弧面分度凸轮机构六自由度刚柔耦合动力学模型的研究*

李成平

（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300）

凸轮结构在自动机床、轻工机械和机电一体化产品中得到广泛应用。当凸轮受输入力的作用连续转动时，会带动分度盘周期性间歇运动，所引起的惯性载荷使从动件的运动规律发生变化，导致凸轮机构输出的动态响应与理论值存在偏差。为了提高凸轮机构的定位精度和动态特性，需要在提高其零部件几何精度的同时，充分研究凸轮机构的动力学问题，掌握最佳的激励状态。笔者针对弧面分度凸轮机构，结合机械振动力学和弹性力学知识，建立了一种等效的模型来有效模拟其实际情况，建立了六自由度刚柔耦合动力学分析的数学方程[1-2]，为弧面分度凸轮的动力学研究提供借鉴。

1 动力学模型的建立

1.1 刚柔耦合动力学模型

刚体动力学假设所有构件都是刚体，从而进行动力学分析，过程相对简单，但难以模拟机构受力后的动态响应。柔性动力学考虑构件本身的弹性，从而对其进行动力学分析，能更加真实地还原机构的动态响应情况，但在分析过程中需要将弹性体拆分为多个自由度的离散系统，增加了系统的求解参数，动力学分析方程的求解难度也大大增加[3]。

充分考虑刚体动力学求解难度小、柔性动力学接近真实情况等特点，将精度要求较高或者高速工况下较容易发生变形的构件假设为弹性体，将不容易发生变形或者变形对输出结果影响较小的构件假设为刚体，构建由弹性体和刚性体组成的机械系统，从而进行动力学分析。……