數(shù)控轉(zhuǎn)臺弧面凸輪傳動設(shè)計與仿真分析.pdf

1、隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用和普及也越來越廣泛，數(shù)控轉(zhuǎn)臺作為數(shù)控機(jī)床的核心功能部件之一，其性能的高低對數(shù)控機(jī)床的整體加工精度影響較大，改進(jìn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的傳動機(jī)構(gòu)使其具有重載、高速、高效率、動態(tài)性能良好等特點已經(jīng)成為當(dāng)下研究的熱點。因弧面凸輪具有承載能力強(qiáng)，傳動精度高等特點受到廣泛應(yīng)用，將弧面凸輪應(yīng)用于數(shù)控轉(zhuǎn)臺傳動對改善和提高轉(zhuǎn)臺的傳動特性具重要的理論研究意義和實際應(yīng)用價值。
　　本文以數(shù)控轉(zhuǎn)臺作為研究對象，針對牧野臥式加

2、工中心的T2型數(shù)控轉(zhuǎn)臺，將弧面凸輪應(yīng)用于該型數(shù)控轉(zhuǎn)臺的傳動設(shè)計中。首先對弧面凸輪結(jié)構(gòu)的主要尺寸進(jìn)行設(shè)計，然后在UG軟件中對其進(jìn)行三維實體建模并導(dǎo)入有限元軟件中進(jìn)行靜力分析和模態(tài)分析，最后對弧面凸輪機(jī)電耦合動力學(xué)特性進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容和工作成果如下:
　　(1)根據(jù)弧面凸輪傳動特點，采用回轉(zhuǎn)變化張量法對弧面凸輪的工作廓面矢量方程、空間嚙合方程、壓力角和接觸應(yīng)力等進(jìn)行了推導(dǎo)，并且根據(jù)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的實際工作參數(shù)選定傳動方案和電機(jī)，然后

3、以推導(dǎo)的壓力角和接觸應(yīng)力為約束設(shè)計條件，確定了弧面凸輪的主要結(jié)構(gòu)尺寸，同時結(jié)合推導(dǎo)的壓力角公式，討論分析了結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對壓力角的影響，指出了減小壓力角的方法。
　　(2)根據(jù)推導(dǎo)的工作廓面矢量方程和空間嚙合方程，采用UG軟件對弧面凸輪進(jìn)行了三維實體建模，同時為了便于比較，分別給出了圓柱滾子和圓錐滾子兩種弧面凸輪的實體模型，并通過對兩種類型弧面凸輪的運動仿真分析驗證了模型建立和裝配的正確性。
　　(3)采用ANSYS Work

4、bench對圓柱滾子和圓錐滾子兩種類型弧面凸輪進(jìn)行有限元分析，分析在施加相同載荷情況下弧面凸輪的變形、應(yīng)變和應(yīng)力特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在較大應(yīng)力的位置均為凸輪與轉(zhuǎn)動盤滾子接觸處，該情況與弧面凸輪實際工作狀況相符合，驗證了弧面凸輪靜力分析的裝配約束和載荷加載的正確性。對比兩種類型的弧面凸輪靜力特性，結(jié)果表明圓錐型滾子弧面凸輪的最大應(yīng)力值399.21MPa要小于圓柱型滾子弧面凸輪的最大應(yīng)力值425.14MPa，其靜力學(xué)特性要優(yōu)于圓柱型弧面凸輪，承

5、載能力也更強(qiáng)，同時為了避免共振形成的過大應(yīng)力，對弧面凸輪進(jìn)行了模態(tài)分析并給出了相應(yīng)的固有頻率和振型。
　　(4)采用聯(lián)合仿真的方法在ADAMS和Matlab/Simulink軟件中對弧面凸輪的機(jī)電耦合動態(tài)特性進(jìn)行研究，通過對弧面凸輪角速度，角加速度和接觸應(yīng)力的仿真曲線分析可以確定弧面凸輪滿足數(shù)控轉(zhuǎn)臺連續(xù)傳動的要求，并且轉(zhuǎn)動盤運動規(guī)律與控制要求一致，證明所設(shè)計的弧面凸輪是可行的。對比PI控制前后的曲線，結(jié)果表明采用PI控制后的弧面凸