凸輪機構(gòu)是典型的常用機構(gòu)之一，在工程中，一般用于重復性機械動作，例如，內(nèi)燃機中氣門的啟閉、縫紉機中縫料的間斷送進控制等機械動作傳動，在紡織、印刷、輕工等中小型機械上應用廣泛。而凸輪機構(gòu)應用于重型機械的冶金設(shè)備連續(xù)式拉拔機上，作為大噸位動力傳動卻并不多見。因此對凸輪機構(gòu)在重型機械中的應用進行研究分析和優(yōu)化設(shè)計是很有意義的。
1.拉拔機(拖板式)連續(xù)拉拔動作原理
拖板式拉拔機的拉拔運動和拉拔力的傳遞是由兩個凸輪(裝在同一根主軸上，相位差為180度)來完成的。兩個凸輪各自推動一副拖板，拖板上裝有拉拔鉗口。主軸轉(zhuǎn)動時，兩副拖板在凸輪的推動下，形成了交替的前后運動即前拖板拉拔時，后拖板鉗口松開返回。前后拖板在工作上有一段重合段，在重合工作段內(nèi)，前后拖板拉拔鉗口均處于夾緊狀態(tài)，重合交替后，一拖板繼續(xù)拉拔，另一拖板拉拔鉗口松開返回，機構(gòu)連續(xù)地完成拉拔運動。
2.連續(xù)式拉拔機凸輪設(shè)計要求
在拉拔過程中，拉拔速度經(jīng)歷了由額定值—減速—反向—回程加速—減速—反向加速—額定值的變化。合理的凸輪曲線設(shè)計是拉拔機高速、穩(wěn)定、高效工作的關(guān)鍵之一。由拉拔運動的規(guī)律確定了對凸輪曲線的基本要求：
(1)等速拉拔，快速返回；
(2)兩個拖板在確定位置交接并嚴格按規(guī)定的位置運動：
(3)高速運轉(zhuǎn)的凸輪動態(tài)特性要好，以避免過大的振動和沖擊。
因此要求整個凸輪的曲線位移、速度、加速度連續(xù)光滑。即在0—360度范圍內(nèi)，在各聯(lián)結(jié)點應連續(xù)。為滿足上述要求，凸輪理論廓線應由四段曲線組成，即起始過渡曲線，工作段曲線，終止過渡段曲線，回程段曲線。為了選擇較好的動力特性，對于曲線類型的確定，則主要考慮控制速度，加速度，加速度的變化率等方面。
為了防止沖擊，減少噪音，必須控制拖板的動量，凸輪要適當。為了避免拉拔拖板激振力過大，減少拖板滾輪與傳動凸輪接觸處的法向力與拉拔拖板的平衡力，降低電機功率，要求相關(guān)參數(shù)盡可能小。由典型運動特性分析可知，在傳遞同一運動時，三角函數(shù)低于多項式傳遞函數(shù)(高次多項式除外)，而且階躍量是有限值。因此，三角傳遞函數(shù)優(yōu)于多項式傳遞函數(shù)。從制造加工角度講，凸輪對加工誤差的敏感性很大，當升程誤差達到0.2mm時，就可以使升降傳動規(guī)律的選擇成為無意義。而各類傳遞函數(shù)反映基本相似。因此，在分析國外引進設(shè)備的曲線基礎(chǔ)上，從運動規(guī)律的動力特性和凸輪制造加工達到的精度可能性等方面予以綜合考慮。將各段曲線分別確定為：工作段為直線方程，穩(wěn)定拉拔；回程段為擺線方程，拖板快速返回：由于工作段的兩端與回程段的曲線存在加速度突變，將采用半正弦方程消除剛性沖擊。
由于凸輪的動靜態(tài)特性，它們除了對速度、加速度、加速度變化率有直接影響外，還對以下幾個方面有影響。
(1)凸輪曲線各段加速度峰值波動要求小，以使運動中各段加速度峰值趨向一致；工作行程與理論升程的差值要小，即提高升程精度，有利于提高后道剪切工序時的剪切精度；
(2)凸輪曲線重合段角度影響整個曲線的比例分配，它又受拉拔拖板鉗口換向時間的約束；
(3)凸輪工作行程確定后，凸輪直徑和工作段升程相互制約。增加直徑可減小升角，使回程段曲線趨于平緩，但會引起拉拔機結(jié)構(gòu)尺寸增大等問題；
(4)滾輪直徑具有一定的要求，以滿足拖板對凸輪作用力符合應力指標，因此，凸輪曲線的小曲率半徑還受到滾輪直徑的限制。
3.總結(jié)
(1)連續(xù)拉拔機的運動規(guī)律確定了對凸輪曲線的基本要求，其中主要是對凸輪位移、速度、加速度的要求；
(2)凸輪曲線各段性質(zhì)是影響拉拔機動態(tài)特性的重要因素，傳動凸輪的拉拔工作段為一次線性方程，其它各段應優(yōu)選三角傳遞函數(shù)；
(3)凸輪曲線各段性質(zhì)確定之后，凸輪的變量參數(shù)選擇對于凸輪設(shè)計至關(guān)重要；
(4)可采用優(yōu)化方法確定凸輪的變量參數(shù)。(圖/文www.n9955.com)