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滚珠型弧面凸轮连续传动机构啮合特性分析与动力学研究

张紫平  
【摘要】: 滚珠型弧面凸轮连续传动机构是一种通过在弧面凸轮和分度盘之间加入滚珠中间体,从而实现以滚动代替滑动的旋转-旋转运动变换的新型传动机构。该机构引入滚珠作为第三组件,具有磨损小、效率高、冲击低等优点。作为新型机构,其承载能力与动态性能是结构设计的关键因素。通过建立凸轮机构在运动过程中的力学方程及柔性轴五自由度动力学模型,研究机构的啮合特性和动力学性能,能够为滚珠型弧面凸轮连续传动机构的设计、制造及其实验研究提供理论依据。 本文在对滚珠型弧面凸轮连续传动机构进行三维几何建模的基础上,应用接触力学理论、Stribeck载荷分布理论等,重点研究了其运动传递中的啮合特性和动力学性能。具体研究内容主要包括: 1.滚珠型弧面凸轮连续传动机构结构设计:根据空间啮合理论推导了凸轮双圆弧滚道的廓面方程和滚珠型弧面分度凸轮机构啮合方程,在此基础上运用Pro/E实现了凸轮机构的三维造型,最后分析了机构各参数对压力角的影响规律。 2.应用Hertz接触理论,分析了滚珠与滚道的啮合特性及机构各参数对啮合特性的影响。借鉴Stribeck载荷分布理论,建立了球窝式球座的载荷分布模型,并分析滚珠在球座内的啮合特性。 3.基于刚柔组合多体动力学理论和能量等效法,在考虑凸轮轴和分度盘轴为柔性的条件下,建立了基于柔性轴的五自由度动力学模型。运用Runge-Kutta法对动力学方程进行求解,给出并分析了各自由度的动态响应曲线。 4.基于虚拟样机技术,运用ADAMS动力学仿真软件,对滚珠型弧面凸轮连续传动机构的受力及运动规律进行了仿真,验证了理论分析的结果。 通过以上的研究工作,完成了对机构啮合特性和动力学性能的分析,为滚珠型弧面凸轮连续传动机构的制造和实验研究提供理论基础。


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