[發明專利]滾子按余弦規律直動時設計移動凸輪輪廓曲線的解析法

有效

• 申請號: 201510613727.1
• 申請日: 2015-09-23
• 公開（公告）號: CN105138801B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 祝海林;鄒旻;陳文杰;王志洋;史立康
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種設計凸輪輪廓曲線的方法，具體涉及一種滾子按余弦規律作直線往復運動時設計移動凸輪輪廓曲線的解析法，屬于凸輪設計與加工技術領域。

背景技術

凸輪是具有特定曲線輪廓的構件，含有凸輪的機構稱為凸輪機構。凸輪機構在機械工程領域應用廣泛，其最大優點是能使從動件實現各種復雜的運動要求，而且響應快速。但是對于常用的尖端從動件、平底從動件，由于凸輪輪廓曲線與從動件之間是點接觸或線接觸的高副，凸輪輪廓與從動件的接觸面積小，所以接觸處壓強大、易磨損。為了減小摩擦磨損，在從動件端部安裝一個滾輪成為滾子從動件，使從動件與凸輪之間的滑動摩擦變成滾動摩擦，較好地解決了凸輪機構的磨損問題，發生接觸疲勞失效的概率也大大降低。

廣泛應用于各種機械裝置中的“滾子從動件---移動凸輪”機構，是一種典型的平面凸輪機構。滾子從動件的運動規律與移動凸輪輪廓曲線的形狀之間具有一一對應的關系，工程實踐中，滾子從動件的運動規律通常是由移動凸輪的使用要求確定的，移動凸輪輪廓曲線方程的建立是確保滾子從動件符合預期運動規律進而設計出性能良好的“滾子從動件---移動凸輪”機構的首要條件。

余弦運動規律是凸輪機構從動件常見的一種運動規律，現有機械設計教材及相關手冊中，對于尖端推桿從動件按余弦規律運動時盤形凸輪輪廓曲線方程的推導介紹很多，但是對于滾子從動件按余弦規律作直線往復運動時用怎樣的方法來設計移動凸輪的輪廓曲線則很少涉及，設計人員常采用手工作圖通過描點和擬合來得到該類移動凸輪的輪廓曲線，由于手工作圖誤差較大且費時費力，只能用于低速移動凸輪和不重要的場合，阻礙了“直動滾子從動件---移動凸輪”機構的發展與推廣應用。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種設計過程直觀、計算效率高且精確的滾子按余弦規律直動時設計移動凸輪輪廓曲線的解析法，以解決目前設計該類移動凸輪輪廓曲線缺乏可以參考的解析法或憑經驗手工作圖耗時多且求得的凸輪輪廓曲線欠光滑不平緩、存在運動失真、凸輪加工精度難以保證等問題。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種滾子按余弦規律直動時設計移動凸輪輪廓曲線的解析法，所述滾子是按余弦規律作直線往復運動的從動件，所述移動凸輪指與該滾子匹配且作等速移動的凸輪；工作時滾子與凸輪輪廓接觸點到滾子圓心的距離始終等于滾子半徑，滾子的位移函數定義為當凸輪平移x時，滾子圓心從初始位置上升了位移y，即移動凸輪輪廓曲線可以表述成凸輪位移x的函數；該解析法形成的移動凸輪輪廓曲線包括上升段余弦曲線EN與NF、水平段直線FF_f、下降段余弦曲線F_fN_f與N_fE_f，用解析法設計所述移動凸輪輪廓曲線的具體步驟如下：

1)根據設計任務要求擬定所述滾子及移動凸輪的基本參數：滾子半徑r、滾子升程h，等速移動凸輪的速度V、與滾子升程h對應的移動凸輪的位移L₁，與水平段直線FF_f對應的移動凸輪的位移L₂；

2)以所述滾子的圓心的起始上升點為原點O、與凸輪移動方向相反的方向為x方向、與凸輪移動方向垂直且向上的方向為y方向建立坐標系，由移動凸輪機構的使用要求設定滾子按余弦規律直動時的加速度方程：

其中，H為決定移動凸輪輪廓曲線的形狀的特征參數，a(x)為滾子作直線往復運動時的加速度；

3)根據設定的滾子直動加速度余弦規律，按照滾子的運動速度無突變、移動凸輪輪廓曲線光滑連續且不存在尖點及運動失真的原則，聯立方程(1)與(2)：

得到決定移動凸輪輪廓曲線的形狀的特征參數H、移動凸輪輪廓曲線的上升段余弦曲線EN與NF的連接點的橫坐標x_N；

4)分別建立移動凸輪輪廓曲線的上升段余弦曲線、水平段直線、下降段余弦曲線的數學方程式：

①建立移動凸輪輪廓曲線的上升段余弦曲線EN，其數學方程為：

②建立移動凸輪輪廓曲線的上升段余弦曲線NF，其數學方程為：

③建立移動凸輪輪廓曲線的水平段直線FF_f，其數學方程為：

④建立移動凸輪輪廓曲線的下降段余弦曲線F_fN_f，其數學方程為：