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凸轮及其串联机构误差传递及映射研究

焦永志  
【摘要】: 凸轮及其串联机构在印刷机械上有着广泛的应用,其中由凸轮和平面五连杆机构组成的偏心上摆式递纸机构就是一种典型的凸轮及其串联机构。影响凸轮及其串联机构运动特性的因素很多,随着印刷速度的不断提高,凸轮加工过程中产生的形状误差对其运动学和动力学性能的影响已不容忽视。本文以J2108胶印机中的偏心上摆式递纸机构为原型,引入凸轮形状误差模型,对其运动学和动力学特性进行了系统的理论分析和数值计算。并开发了偏心上摆式递纸机构的设计、分析、综合软件。 本文主要工作成果包括: (1)运用五次多项式运动规律模拟了递纸机构从动件的运动,采用复数矢量法对凸轮轮廓进行了反求,并在此基础上分析了各构件制造尺寸误差在递纸机构工作端的映射规律。结果显示,不同杆件的传递系数不同。 (2)结合生产实际,分析了凸轮形状误差的产生根源和误差形态,并对其建立了数学模型,分析了凸轮形状误差对递纸牙端运动特性的影响。研究发现:凸轮高频形状误差(波度)对递纸牙的加速度影响较大,对角位移、角速度的影响较小。 (3)运用达朗贝尔原理对机构进行了刚体动力学分析,计算了一个周期内递纸机构各构件的受力变化,通过对比考虑和不考虑凸轮形状误差时的各构件受力,发现在考虑了周期性的凸轮形状误差之后,各杆的受力有了较为显著的增大,且突变严重,并且这种趋势随着凸轮形状误差(波度)频率的增加而加剧。 (4)在考虑机构弹性,并进行合理假设的情况下,对机构进行了动力学建模,并根据实际情况,对模型进行了简化处理。经计算分析发现:当机构转速较高、并存在凸轮形状误差时,递纸牙的动态摆动误差较大,会对套印精度产生较大影响。 (5)对偏心上摆式递纸机构进行了参数化设计研究,利用VC++编写了参数化设计分析软件。该软件能够实现凸轮机构综合、机构运动学分析、刚体动力学分析、弹性动力学分析等功能。操作简单、界面友好。


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