滾珠型弧面分度凸輪機構(gòu)的動力學分析及其性能研究.pdf

1、空間分度凸輪機構(gòu)作為實現(xiàn)“連續(xù)輸入-間歇輸出”功能的關鍵組件，廣泛應用于各種自動機械、生產(chǎn)線和加工中心中。根據(jù)點嚙合化處理技術(shù)，本文在球面包絡弧面分度凸輪機構(gòu)的基礎上提出了滾珠型弧面分度凸輪機構(gòu)，并圍繞此機構(gòu)展開了幾何特性、靜力學、運動學及動力學方面的研究。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 提出滾珠型弧面分度凸輪機構(gòu)，對機構(gòu)的幾何特性進行了分析。在球面包絡弧面分度凸輪機構(gòu)的基礎上，對凸輪廓面滾道及分度盤球座進行改進設計，分析滾珠型

2、弧面分度凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點。利用回轉(zhuǎn)變換張量法及空間嚙合原理推導雙圓弧滾道弧面凸輪的廓面方程；計算雙圓弧滾道弧面凸輪的壓力角，并對機構(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壓力角的影響進行分析，提出了降低壓力角的措施；給出螺旋升角的計算公式，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處的誘導主曲率。幾何特性分析是機構(gòu)其它方面分析研究的基礎，并為結(jié)構(gòu)設計提供了依據(jù)。
　　 對滾珠型弧面分度凸輪機構(gòu)中的滾珠運

3、動及機構(gòu)靜力學進行了研究。滾珠型弧面分度凸輪機構(gòu)的滾珠能夠沿任意方向轉(zhuǎn)動，滾珠的轉(zhuǎn)動對潤滑性能影響很大。對滾珠運動分析得到滾珠與凸輪嚙合點處相對滑動速度及其在各坐標軸上的分速度隨分度盤轉(zhuǎn)角變化的曲線，并對滾珠的回轉(zhuǎn)運動進行了分析。在滾珠運動分析的基礎上對機構(gòu)進行受力分析，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的接觸特性，對接觸應力進行計算，得到結(jié)構(gòu)參數(shù)對接觸特性的影響，為改善接觸特性提供了依據(jù)。對機構(gòu)建立三維模型并進

4、行運動仿真，驗證模型建立的正確性。
　　 對滾珠型弧面分度凸輪機構(gòu)的動力學進行了研究。為了得到高速高精度的弧面分度凸輪機構(gòu)必須研究機構(gòu)的動力學特性。論文主要采用集中質(zhì)量法對滾珠型弧面分度凸輪機構(gòu)進行動力學分析。首先建立機構(gòu)扭轉(zhuǎn)動力學模型，建立了凸輪與分度盤之間的等效接觸剛度，分析廣義坐標微小變動量間的幾何位移關系，應用拉格朗日方程建立扭轉(zhuǎn)動力學方程。在扭轉(zhuǎn)動力學模型的基礎上，進一步考慮輸入輸出軸的橫向振動及軸向振動，得到機構(gòu)更為

5、精細的動力學模型，并建立其動力學方程。求解動力學方程得到機構(gòu)多階固有頻率、低階振型及機構(gòu)的速度、加速度響應。分析了凸輪軸與分度盤的扭轉(zhuǎn)變形以及剛度變化對動力學特性的影響。
　　 考慮電機因素，以永磁同步電機為驅(qū)動電機，對整個系統(tǒng)進行了動力學分析。建立系統(tǒng)機電耦合動力學模型，通過系統(tǒng)力學方程和電壓方程得到機電耦合動力學方程。對機電耦合動力學方程進行求解，得到電機轉(zhuǎn)速、電流以及分度盤與載荷盤的加速度變化曲線，并且得到了電機轉(zhuǎn)速及負載

6、變化對機電耦合振動特性的影響。機電耦合動力學模型的分析揭示了電機與機構(gòu)動力學特性間的相互聯(lián)系。引入控制算法后得到系統(tǒng)動力學響應，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)動態(tài)特性得到改善。通過Simulink分別對PI控制及模糊PI控制下的機電耦合動力學模型進行仿真，得到了電機速度、電流及載荷盤的加速度曲線，仿真結(jié)果與理論結(jié)果變化趨勢一致。通過不同控制算法下的結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)模糊PI控制下的機構(gòu)動態(tài)性能更好。
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