凸輪恒力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

《凸輪恒力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、凸輪恒力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)了一種凸輪恒力機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要由滾子凸輪、壓簧和轉(zhuǎn)輪組成，利用壓簧對(duì)凸輪的壓力產(chǎn)生恒力矩，進(jìn)而通過(guò)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)化為恒力輸出。根據(jù)凸輪力矩恒定的約束，在忽略摩擦情況下，求解出了凸輪的理論輪廓線和實(shí)際輪廓線的方程。構(gòu)建了該機(jī)構(gòu)的三維模型，并對(duì)其進(jìn)行ADAMS仿真，仿真結(jié)果表明：該機(jī)構(gòu)能較為精確地實(shí)現(xiàn)恒力輸出，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。最后，考慮在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可能存在的摩擦，對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了誤差分析。關(guān)鍵詞：恒力機(jī)構(gòu)；恒力矩；凸輪；ADAMS仿真；誤差分析0引言恒力機(jī)構(gòu)是一種在載荷產(chǎn)生

2、位移時(shí)仍輸出基本恒定作用力的裝置，因其不滿足胡克定理，與傳統(tǒng)的圓柱壓簧或其他彈性體有著本質(zhì)的區(qū)別[1]，現(xiàn)已廣泛用于機(jī)械、核工業(yè)、國(guó)防軍事、儀器儀表等諸多需要恒力輸出的領(lǐng)域，如機(jī)械加持機(jī)構(gòu)、核電站管道、火炮自動(dòng)機(jī)、印刷機(jī)遞紙機(jī)構(gòu)等[2-5]。目前，獲取恒力的方式主要包括通過(guò)恒力壓簧和恒力機(jī)構(gòu)獲取。文獻(xiàn)[6]介紹了恒力壓簧的特性，并用大變形理論和橢圓積分工具對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，但恒力壓簧復(fù)雜的設(shè)計(jì)理論，限制了其使用范圍，使得在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)恒力機(jī)構(gòu)獲取恒力的方式得到了更加廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)[7，8]

3、設(shè)計(jì)了基于壓簧-凸輪-轉(zhuǎn)輪的恒力機(jī)構(gòu)，通過(guò)壓簧-凸輪生成恒定力矩，恒定力矩通過(guò)轉(zhuǎn)輪輸出恒定力。通過(guò)數(shù)值求解的方法，求解出了凸輪的輪廓曲線。文獻(xiàn)[9]設(shè)計(jì)了一種恒力彈性機(jī)構(gòu)，其原理是通過(guò)設(shè)計(jì)傳力構(gòu)件廓形，控制構(gòu)件接觸點(diǎn)法向，使機(jī)構(gòu)內(nèi)部力的傳遞方向與位移之間呈一定的函數(shù)關(guān)系，從而可以輸出不隨著位移變化的恒力。并通過(guò)數(shù)值解法，求解出內(nèi)環(huán)截面的廓形曲線。文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了一種恒定轉(zhuǎn)矩的壓簧聯(lián)動(dòng)裝置，該裝置的力臂隨著壓簧力的增大（或減?。┒鴾p?。ɑ蛘咴龃螅瑥亩谟邢薜男D(zhuǎn)范圍內(nèi)獲得近似恒定的輸出轉(zhuǎn)矩。文

4、獻(xiàn)[11]設(shè)計(jì)了一種可調(diào)節(jié)的恒力機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)利用負(fù)剛度機(jī)構(gòu)和正剛度壓簧的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)恒力輸出，并且可以通過(guò)改變壓簧的預(yù)緊力來(lái)獲得不同的恒力值。文獻(xiàn)[12]設(shè)計(jì)的扇形張力調(diào)節(jié)器通過(guò)兩個(gè)扇形輪繞軸心旋轉(zhuǎn)時(shí)壓縮壓簧產(chǎn)生變形，利用壓簧的變形來(lái)調(diào)節(jié)輸出張力的改變，使其保持恒定。文獻(xiàn)[13]設(shè)計(jì)了一種由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和拉簧組成的恒力機(jī)構(gòu)，并對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了優(yōu)化以減小體積。如上所述的恒力機(jī)構(gòu)，要么結(jié)構(gòu)不緊湊，要么恒力行程短，要么無(wú)法求得輪廓曲線方程的解析解。針對(duì)以上不足，本文設(shè)計(jì)了一種凸輪恒力機(jī)構(gòu)，求解出了凸輪輪

5、廓的曲線方程，并用ADAMS對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)能較為精確地輸出恒力。最后，對(duì)該恒力機(jī)構(gòu)進(jìn)行了誤差分析，進(jìn)而提出減小誤差的措施。1凸輪恒力機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理圖1凸輪恒力機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig1.Thestructureofthecamconstantforcemechanism如圖1所示，該恒力機(jī)構(gòu)的核心是凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪1位于初始位置時(shí)，調(diào)節(jié)螺釘6對(duì)壓簧3施加一定的預(yù)緊力（根據(jù)凸輪1初始升程確定），壓簧3通過(guò)推桿4和滾子2對(duì)凸輪1施加壓力，壓力和凸輪中心到壓力作用線之間的力臂產(chǎn)生對(duì)

6、凸輪中心的力矩。凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壓簧3的彈力隨壓縮量變化而發(fā)生改變，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的凸輪輪廓線，讓力臂相應(yīng)變化，使得該力矩保持恒定，恒定的力矩通過(guò)圓形轉(zhuǎn)盤(pán)10（與凸輪同軸）與鋼絲繩9對(duì)外輸出恒力。軸承5用來(lái)支撐推桿，并起到減小摩擦的作用。在外殼7的下方設(shè)置一個(gè)底盤(pán)8，一方面用來(lái)容納螺釘，另一方面可以讓該機(jī)構(gòu)更穩(wěn)定，不易翻倒。2凸輪輪廓線的確定2.1凸輪輪廓線的計(jì)算分析與說(shuō)明圖2（a）凸輪的理論輪廓線與實(shí)際輪廓線（b)凸輪恒力機(jī)構(gòu)的恒力與恒力矩Fig2.（a）Theoreticalcontourlin

7、eandactualcontourlineofthecam（b）Theconstantforceandconstantmomentofthecamconstantforcemechanism如圖2(a)所示，為了減小摩擦，該凸輪恒力機(jī)構(gòu)使用的是滾子凸輪。由凸輪的相關(guān)理論可知，滾子凸輪的實(shí)際輪廓線n-n是由尖頂凸輪的頂尖A以滾子凸輪理論輪廓線m-m上的一系列點(diǎn)為圓心，以滾子半徑為半徑，作一系列圓包絡(luò)形成的。滾子凸輪和相應(yīng)的推桿凸輪的受力和運(yùn)動(dòng)規(guī)律一致，因此，為了方便分析和計(jì)算，可以先算出相應(yīng)頂尖凸

8、輪的輪廓線，再求解滾子凸輪的輪廓線。如圖2（b）所示，該恒力機(jī)構(gòu)通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)輸出恒定的力矩T后，恒定的力矩T再通過(guò)半徑為R的轉(zhuǎn)盤(pán)輸出恒力F,為了方便計(jì)算和分析，可以直接依據(jù)力矩恒定的約束求解出凸輪輪廓線。2.2凸輪理論輪廓線的確定圖3凸輪恒力機(jī)構(gòu)的受力分析Fig3.Theforceanalysisofthecamconstantforcemechanism如圖3（a）所示，忽略推桿與凸輪、推桿與軸承之間的摩擦，凸輪在凸輪軸的帶動(dòng)下以角速度為?轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，凸輪上推桿頂尖A和凸輪的接觸點(diǎn)切