参数为：修整等速运动规律 ，中心距 ClOOmm，从动盘节圆半径 /f66mm，传动比 9，滚子长度hi14mm。滚子半径 r13mm，凸轮头数/-1。凸轮材料选择耐磨性能较好的20CrMnTi，具体数值见表 1和表 2。

表 1 分度盘物理参数 物理量材料 密度 kg/m 弹性模量 Pa 泊松 比 45 7.89x 10 2.09x10 0.269表 2 凸轮物理参数 物理量材料 密度 kg/m 弹性模量 Pa 泊松 比20CrMnTi 7.86x 103 2.12x10 0.298根据以上参数.计算得凸轮与滚子问碰撞力7.0E0056.25E005口 删3.5E0051.75E0057.0E0055.25E0053.5E05稍坚 1.75E054 结论经验交流 I Exchanqe of Experience各参数值如表 3所示。

表 3 碰撞力参数表E R el 1.12N/mmz 13mm 4.76x10 N/ram 1.5如上所述.在ADAMS中建立起连续分度弧面凸轮机构的虚拟样机模型。图4和图5分别为凸轮转-圈和六圈分度盘相应的角加速度曲线。

可看出。每间隔0.2s，分度盘角加速度就有较大的突变.这是由前-个滚子的啮出和下-个滚子的啮人所引起的I IA .。 点箍 il 1 l l i l l 。 l l J i lV； V V 疆 l 删 Ilfl 《 y 10.0 O.05 O.1 0.15图 4 凸轮转动-圈分度盘加速度响应曲线l -l l i ， I 。 I娃l I j Il 缎l j隅 jLJ I Ll 也 f 8罩 IlJ l 呵 I 。～ .瑚 脚JI 1 . .- ～。. 吐 c L0.3图 50.6 0.9 1.2凸轮转动六圈分度盘加速度响应 曲线分析结果显示.滚子与凸轮槽之间规律的啮入啮出对分度盘负载响应较大。而间隙的存在也使分度盘角加速度响应波动较大.可以通过提高装配过程中凸轮与滚子的研磨修配的质量.降低响应幅值的突变程度。