徐銘 潘祥生

摘要：本文介紹了凸輪分度器在自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用、分類及工作原理，利用有限元軟件對凸輪分度器進(jìn)行受力分析，為轉(zhuǎn)盤確定工藝孔的形狀及位置作出初步的判定，為凸輪分度器負(fù)載的輕量化設(shè)計(jì)提供了一個(gè)簡單可行的方法。

關(guān)鍵詞：凸輪分度器;受力分析;輕量化設(shè)計(jì)

前言

隨著我國制造水平和裝備水平的不斷提高，自動(dòng)化裝備的設(shè)計(jì)開發(fā)能力也在不斷的提高[1]。凸輪分度器作為自動(dòng)化生產(chǎn)線中不可缺少的一部分，它是一種高精度分度裝置，廣泛運(yùn)用于各種自動(dòng)化裝配專機(jī)、自動(dòng)化生產(chǎn)線上。主要的應(yīng)用類型有與皮帶或鏈條組成直線方向間歇輸送的自動(dòng)化生產(chǎn)線或轉(zhuǎn)盤式多工位自動(dòng)化裝配專機(jī)、自動(dòng)化間歇送料機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)機(jī)械手等。

1.凸輪分度器的分類及原理

凸輪分度器有多種機(jī)構(gòu)類型，包括圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)、弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)、平行分度凸輪機(jī)構(gòu)、球面分度凸輪機(jī)構(gòu)、行星分度凸輪機(jī)構(gòu)、包絡(luò)蝸桿分度凸輪機(jī)構(gòu)等。其中應(yīng)用最廣泛的機(jī)構(gòu)類型為圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)、弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)、平行分度凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪分度器的外部有兩根軸，一根為輸入軸、一根為輸出軸，輸入軸由電機(jī)直接或者是通過皮帶驅(qū)動(dòng)，輸出軸則與作為負(fù)載的轉(zhuǎn)盤或鏈輪連接在一起，帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤或者鏈輪旋轉(zhuǎn)。凸輪分割器的輸出軸與負(fù)載連接的之間一般安裝扭矩限制器作為安全附件，扭矩限制器的扭矩可以根據(jù)情況來設(shè)定到合適的數(shù)值，防止無法預(yù)測的外部過大的載荷而損壞凸輪分度器。

2.凸輪分度器負(fù)載轉(zhuǎn)盤的輕量化設(shè)計(jì)

凸輪分度器在工作過程中承受的負(fù)載越小越能充分發(fā)揮其性能，特別是負(fù)載轉(zhuǎn)盤應(yīng)盡量的輕。轉(zhuǎn)盤一般采用45鋼，并且在不影響強(qiáng)度和剛度要求下，應(yīng)在轉(zhuǎn)盤上開設(shè)不同形狀的工藝孔，以減輕轉(zhuǎn)盤自重。以往工藝孔的形狀及大小的確定需依賴設(shè)計(jì)者個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，然而負(fù)載轉(zhuǎn)盤的強(qiáng)度是否能滿足工作需求，或者是工藝孔過小造成不必要的過載都很難確定[2]。本文介紹利用有限元分析軟件進(jìn)行輕量化計(jì)算的方法來確定凸輪分度器的負(fù)載轉(zhuǎn)盤。

2.1凸輪分度器轉(zhuǎn)盤受力分析

本文設(shè)計(jì)的多工位自動(dòng)化專機(jī)由一間歇回轉(zhuǎn)分度器直接驅(qū)動(dòng)，如圖1所示：1—工件及定位家具、2—轉(zhuǎn)盤、3—凸輪分度器。

設(shè)計(jì)條件為：

2.1.1工位數(shù)為：S=8;

2.1.2工件及定位夾具質(zhì)量：M1=1kg/組;

2.1.3轉(zhuǎn)盤直徑：D=350mm，厚度t=10mm;

2.1.4材質(zhì)為鋼，密度ρ=7.8X103kg/m3;

2.1.5工件及定位夾具所在位置直徑：D1=270mm;

根據(jù)以上設(shè)計(jì)條件轉(zhuǎn)盤模型簡化為如圖2所示，工件及定位夾具重量為T=1×9.8=9.8N，設(shè)每個(gè)工位受力面積=2.83，則所受的壓強(qiáng)P=3463N/m2。

圖1?自動(dòng)化專機(jī)????圖2轉(zhuǎn)盤三維簡化模型

2.2凸輪分度器轉(zhuǎn)盤輕量化分析

利用三維建模軟件建立凸輪分度器轉(zhuǎn)盤的三維模型[3]，如圖2所示，然后將三維模型導(dǎo)入有限元分析軟件中[4]，將轉(zhuǎn)盤上的八個(gè)工位的負(fù)載加上，同時(shí)，在凸輪分度器的中心連接處加載旋轉(zhuǎn)扭矩，獲得受力分析如圖3所示。

從圖3受力分析可知，最小受力區(qū)域?yàn)?個(gè)圓形，均勻分布在轉(zhuǎn)盤的圓周上。根據(jù)分析結(jié)果，在三維模型上標(biāo)出轉(zhuǎn)盤的對稱線與最小受力區(qū)域形成的中心圓，以對稱線和中心圓的交點(diǎn)1處為圓心，在轉(zhuǎn)盤圓周方向均勻挖掉4個(gè)直徑為60mm的圓孔，如圖4所示。

圖3 圖4

根據(jù)圖3受力分析，挖掉4個(gè)直徑為60mm的圓孔后，把修改過的模型，如圖4所示，導(dǎo)入有限元軟件中，進(jìn)行受力分析。4個(gè)圓孔沿直徑方向的區(qū)域受力仍然很小，可以繼續(xù)挖掉，根據(jù)轉(zhuǎn)盤的應(yīng)力分布可知，4個(gè)圓孔可以改成橢圓孔。

將修改后的轉(zhuǎn)盤模型再次導(dǎo)入有限元分析軟件中，加載分析，從分析結(jié)果可以看出，轉(zhuǎn)盤在挖掉4個(gè)對稱分布的橢圓孔后，強(qiáng)度分布均勻且滿足設(shè)計(jì)要求。

3.總結(jié)

凸輪分度器已被廣泛的運(yùn)用到自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)化專機(jī)等當(dāng)中，凸輪分度器轉(zhuǎn)盤的輕量化設(shè)計(jì)對于提高分度器的精度顯得十分重要。本文利用有限元分析軟件對轉(zhuǎn)盤進(jìn)行受力分析，獲得轉(zhuǎn)盤在加載后的應(yīng)力分布圖，根據(jù)應(yīng)力分布圖，找出最小應(yīng)力集中區(qū)域，然后將最小應(yīng)力集中區(qū)域挖成工藝孔，該方法不僅能夠滿足轉(zhuǎn)盤的強(qiáng)度要求，降低了轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量，減小了凸輪分度器的負(fù)載，而且提高了設(shè)計(jì)的精度和效率。

參考文獻(xiàn)：

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