李参军1,2，曾文浩1，徐大伟1，杨永泰1
(1.中科院海西研究院泉州装备制造研究所，福建 泉州〓362216)
(2.中北大学机电工程学院，山西 太原〓030051)
摘要：凸轮轮廓设计不合理引起的振动是凸轮传动机构中的一种常见问题，会极大地减少凸轮机构的使用寿命，降低传动精度。基于最大丰满系数理论对排咪机中凸轮打点机构的凸轮轮廓曲线进行了优化设计，并进行了凸轮重构。利用ADAMS分别对优化前后的凸轮打点机构进行了动力学仿真。仿真结果表明，优化后凸轮打点机构中的执行末端冲针运行更平稳，运行速度更稳定，加速度更加缓和，极大地降低了凸轮间的碰撞，减小了凸轮的磨损。
关键词：凸轮机构；最大丰满系数；ADAMS；动力学仿真
中图分类号：TH132.2〓〓〓文献标识码：A〓〓〓文章编号：2095-509X(2021)08-0021-06

凸轮机构是机械传动系统中的一种基本机构，因其具有结构简单、紧凑，传动效率高等优点而被广泛使用。在凸轮传动机构中，凸轮轮廓曲线是一个重要的设计变量［1］，一般来说，只要设计出合理的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件的位移、速度、加速度按预定运动规律变化［2-3］。不合理的凸轮轮廓曲线会导致凸轮与从动件发生碰撞，特别是在高速传动过程中，往复运动带来的惯性力会引起强烈的振动与冲击［4］，严重情况下甚至会出现凸轮破损、断裂的现象。因此，合理设计凸轮轮廓是保证传动系统稳定、可靠运行的基础。
金属排咪机又称方牙机，是一种生产服装拉链的重要设备，其工作原理是通过凸轮传动完成Y型铜材切断、牙点冲压成型、挤压至布带上等工序，制成整条拉链。我国的金属排咪机大多是参照国外机器研制而成，但在生产效率与产品质量上与国外差距很大，全球高端奢侈品级别的拉链市场几乎被日本YKK和瑞士RIRI垄断［5］。排咪机的核心机构是凸轮打点机构，其具有转速高、结构紧凑、惯性力大等特点。但是，当该凸轮机构高速运转时，由于从动件的惯性力剧增以及滚子与凸轮间的相互碰撞，会引发机构的强烈振动。另外，冲针过大的速度突变不仅会减少冲针的使用寿命，还会带来机身的冲击振动，加剧关联机构的磨损。因此，如何减少机构的振动和延长凸轮的寿命，是改进排咪机的研究重点。ADAMS软件［6］是使用范围最广的动力学仿真软件，很多学者利用ADMAS对凸轮传动系统进行了动力学仿真分析，如万朝燕等［7基于ADAMS建立了高速凸轮机构的弹性动力学模型，获取从动件运动规律曲线，重点分析了不同推杆刚度下高速凸轮机构的动力学特性；刘小月等［8］利用数值分析方法对高速凸轮机构进行了动态研究，证明了数值分析方法可以很好地应用在高速凸轮机构动态分析中；金国光等［9］采用有限元法建立刚柔耦合凸轮系统动力学模型,通过截取不同阶次的动力学模型来考察高速凸轮机构的固有频率与振型，重点分析了模态截取阶数对计算精度和速度的影响；玄冠涛等［10］采用改进人工鱼群多目标动力学优化算法对高速凸轮NURBS廓线进行了优化，并利用非均匀有理B样条(NURBS)重构了凸轮轮廓线，最后通过建立高速凸轮单自由度弹性动力学模型，验证了多目标优化算法的正确性。近年来，虽然相关研究领域的很多学者都基于数值分析方法对凸轮传动机构中的凸轮轮廓进行了设计与优化，但往往都是在不考虑凸轮间的接触摩擦力的情况下进行的，而一旦引入接触摩擦力
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基金项目：福建省中科院STS计划配套项目（2016T3023,2018T3020）
作者简介：李参军（1991—），男，硕士，主要从事动力学及有限元分析，canjunli717@qq.com.
通讯作者：杨永泰，男，高级工程师，yangyongtai@fjirsm.ac.cn.