团体标准 T/WLJC15－2018 弧面凸轮机构设计规范 Designspecificationforgloboidalcammechanism 2018－12－06发布 2018－12－16实施 温岭市机床装备行业协会发布ICS25.060.99 J93T/WLJC15-2018 I前言 本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由温岭市机床装备行业协会秘书处牵头组织制订并负责解释。 本标准主要起草单位：温岭市华驰机械有限公司。 本标准参加起草单位：呼和浩特众环（集团）有限公司、温岭市机床装备行业协会。 本标准主要起草人：颜建军、金腾飞、杜淑逞、关耀东、麻江峰、丁昆。 本标准为首次发布。T/WLJC15-2018 1弧面凸轮机构设计规范 1范围 本标准规定了弧面凸轮机构设计的基本原则、典型过程和主要方法。 本标准适用于高速无间隙传动装置用弧面凸轮机构。 2术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 2.1 弧面凸轮机构globoidalcammechanism 主动凸轮的基体为圆弧回转体，凸轮轮廓制成凸脊状，通过工作面螺旋升角的变化实现 分度盘的间歇运动和定位，从动转盘上装有轴线沿分盘圆周均布的滚子。如图1所示。 图1弧面凸轮机构 3工作原理和基本形式 3.1工作原理 当凸轮旋转时，在分度段，凸轮的轮廓推动转盘滚子，使转盘分度转位；在停歇段，转 盘上相邻的两个滚子跨夹在凸轮凸脊的两侧，使转盘停止转动；如图2所示。从动转盘的运 动规律可按转速、负载等工作要求设计，可以通过调整中心距来消除滚子与凸轮槽间的间隙 及补偿磨损。T/WLJC15-2018 2 （a）停歇段示意图 （b）分度段示意图 图2弧面凸轮机构工作原理 3.2特点 弧面凸轮机构具有以下特点： 1）结构简单，刚性好，承载能力在凸轮机构中是最大的。 2）设计限制少，分度范围宽：n=1~24，在小分度数时，与圆柱凸轮机构相比，具有明 显的优势。 3）中心距可作微调，即可加预紧，消除间隙，使得该机构可获得较好的动力特性和运 动特性，运行平稳，可用于高速、中速和低速各种场合。 4）精度高，分度精度可达±（15″~30″）。 5）凸轮工作曲面复杂，加工难度大、成本高。 6）若分度数超过24，预紧易卡死，该机构优势变得不明显。 3.3基本形式 弧面凸轮机构有以下两种基本形式（如图3所示）： a)脊型：输出运动静止时，由两个相邻的滚子骑在凸轮的凸脊上，使从动盘保持确定 的位置。 b)槽型：输出运动静止时，一个滚子处于凸轮的沟槽内，两相邻的滚子骑在沟槽两边 的凸脊上，使从动盘定位。 （a）脊型 （b）槽型 图3弧面凸轮机构的基本形式T/WLJC15-2018 3在分度较少时，多采用脊型结构，凸轮加工比较简单。在分度数较多时，脊型结构在预 紧时易用卡死，多采用槽型结构。 3.4旋向形式 针对输入和输出运动方向不同，弧面凸轮机构有左旋和右旋，分别用L和R表示，如 图4所示。两种旋向形式输入运动方向不同，而输出运动的方向是一样的。 3.5从动滚子形式 弧面凸轮机构的从动滚子有圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子等形式，从加工方便性考虑， 圆柱滚子使用较多。 （a）左旋（L） （b）右旋（R） 图4弧面凸轮机构的旋向 4基本参数 4.1概述 弧面凸轮机构的基本参数包括运动参数和几何参数。其中与圆柱凸轮机构基本参数的定 义和计算是完全一致的有：分度数、分度角、动静比、动程角、从动滚子数、凸轮头数、中 心距。反映自身特点的结构几何尺寸有：滚子尺寸、从动盘尺寸、径距比、凸轮尺寸等。见 图5。 4.2分度数n 从动盘输出轴在回转一周的过程中转动或停歇的次数称为分度数n，一次转动和停止的 一个运动循环为一个分度。 分度数n由刀具自动交换装置的动作要求确定。若n选取太小，压力角大，传动特性差； 若n选取太大，从动盘径向尺寸大，结构复杂，使得转动惯量大，运动速度受到限制，功率 消耗也较大。 4.3分度角 一个分度从动件转过的角度称为分度角h，见式（1）。 h=2π 其……………………………………………（1）T/WLJC15-2018 4 图5弧面凸轮机构几何尺寸关系 4.4动静比 在一个分度中，从动件运动时间d与静止时间j的比值，见式（2）。 d=公 ……………………………………………（2） 动静比由刀具自动交换装置的动作要求确定，一般是给定值。 4.5动程角 凸轮在从动件运动时间内转过的角度。给定后，动程角h见式（3）。 h=公 公∙………………………………………（3） 式中，I由凸轮每转一周驱动从动件的分度次数I来确定，见式（4）。 I= ……………………………………………（4） 一般地，凸轮每转一周，驱动从动件分度一次，即I=1，I一般为2π。 4.6从动滚子数m 从动滚子数m为从动盘上滚子的总数。 4.7凸轮头数功 每一个分度凸轮拨过的滚子数，见式（5）。T/WLJC15-2018 5m= 其……………………………………………（5） m越大，凸轮的形状越复杂。在压力角和分度数许的情况下，常取m=2。 4.8中心距C 输入轴与输出轴的轴线间距。它是机构设计时重要的原始参数。 4.9滚子尺寸 滚子宽度0和滚子半径0，可根据接触刚度确定，也常用类比法设计，选用标准件。 4.10从动盘节圆半径 从动盘回转中心到滚子宽度中点轴线的半径，是从动盘的主要尺寸，可用式（6）估算： f= sin ±(1~5mm)……………………………（6） 4.11从动盘基圆半径 从动盘基圆半径f0是从动盘制造时用到的尺寸，见式（7）。 f0=rf−1 2B02+r02……………………………（7） 4.12从动盘基圆半径 从动盘基圆半径fm是装配中需要保证的，它影响到f，并且用于零件之间是否干涉的 检测，见式（8）。 fm=rf+1 2B02+r02……………………………（8） 4.13径距比 从动盘节圆半径f与中心距C之比，它是影响压力角、曲面的曲率等的重要参数，分 度数越大，径距比可以取得较大，见式（9）。 rc= ≤1 1+τh θh∙Vm tanαm………………………………………（9） 式中，m为运动规律无因次最大速度；αm为许最大压力角。 4.14凸轮弧面半径 一般取值，见式（10）。 CH=rf0+(1~5mm)………………………………………（10） 4.15凸轮最大外圆直径 一般取值，见式（11）。 cm≈2C−RCHcosτh−2r0sinτh……………………………（11）T/WLJC15-2018 64.16凸轮宽度 一般取值，见式（12）。 c≈2rfsinτh 2+r0 cosτh 2…………………………………（12） 4.17凸轮槽深h 凸轮外表面是旋转弧面，使得凸轮槽深h不好确定，以滚子不与底面相碰为宜，一般取 值，见式（13）。 =1.1~1.25B0………………………………………（13） 5凸轮轮廓方程、压力角及工作曲面曲率分析 5.1凸轮轮廓方程 弧面凸轮的工作曲面为不可展的空间曲面，需要运用微分几何的曲面理论及其包络理论， 由从动滚子的曲面出发，推导出滚子曲面的包络面方程，即凸轮轮廓参数方程。 按图6所示建立坐标系，由曲纹坐标（φ,δ）如图7所示，φ和δ分别为凸轮和从动 盘转角，可得凸轮轮廓参数方程，见式（14）。 图6弧面凸轮轮廓方程坐标系