・机械研究与应用・２０１４年第３期（第２７卷，总第１３１期） 应用与试验 一种圆柱分度凸轮设计方法的研究及应用 蒋勇，彭小龙，唐春 （重宇精密工业有限责任公司，重庆４０２７６０） 摘要：研究了一种圆柱分度凸轮机构的正向设计方法，在二维平面上模拟了从动轮的运动轨迹，得到了分度凸轮的 两条分度曲线并生成三维模型，将设计的分度凸轮机构制造完成后应用到设备上能够满足设备的功能需要，实现了 圆柱分度凸轮机构的快速设计和应用。 关键词：圆柱分度凸轮机构；分度曲线；快速设计；应用 中图分类号：ＴＨ１３２．４７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７－４４１４（２０１４）０３—００７３－０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｎｅ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｉｎｄｅｘｉｎｇ Ｃａｍ ＪＩＡＮＧ Ｙｏｎｇ，ＰＥＮＧ Ｘｉａｏ—ｌｏｎｇ，ＴＡＮＧ Ｃｈｕｎ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｈｏｎｇｙｕ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０２７６０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｆｏｒｗａｒｄ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｃａｍ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ ｒｏｌｌｅｒ ｆｏｌｌｏｗｅｒ Ｓ ｍｏｔｉｏｎ ｔｒａｃｋ ｏｎ ｔｈｅ ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｌａｎｅ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅ ｔｗｏ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｃａｍ ａｒｅ ｇｏｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ３Ｄ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎｄｅ— ｘｉｎｇ ｃａｍ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｃａｎ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｗｈｅｎ ｉｔ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｆａｓｔ ｄｅ－ ｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｃａｍ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｃａｍ；ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｃｕｒｖｅ；ｆａｓｔ ｄｅｓｉｇｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｏ 引 言 空间分度凸轮机构具有结构紧凑、刚性好、设备 精度高等优点，被广泛用于各种自动化设备及自动化 生产线上，目前国内的主要研究方法是对圆柱分度凸 轮机构的运动学方面进行分析研究，通过建立凸轮和 承跨夹在凸轮的圆环面突脊上，从动盘静止不动。 从动轴承的曲面方程来设计凸轮曲线。该方法虽然 具有完善的数学模型，设计系列化等优势，但其计算 相对复杂，初次设计的周期相对较长¨ Ｊ。以笔者公 司的液力变矩器冲槽设备改造项目为背景，研究了一 １．凸轮 ２．分度转盘 种以几何作图法为主的圆柱分度凸轮机构分度曲线 的设计方法，该方法具有入门简单、初次设计快捷， 适用性强等特点。应用该方法设计了一套圆柱分度 图１圆柱分度凸轮机构 凸轮机构，并经过实际验证能够满足设备改造需要。 １．２几何设计步骤 】 １分度曲线设计 １．１分度凸轮的基本原理… 在分度凸轮的整个分度行程内某一时刻，从动分 度圆盘上从动滚子轴承的中心由水平距离和垂直距 离Ｙ确定，如图２所示。 图中Ｒ为分度凸轮的半径， 为凸轮分度实现分 圆柱分度凸轮机构如图１所示。其中圆柱凸轮 为主动件，分度盘为从动件，沿从动分度盘圆周方向 均匀分度装有若干个滚动轴承，轴承的轴线与从动分 度盘的轴线平行，主动凸轮和从动转盘两轴线垂直交 度的角度，取１２０。，Ｓ为对应的弧长。其数学计算公 式如下： Ｓ： 一 ３６０ （１）， 错。当主动凸轮旋转时，凸轮轮廓通过轴承驱使从动 盘运动。合理地设计圆柱凸轮的轮廓，该机构即可把 主动凸轮的连续转动转变成从动盘的间歇分度运动。 当滚子与凸轮的分度段轮廓接触时，从动盘实现分度 ．ｓｎ ０ ＝ （ｎ≤Ⅳ） （２） （３） 转位；当滚子与凸轮的停歇段轮廓接触时，相邻两轴 几何作图步骤如下：①画一根长度等于凸轮周长 收稿日期：２０１４－０３－２８ 作者简介：蒋勇（１９８３一），男，四川遂宁人，硕士，研究方向：液力变矩器设计与仿真。 ・７３・ 应用与试验 ２０１４年第３期（第２７卷，总第１３１期）・机械研究与应用・ 的水平直线；②将直线划分为分度凸轮实现分度的区 域ｓ，和实现保持的区域（实际作图中可以不关注该 区域）；③将线段ｓ平均分为Ⅳ个线段（Ⅳ≤１２０），每 个线段即为；④计算出每个对应的Ｙ，画出交点得到 从动轴承的圆心；⑤以从动盘上的轴承直径画圆，于 是得出Ⅳ个圆；⑥用样条曲线从左到右找到每个圆 的切点画出平滑曲线（Ⅳ越大曲线越平滑），该曲线 即为分度凸轮的分度曲线；⑦重复第４步到第６步， 作出第２条曲线。 图２凸轮分度行程的主要参数 几何作图设计方法如图３所示。 图３几何作图设计示意图 计算过程需要用到的参数如下：Ｃ为中心距离， 是分度盘中心到凸轮轴中心的距离；ｄ为距离，是第 一条分度曲线起始位置到第二条分度曲线起始位置； ｇ为轴承中心从第二条曲线起始位置到从动盘中心 的偏移距离； 为轴承中心从第一条曲线起始位置到 从动盘中心的偏移距离；ｒ为半径，是从动盘中心到 从动轴承中心的距离；，，为轴承从第一条曲线起始位 置开始，在曲线上任意位置时的位移；Ｙ 为轴承从第 二条曲线起始位置开始，在曲线上任意位置时的位 移； 为凸轮分度完成时转动的角度； 为轴承绕从 ・７４． 动盘中心转动时相对从动盘中心线的偏移角度； 为完成一次分度轴承绕从动盘中心转动的角度；在确 定了Ｃ，Ｘ和 后，由以下公式便可以确定所设计的凸 轮分度曲线： Ｆ＝Ｘ （４） Ｎ＝３６０／Ｘ （５） （６） ｈ＝，ｓｉｎ ０．５４，Ｎ （７） ｇ＝ｒ ｓｉｎ １．５４，Ｎ （８） ｄ＝１２一ｒ ＣＯＳ １．５４，Ｎ （９） ＝Ｋ６ （１０） 对于曲线Ａ－Ｂ（咖 ＜０．５４， ） ＝０．５４， 一 （１１） Ｙ＝ｈ—ｒ ｓｉｎ Ｏ／ （１２） 对于曲线Ｂ－Ｃ（ ＞０．５４， ） Ｏ／ ＝ 一０．５４， （１３） Ｙ＝ｈ＋ｒｓｉｎ Ｏ／ （１４） 对于曲线Ａ 一日 ＝１．５４， 一 （１５） Ｙ ＝ｇ—ｒｓｉｎ Ｏ／ （１６） １．３设计计算实例 根据产品及原设备参数，得到Ｃ＝２０２ ｍｍ，Ｘ＝ ３１， ＝１２０。，从动轴承直径为３１．７５ ｍｍ，文献［３］中 给出了六种影响因子，通过与扫描出来的原曲线对 比，修正正弦的Ｋ系数（见表１）最接近设备原凸轮分 度曲线，因此Ｋ系数选取修正正弦位移影响因子。 借助Ｍａｔｌａｂ数值计算软件，由公式（４）～（１６）计 算得到Ｙ与Ｙ ，取其中的３１个点（若要曲线更精确， 则取１２０个点），将在ＡｕｔｏＣａｄ中得到二维曲线导入 到ＵＧ中，取凸轮半径Ｒ＝９８．８５ ｍｍ，绘制出分度凸 轮的三维模型 Ｊ，如图４所示。 ２实际验证 将设计出来的二维曲线与原分度凸轮曲线对比， 如图５所示。 …— 图４分度凸轮分度曲面 图５设计曲线与原曲线对比图 从图中可以看出两曲线入口与出口端基本一致， 即分度角度（凸轮升程）一致，说明设计的凸轮能实 现需要的分度角度。但设计曲线在分度过程中的曲 率与原曲线存在差异，即在分度过程中承受力方向不 ・枕械研究与应用・２０１４年第３期（第２７卷，总第１３１期） 样，为了验证所设计的分度曲线在分度过程中是可 应用与试验 上，替代原设备上的分度凸轮，见图６。经过设备实 际运行验证，设计出来的分度凸轮可以与从动盘的轴 承实现平滑的滚动，能够实现从动盘的转动分度。 一以与轴承实现平滑的分度，分度凸轮部分与轴承不会 发生干涉锁死现象，将新设计的分度凸轮安装到设备 表１修正正弦 系数 备改造周期。 参考文献： ［１］鹿霖．圆柱分度凸轮机构的运动学分析及实例分析［Ｄ］．苏 州：苏州大学，２００６． ［２］ 尚 锐，秦荣荣，陈晓华，等．圆柱分度凸轮廓面的通用方程 图６分冲槽机上的分度凸轮机构 ［Ｊ］．吉林工业大学学报，１９９６（４）：７０—７４． ［３］ＣＬＹＤＥ Ｈ．ＭＯＯＮ，Ｐ．Ｅ．Ｃａｍ Ｄｅｓｉｇｎ：Ａ Ｍａｎｕａｌ ｆｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｄｅ． ３ 结语 ｓｉｎｅｒｇｓ ａｎｄ Ｄｒａｆｔｓｍｅｎ［Ｍ］．Ｃｏｍｍｅｒｃｉｌａ Ｃａｍ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｅｍｅｒｓｏｎ Ｅ． １ｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ．１９６１． 该研究的分度曲线设计方法，具有方法简单、设 计周期短的优点，且通过实际制造使用验证，设计的 分度曲线完全能够满足圆柱分度凸轮机构的性能要 ［４］ 杨云辉．圆柱分度凸轮机构ＣＡＤ系统研究［Ｊ］．现代制造技术与 装备，２００９（３）：９０—９２． ［５］史荣生．Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ下的凸轮机构设计［Ｊ］．机械，２００５（ｓ１）：２７． 求，提高了单台分度凸轮机构的设计效率，缩短了设 ・７５・
