新型高速分度凸轮机构的原理、特性及应用研究.doc

一、引言

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

在现代工业生产中，自动机械扮演着至关重要的角色，其广泛应用于汽车制造、电子设备生产、食品包装等众多领域。随着市场竞争的日益激烈以及生产效率需求的不断提升，自动机械正朝着高速化、精密化和轻量化的方向迅猛发展。这一发展趋势对自动机械中的关键部件——分度凸轮机构提出了更为严苛的要求。

分度凸轮机构作为一种能够实现间歇运动的重要传动装置，具有结构简单、能自动定位以及动静比可任意选择等显著特点，与棘轮机构、槽轮机构、针轮机构等几种传统的间歇运动机构相比，分度凸轮机构更适合于要求高速、高分度精度的场合，因而被广泛应用于各种多工位自动机械、直线步进机械中。在汽车发动机生产线上的零部件装配环节，分度凸轮机构用于精准地将待装配零部件定位到指定位置，确保装配的准确性和高效性；在高速包装机械中，它能够实现包装材料的间歇输送和产品的精准分装，大大提高了包装速度和质量。

然而，随着自动机械运行速度的不断提高以及对分度精度要求的日益提升，现有的分度凸轮机构逐渐暴露出一些难以满足更高要求的问题。传统的圆柱分度凸轮机构，虽然在一定程度上能够实现分度运动，但其在高速运转时，由于凸轮与滚子之间的接触应力较大，容易导致磨损加剧，从而影响分度精度和机构的使用寿命；弧面分度凸轮机构尽管在精度和承载能力方面表现较为出色，但结构相对复杂，制造成本较高，且在实现某些特殊分度数时存在一定的局限性。此外，现有的分度凸轮机构在输入输出同轴性以及结构紧凑性方面也存在不足，难以满足一些对空间布局要求较高的自动机械的需求。这些问题严重制约了自动机械的进一步发展，因此，研究一种新型高速分度凸轮机构具有迫切的现实需求。

1.1.2研究意义

从理论层面来看，新型高速分度凸轮机构的研究对于完善分度传动机构的理论体系具有重要意义。目前，虽然对传统分度凸轮机构的研究已经取得了较为丰硕的成果，但对于新型结构和传动方式的分度凸轮机构的研究仍相对较少。通过对新型高速分度凸轮机构的深入研究，包括其传动原理、运动学和动力学特性分析、凸轮廓线方程推导等，可以进一步丰富和拓展分度传动机构的理论知识，为后续的研究和设计提供更为坚实的理论基础。同时，这也有助于推动机械传动领域相关理论的发展，促进不同学科之间的交叉融合，如机械设计、力学、数学等学科在新型分度凸轮机构研究中的协同应用，为解决复杂机械系统的设计和分析问题提供新的思路和方法。

在实际应用方面，新型高速分度凸轮机构的研发成功将对自动机械的发展产生巨大的推动作用。新型机构具有高速、高分度精度的特点，能够满足自动机械在高速运转下对分度精度的严格要求，从而提高生产效率和产品质量。在电子芯片制造过程中，高精度的分度凸轮机构可以确保芯片在加工和封装过程中的位置精度，减少废品率，提高生产效益。新型机构的输入输出同轴以及结构紧凑的特性，使其能够更好地适应现代自动机械对空间布局紧凑化的需求，有助于设计出更加紧凑、高效的自动机械设备，降低设备的占地面积和制造成本。新型高速分度凸轮机构能实现一分度至大分度数传动，拓宽了其在不同领域的应用范围，使其能够满足更多复杂工况的需求，为自动机械在更多领域的创新应用提供了可能。

1.2国内外研究现状

在国外，对分度凸轮机构的研究起步较早，技术相对成熟。早在20世纪，国外学者就开始对传统的圆柱分度凸轮机构和弧面分度凸轮机构进行深入研究。对于圆柱分度凸轮机构，重点研究其在不同工况下的运动学和动力学特性，通过优化凸轮轮廓曲线，提高其在高速运转时的稳定性和分度精度。相关研究成果使得圆柱分度凸轮机构在一些对精度和速度要求相对较低的场合得到广泛应用，如早期的一些自动化生产线中的简单分度环节。而对于弧面分度凸轮机构，国外学者致力于解决其结构复杂和制造成本高的问题，通过改进制造工艺和材料选择，提高机构的承载能力和使用寿命。在汽车发动机零部件加工设备中，弧面分度凸轮机构能够精准地实现工件的分度和定位，满足了高速、高精度的加工需求。

随着科技的不断进步，国外对新型高速分度凸轮机构的研究也取得了显著进展。一些学者提出了基于新型传动原理的分度凸轮机构设计方案，如行星式分度凸轮机构。这种机构借鉴了行星齿轮传动的结构特点，具有结构紧凑、传递功率大等优点。通过对行星式分度凸轮机构的运动学和动力学分析，建立了精确的数学模型，为机构的优化设计提供了理论依据。在实际应用中，行星式分度凸轮机构在一些高端自动化设备中得到了应用，如高速电子元件贴片机，能够实现高速、高精度的贴片操作，大大提高了生产效率。

在国内，对分度凸轮机构的研究始于20世纪中后期。早期主要是对国外先进技术的引进和消化吸收，通过对传统分度凸轮机构的仿制和改进，逐渐掌握了其设计和制造技术。随着国内制造业的快速发展，对分度凸轮机构的性能要求不