滾珠型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析及其性能研究.pdf

1、空間分度凸輪機(jī)構(gòu)作為實(shí)現(xiàn)“連續(xù)輸入-間歇輸出”功能的關(guān)鍵組件，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)械、生產(chǎn)線和加工中心中。根據(jù)點(diǎn)嚙合化處理技術(shù)，本文在球面包絡(luò)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了滾珠型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，并圍繞此機(jī)構(gòu)展開了幾何特性、靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)方面的研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 提出滾珠型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，對(duì)機(jī)構(gòu)的幾何特性進(jìn)行了分析。在球面包絡(luò)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)凸輪廓面滾道及分度盤球座進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，分析滾珠型

2、弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。利用回轉(zhuǎn)變換張量法及空間嚙合原理推導(dǎo)雙圓弧滾道弧面凸輪的廓面方程；計(jì)算雙圓弧滾道弧面凸輪的壓力角，并對(duì)機(jī)構(gòu)中心距、分度盤回轉(zhuǎn)半徑以及分度盤凸輪角速度比值對(duì)壓力角的影響進(jìn)行分析，提出了降低壓力角的措施；給出螺旋升角的計(jì)算公式，并分析了凸輪廓面的曲率，得到了凸輪廓面與滾珠曲面在嚙合點(diǎn)處的誘導(dǎo)主曲率。幾何特性分析是機(jī)構(gòu)其它方面分析研究的基礎(chǔ)，并為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　 對(duì)滾珠型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)中的滾珠運(yùn)

3、動(dòng)及機(jī)構(gòu)靜力學(xué)進(jìn)行了研究。滾珠型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的滾珠能夠沿任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)潤(rùn)滑性能影響很大。對(duì)滾珠運(yùn)動(dòng)分析得到滾珠與凸輪嚙合點(diǎn)處相對(duì)滑動(dòng)速度及其在各坐標(biāo)軸上的分速度隨分度盤轉(zhuǎn)角變化的曲線，并對(duì)滾珠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析。在滾珠運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，分別得到滾珠、分度盤及凸輪的受力狀況。分析滾珠與凸輪嚙合時(shí)的接觸特性，對(duì)接觸應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，得到結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)接觸特性的影響，為改善接觸特性提供了依據(jù)。對(duì)機(jī)構(gòu)建立三維模型并進(jìn)

4、行運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證模型建立的正確性。
　　 對(duì)滾珠型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。為了得到高速高精度的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)必須研究機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。論文主要采用集中質(zhì)量法對(duì)滾珠型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。首先建立機(jī)構(gòu)扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型，建立了凸輪與分度盤之間的等效接觸剛度，分析廣義坐標(biāo)微小變動(dòng)量間的幾何位移關(guān)系，應(yīng)用拉格朗日方程建立扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)方程。在扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮輸入輸出軸的橫向振動(dòng)及軸向振動(dòng)，得到機(jī)構(gòu)更為

5、精細(xì)的動(dòng)力學(xué)模型，并建立其動(dòng)力學(xué)方程。求解動(dòng)力學(xué)方程得到機(jī)構(gòu)多階固有頻率、低階振型及機(jī)構(gòu)的速度、加速度響應(yīng)。分析了凸輪軸與分度盤的扭轉(zhuǎn)變形以及剛度變化對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響。
　　 考慮電機(jī)因素，以永磁同步電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。建立系統(tǒng)機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型，通過系統(tǒng)力學(xué)方程和電壓方程得到機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)方程。對(duì)機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解，得到電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流以及分度盤與載荷盤的加速度變化曲線，并且得到了電機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)載

6、變化對(duì)機(jī)電耦合振動(dòng)特性的影響。機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型的分析揭示了電機(jī)與機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性間的相互聯(lián)系。引入控制算法后得到系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，首先加入PI控制，得到分度盤和載荷盤的加速度曲線，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性得到改善。通過Simulink分別對(duì)PI控制及模糊PI控制下的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真，得到了電機(jī)速度、電流及載荷盤的加速度曲線，仿真結(jié)果與理論結(jié)果變化趨勢(shì)一致。通過不同控制算法下的結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)模糊PI控制下的機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能更好。
　　 對(duì)