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近年来,随着计算机技术、自动控制技术和电力电子技术的快速发展,机械设计理论得到了极大地改变,在此期间大量新的设计理论被创立,新的技术手段被逐渐应用到了生产设备当中。分度机构是机床中重要的组成部件之一,其分度的准确性直接关系到被加工工件精度的高低。目前,随着工件加工量的增加,要求分度机构具有较高的分度效率,一般都是通过提高分度机构工作速度的方式来满足这种要求。但在高速运动状态下,传统的机械式分度机构的运动稳定性较差,难以满足被加工工件的精度要求。因此,必须设计一种既能满足高速运动要求且能保持分度精度的分度机构。
本文在分析机床分度机构原理的基础上设计了一种具有电子凸轮的分度机构,主要由电子凸轮和机械传动部分组成。电子凸轮部分由液晶触摸屏、工控机、运动控制卡、伺服电机、伺服驱动器、计数器、光电编码器等组成。通过液晶触摸屏将命令输入到工控机;工控机作为上位机,它主要向运动控制卡发送命令。运动控制卡接收到工控机发出的指令后,将经计算得到的运动信号发送到伺服驱动器;在收到运动控制卡发出的信号后,伺服驱动器先将信号放大,再通过通讯控制方式驱动伺服电机转动。此种机构能够代替原有的机械式凸轮分度机构,具有良好的动特性、不易磨损,可以灵活的调整分度次数等特点。
本文对分度机构机械传动部分的静态精度进行了研究。机械传动部分主要由精密齿轮系统组成。文中详细分析了齿轮传动系统误差的来源,总结了误差综合的三种方法——绝对值法、概率法和蒙特卡洛法。其中,蒙特卡洛法考虑到了误差分布的随机性,因此计算得到的齿轮传动误差较接近于实际情况。
本文采用集中参数法建立了齿轮系统的扭转动力学模型,列出了振动动力学方程,求解了系统的固有频率,最后通过Matlab调用龙格-库塔法求解了系统的动力学响应、相图、庞加莱图等。另外,通过石川法求解了齿轮的弹性变形,最后得出了齿轮副的综合啮合刚度和啮合阻尼。通过上述分析可以了解分度机构在高速运动状态下的稳定性和齿轮的弹性变形情况,这对分度机构的精度设计具有一定地指导意义。