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双啮合针齿凸轮分度机构的精度与扭转刚度分析

李艳然  
【摘要】:双啮合针齿凸轮分度机构是一种新型的二级传动分度凸轮机构,它具有结构紧凑,可实现大分度数等特点,应用前景广泛。为能更准确地实现分度性能,保证其具有较高的位置精度以及运动精度显得尤为重要。而机构的扭转刚度对其固有频率和振动性能均有很大影响。因此分析该机构的扭转刚度,对机构振动性能的改进有着积极的意义。首先,基于机构的结构组成及传动原理,运用作用线增量法的原理,建立了机构的输出误差计算模型。分别讨论了针齿单齿啮合和多齿啮合时,输出误差的计算情况。利用MATLB软件得到各原始误差单独作用时的传动误差曲线。利用绝对值和法得到各误差合成后的输出转角误差。讨论了机构参数如针齿分布圆半径、分度数等对机构输出转角误差的影响,表明较小的针齿分布圆半径对机构的输出精度更有利。其次,综合运用动态子结构法、集中质量法及等价模型法,对机构进行离散、等价。将加工误差、装配误差以及弹性变形转换为等价误差,建立了整个机构的传动误差动力学分析模型。通过对等价误差的求解得到各构件的作用力。根据力和力矩平衡条件列出了各构件的运动微分方程,通过对其求解可得到在各影响因素共同作用下机构的传动误差。对其中各构件质量及转动惯量进行了计算,并对上述建立的传动误差等价模型的求解方法进行了介绍。最后,考虑到扭转刚度对机构动力学性能的影响,运用Herz公式计算了摆线针轮部分及针齿凸轮部分的啮合刚度。同时考虑了输入轴扭转刚度、转臂轴承扭转刚度对整机扭转刚度的影响。基于上述建立的传动误差动力学分析模型,根据等效弹簧的串、并联关系建立了整机的等价扭转刚度模型,进而求得机构总等效扭转刚度。同时分析了机构主要参数(针齿分布圆半径及从动件运动规律)对整机总等效扭转刚度的影响。此等效扭转刚度模型的建立为凸轮分度机构整机扭转刚度的计算提供了新的思路。其计算结果可用于后续动力学性能的研究。


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