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对凸轮设计的理解分享

机械设计理论知识 jixienan 3年前 (2021-04-23) 809次浏览 0个评论


     凸轮设计应该分成三步,第一步是参数确定,就是根据从动件的动作要求,确定凸轮的各种初始参数,以摆动从动件凸轮为例,像凸轮旋转速度,摆杆长度,最小和最大理论轮廓半径,摆杆中心位置,凸轮旋转方向,如果有共轭的话还有主副摆杆夹角等参数,在这不累述。

    第二步是凸轮曲线设计,举个例子,一辆车从A地到B地,路程(这个路程的长短是在第一步里确定的)是一定的,速度和时间是驾驶员掌控的,到底要省油呢,还是要安全呢,还是要快呢,还是要车子损耗少呢。这就要驾驶员自己去掌控。这么多要求之间是要互相权衡的,没有最好,只有根据要求,哪个更合理,更接近理想。凸轮设计时,我们就是驾驶员,要设计出一条最合理的凸轮曲线,以满足工况的要求。

      这里谈一下凸轮与凸轮曲线之间的关系。凸轮其实就是带有不规则轮廓的零部件,而凸轮曲线是从动件的运动曲线,凸轮曲线的设计宗旨是在满足机械运动的前提下,使得从动件走的尽量圆滑,无振动,耗能少。对于我们平时设计凸轮,一般的凸轮曲线,只对从动件最终位置有要求的话,正弦曲线就算很好的选择,也可选修正正弦,梯形等。当然时候还有对从动件在某个时间点的速度甚至加速度更甚至跃度有要求。

      虽然这种情况少,但真碰到,要设计的话,可是得花很长时间去计算的,需要数学功底的。其实凸轮曲线更广泛的应用应该是在伺服电机上,只不过我们学机械的称为凸轮曲线,而搞伺服电机的称为曲线而已,举个例子我们平时乘电梯,有的电梯从一楼到十楼,你会有明显感觉加速或失重,而有的你会觉得很平稳。这就是凸轮曲线设计好坏最直接的感受,在权衡最大速度,我最大加速度,时间,振动,负载,电机电流,脉冲频率等过程中,设计出一条最好的运动曲线。

     第三步,凸轮设计根据第二步计算得出的最大速度,最大加速度,惯性矩等值,计算出凸轮面所受的最大载荷,再根据凸轮本身旋转速度,润滑条件,工作温度,与凸轮接触的零件的材料(通常为滚子),选择合理的材料,厚度,热处理方式等。当然凸轮设计还要考虑机加工零位,装配零位,微调方便,从动件拆起来方便等。如果是弹性封闭凸轮的话,还要考虑弹簧的寿命等。



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