聊聊凸轮
本帖最后由 米兰的小铁匠 于 2021-9-10 23:07 编辑聊一些对凸轮的理解，有问题的地方请各位大侠批评指教，也可以展开讨论。
凸轮滚子系统形线设计，首先保证从动件的运动，然后考虑各因素来优化这个运动。这些因素包括驱动扭矩，接触应力，飞脱转速，侧向力，耐久，体积空间，凸轮加工及价格等。他们往往相互制约，需要根据实际应用取舍。
第一步是根据不同段的升程需求来定义从动件的位移曲线。最简单的轨迹是正弦曲线，既能保证SVAJ的连续光滑，而且非常‘纯净’没有高次谐波，也不需要专业形线软件或手动编程，用excel即可生成SVAJ曲线。假如能同时满足上面提到的设计需求，形线设计即可到此为止。
往往具体应用需要你优化这条曲线，优化过程需要不断迭代及对其它因素妥协。
驱动扭矩：
比如系统对扭矩敏感，需要减小扭矩峰值。扭矩峰值出现在上行程，做功等于挺柱体负载×位移，在凸轮端是扭矩×转角，可得扭矩等于负载×位移/转角，也就是负载×速度。负载由工况决定，降扭只能优化速度。
降速分两块，一是降低平均速度。行程一定，要降低平均速度只能增加上行程的时间比例，但这会对应减小下行程的时间，增大下行程速率，对于上行程重载，下行程低载的应用，飞脱转速会减小，同时滚子下行程角加速度增大导致惯性扭矩增加，增加了滚子打滑的风险。
另一种是降低峰值速度。此时上行程时间比例固定，而行程一定，也就是速度曲线下方的面积不变，只能把速度曲线的波峰往下压，尽可能压平成梯形状。这种降速可以降低峰值扭矩，同时还有利于降低侧向力，赫兹应力。但这一梯形状速度曲线偏离了正弦函数且叠加高次谐波，可能会激起弹簧共振。弹簧设计上固有频率本身很大，远高于从动件运动的基频，但高次谐波如果幅值较大，在某些低转速下就会激励弹簧。出现这种情况，需要把对应阶次的谐波降幅或剔除掉，重新优化形线。另外由于弹簧线圈的惯性，运动端高频运动时，弹簧变形沿轴线方向不是均匀的，应力也是波动的，某些段线圈应力肯定大于静态加载时的应力，形成弹簧颤动。颤动并不一定发生在固有频率附近。（弹簧是另外一个复杂话题，目前还没完全弄懂，后面计划单独一篇总结弹簧）
接触应力：
凸轮滚子可以理解为特殊的滚子轴承。Bearing字面意思是“承力”，广义延伸可以包含齿轮，凸轮等。凸轮接触应力在原理上与轴承/齿轮相同，在应用上却不像轴承/齿轮有大量应力及寿命计算的工程数据。
两圆棒并在一起，有各种情况，比如轴线平行或呈一个小的夹角，静态，滚动，滚动夹杂滑动，润滑状态，这些对于应力场形态都有影响。凸轮滚子运行到某一瞬时，此时凸轮曲率一定，法向载荷一定，结合材料参数可求法向最大压应力p和弹性变形长条半宽a。接触区域各处应力都可表示成p和a的函数。(接触应力部分先起一个头，争取下周详述)
配图一张： 侃凸轮，与侃液压一样，第一步，不需要有凸轮这个东西，而是有工作曲线，就是我需要玩什么，达到什么功能？
之后，把动作分解切片，逐级解这个片段，比如高速再减速，因为惯性会‘脱离’，处理脱离，
所有片段解了，合成，过程中发现一个凸轮不能实现，就用凸轮叠加，返回最开始处理力学过程，再切片，重新处理， 8爷已经一言以蔽之。
非玩家，看过一些相关资料，随便聊两句。
1、工作曲线问题；功能到曲线的转化，动力源到执行末端传动的转化，设计曲线中加速度，速度，位移哪一项最重要（如何妥协），每个工作过程（启承转合）的对应到工艺上的要求，单个凸轮多个工作过程曲线的过渡，以及单驱动多个凸轮的配合，起始点的校准，看过国外的包装机，一种是硬码盘读码防抄袭，另一种就是多个凸轮的配合，校准。
2、接触问题。这个没实际玩过，真说不出来啥。 觉得大概分为两个，a 惯性力的问题，书中记载划分高速机的时候，就是惯性力和工作力的比值超过数值，即为高速机。这里还牵涉到振动及接触油膜以及噪音的问题，不敢侃。b 记得之前有大侠说过寿命的问题，即PV值的问题。
等楼主侃接触，过来围观。 2266998 发表于 2021-9-10 23:14
侃凸轮，与侃液压一样，第一步，不需要有凸轮这个东西，而是有工作曲线，就是我需要玩什么，达到什么功能？ ...
位移，速度，加速度，急动度，相互协调和均衡
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