滚子中心作正弦加速度直动时移动凸轮廓线的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种凸轮廓线的设计方法，具体涉及一种滚子中心按正弦加速度规律 作往复直线运动时移动凸轮廓线的设计方法，属于凸轮机构设计技术领域。
【背景技术】
[0002] 凸轮是能够把一种运动转化为另一种运动的具有曲线轮廓的构件，只要适当地设 计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件获得任意预期的运动规律，而且机构简单紧凑，所以 凸轮机构在各种机械尤其在高速、高精度传动与引导机构中得到了广泛的应用。凸轮的轮 廓曲线和从动件一起实现运动形式的转换，在设计机械时，当需要其从动件必须准确地实 现某种预期的运动规律时，常采用凸轮机构。
[0003] 凸轮按形状分，有盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮三种，盘形凸轮是凸轮的最基本 型式，教科书及有关手册里介绍得较多（如尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构、滚子对心 移动从动件盘形凸轮机构等），应用也最广。移动凸轮是盘形凸轮的一个特例，它可以视为 转动中心在无穷远处的盘形凸轮。在生产实践中，如靠模车削加工、电光源行业的生产流水 线上，机器零件大部分都是作往复直线运动，需要采用移动凸轮机构使从动件按预定规律 运动，由于移动凸轮廓线的形状决定着与之匹配的从动件的运动特性，因此，移动凸轮廓线 的设计是"直动滚子从动件---移动凸轮机构"研发的关键。
[0004] 移动凸轮机构的设计主要是根据从动件的运动规律来确定凸轮的轮廓曲线，正弦 加速度运动规律是凸轮机构从动件常见的一种运动规律，然而，机械设计手册或相关书籍 中对移动凸轮机构轮廓曲线的求解计算过程论述很少，对于"直动滚子从动件---移动凸 轮机构"中滚子中心按正弦加速度规律作往复直线运动时移动凸轮廓线的设计，国内外迄 今更无现成方法可循。工程技术人员通常是套用盘形凸轮的有关公式，或者采用手工方法 通过描点和拟合得到该类移动凸轮的轮廓曲线，由于凸轮廓线几何形状的计算非常繁琐， 导致手工描点和拟合过程十分困难，而且往往不能同时解决凸轮廓线光滑连续、运动失真 与凸轮机构的冲击等问题。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种设计过程直观、快捷方便的滚子中 心按正弦加速度规律作往复直线运动时移动凸轮廓线的设计方法，以解决目前该类移动凸 轮机构设计中凸轮廓线的设计缺乏参考方法或者凭经验手工设计而带来的困难及设计不 合理等问题。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：
[0007] -种滚子中心作正弦加速度直动时移动凸轮廓线的设计方法，所述滚子是作往复 直线运动的从动件即直动滚子从动件，所述移动凸轮指与该直动滚子从动件匹配的滚子中 心按正弦加速度规律作往复直线运动时的凸轮；移动凸轮的升程可以用滚子的升程来表 述，滚子中心的位移函数定义为当凸轮平移X时，滚子中心从初始位置上升了位移y，即移 动凸轮廓线可以表述成凸轮位移X的函数；该设计方法形成的移动凸轮廓线包括上升段正 弦曲线EN与NF、水平段直线FFf、下降段正弦曲线FfNf与N fEf，所述移动凸轮廓线的具体设 计步骤如下：
[0008] 1)根据设计工况要求拟定：滚子的半径r、滚子的升程h，凸轮的移动速度V、与滚 子升程h对应的凸轮位移L 1，与水平段直线FFf对应的凸轮位移L 2;
[0009] 2)以滚子中心的起始上升点为坐标系原点0、凸轮移动的反方向为X方向、与凸 轮移动方向垂直且向上的方向为y方向，由设计要求设定滚子中心的加速度方程为正弦函 数：
[0010]
[0011] 其中，H为决定移动凸轮廓线形状的几何特征参数，a(x)为直动滚子从动件滚子 中心的加速度；
[0012] 3)按照滚子中心的运动速度无突变、凸轮廓线光滑连续且不存在尖点或运动失真 的原则，联立方程（1)与（2):
[0013]
[0014] 得到决定移动凸轮廓线形状的几何特征参数H、凸轮廓线上升段正弦曲线EN与NF 的连接点的横坐标Xn ;
[0015] 4)分别建立凸轮廓线的上升段正弦曲线、水平段直线、下降段正弦曲线的数学方 程式：
[0016] ①建立凸轮廓线的上升段正弦曲线EN，其数学方程为：
[0017]
[0018] ②建立凸轮廓线的上升段正弦曲线NF，其数学方程为：
[0019]
[0020] ③建立凸轮廓线的水平段直线FFf，其数学方程为：
[0021] yFFf= h-r (5)
[0022] ④建立下降段正弦曲线FfNf与N fEf对应的数学方程：
[0023] FfNf是将正弦曲线NF沿FF f的中心线镜像后得到的正弦曲线，N fEf是将正弦曲线 EN沿FFf的中心线镜像后得到的正弦曲线；
[0024] 5)连接上升段正弦曲线EN与NF、水平段直线FFf、下降段正弦曲线F fNf与NfEf，得 到滚子中心按正弦加速度规律作往复直线运动时的移动凸轮的轮廓曲线。
[0025] 本发明具有如下有益效果：
[0026] (1)所提供的移动凸轮廓线设计方法简单通用，易于掌握。只要按照所述步骤设计 出移动凸轮的轮廓曲线，直动滚子从动件的滚子中心就能实现预定的运动规律一正弦加 速度往复直线运动，大大缩短了"直动滚子从动件一移动凸轮机构"的开发周期，提高了 设计效率和设计精度，同时为移动凸轮机构的性能分析与优化提供了方便。
[0027] (2)所得到的移动凸轮的轮廓曲线光滑连续，不会出现尖点、交叉或运动失真现 象。在滚子中心作正弦加速度往复直线运动时，滚子运动速度无突变，消除了凸轮机构的刚 性冲击，降低了运动件的振动与噪声，提高了移动凸轮机构的传动效率及其使用寿命。
[0028] (3)用渐切法或用数控机床加工凸轮时，为保证凸轮的设计和加工精度，必须采用 解析法确定凸轮轮廓曲线和刀具中心轨迹。根据本发明提供的移动凸轮廓线参数方程，便 于计算机编程求解凸轮轮廓曲线上各点的坐标值，且凸轮廓线曲率分布均匀、没有拐点，满 足了凸轮在精度、质量方面的加工要求，降低了加工成本，提高了生产效率。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明滚子中心作正弦加速度直动时移动凸轮廓线的设计方法实施例的 流程图；
[0030] 图2为本发明所述设计方法形成的移动凸轮廓线及与其匹配的滚子中心作正弦 加速度直动时的滚子中心轨迹之间的关系示意图；
[0031] 图3为本发明滚子中心作正弦加速度直动时移动凸轮廓线的设计方法形成的移 动凸轮外形结构示意图。
[0032] 图中：EN与NF为上升段正弦曲线、FFf为水平段直线、F fNf与N fEf为下降段正弦曲 线，RP表示滚子，r为滚子的半径，h为滚子的升程、L 1为与滚子升程h对应的凸轮位移，L 2 为与水平段直线FFf对应的凸轮位移，ENFFfNfEf为移动凸轮的轮廓曲线，OMTT fMfOf为滚子 外圆沿着移动凸轮的轮廓曲线滚动时，直动滚子从动件滚子中心的轨迹。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图，详细描述本发明移动凸轮廓线设计方法的实施过程。
[0034] 1)启动系统；
[0035] 2)根据设计工况或生产现场实际要求，拟定滚子的半径r、滚子的升程h，凸轮的 移动速度V、与滚子升程h对应的凸轮位移L 1，与水平段直线FFf对应的凸轮位移L 2;