[发明专利]一种凸轮从动件运动规律的设计方法及得到的凸轮

说明书

一种凸轮从动件运动规律的设计方法及得到的凸轮，设计步骤如下：根据要求确定凸轮从动件运动规律的特性；确定凸轮从动件运动规律在上升段的表达式；确定凸轮从动件运动规律的相关参数；根据凸轮从动件运动规律在上升段的表达式和上升段的相关参数求解得到凸轮从动件运动规律在上升段的具体的数学表达式,根据凸轮函数的对称性得到下降段的数学表达式，完成整个凸轮从动件运动规律的设计。本方案通过输入少量设计参数，即可直接计算得到满足设计参数的从动件运动规律，而且该从动件运动规律可以保证所有跃度曲线全部连续，光滑性较好，能够减小冲击，减小凸轮的过度磨损。

技术领域

本发明属于凸轮机构技术领域，具体为一种凸轮从动件运动规律的设计方法及采用该设计方法得到的凸轮。

背景技术

凸轮机构是典型的常用机构，具有易于设计和能够准确预测从动件运动特点的优点，可以实现复杂的运动规律。因此，在工程中广泛于自动机械、自动控制装置和生产线中，如内燃机、包装机、成型机、装配机、自动机床、纺织机、印刷机、自动设备等。

凸轮机构的作用是使从动件产生满足要求的运动规律，有了从动件的运动规律，再加上从动件的类型、凸轮的类型和几何尺寸，就可以设计出满足要求的凸轮轮廓，得到整体凸轮运动机构。

从动件运动规律的设计一般要求是：从动件升程开启要迅速；升程要有良好的光滑性，尽可能使升程的高阶导数连续；从动件加速度、跃度(加速度一阶导数)、跳度(加速度二阶导数)不能过大，有一定的限值。简言之，就是在满足特定升程和相关导数限值的要求下，尽量保证高阶导数连续，并且使从动件平均速度尽量大。

目前从动件的运动规律设计方法主要分为两种，整体式和组合式。整体式主要包括高次多项式、N次谐波等，整体式是整个从动件运动规律都可以使用一个函数来表示，易于实现多阶导数的连续。另一种是组合式，函数表达式为分段函数，各段函数可以由三角函数、幂函数、摆线等任意曲线组成，并保证各段函数在连接处特定的导数连续。组合式设计比较灵活，调节余地较大。

上述各种从动件运动规律设计方法各有优点，但是还有一些明显的缺点：大部分设计方法得到的从动件运动规律光滑性较差，特别是对于带有缓冲段的凸轮，缓冲段的光滑性更差，从而会产生一定的冲击，时间久了会引起凸轮的过度磨损。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种凸轮从动件运动规律的设计方法，通过输入少量设计参数，即可直接计算得到满足设计参数的从动件运动规律，而且该从动件运动规律可以保证所有跃度曲线全部连续，光滑性较好，能够减小冲击，减小凸轮的过度磨损。

本发明采用的技术方案是：

一种凸轮从动件运动规律的设计方法，设计步骤如下：

步骤一：根据要求确定凸轮从动件运动规律的特性；

进一步地，凸轮从动件运动规律的特性包括上升段和下降段是否对称、以及每段中是否带缓冲段；

步骤二：确定凸轮从动件运动规律在上升段的表达式；

首先确定从动件跃度的表达式，再依次积分得到加速度、速度、升程的表达式；该从动件上升段跃度曲线全部由多段直线组成，各段直线连接处都保持连续；

对于上升段没有缓冲段的凸轮，所述从动件跃度曲线在上升段中仅由基本段组成；基本段跃度曲线上升沿的斜率全部相等，下降沿的斜率全部相等，上升沿和下降沿的斜率互为相反数；

对于上升段有缓冲段的凸轮，所述从动件跃度曲线在上升段中由缓冲段和基本段组成；缓冲段跃度曲线上升沿的斜率全部相等，下降沿的斜率全部相等，上升沿和下降沿的斜率互为相反数；

该从动件运动规律在上升段各段的通用数学表达式为：

J_i＝C_i4*a_i+C_i3

A_i＝C_i4/2*a_i²+C_i3*a_i+C_i2