凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制【含動畫仿真】【含CAD圖紙+PDF圖】

凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制【含動畫仿真】【含CAD圖紙+PDF圖】,含動畫仿真,含CAD圖紙+PDF圖,凸輪,機構(gòu),運動,分析,創(chuàng)新,設(shè)計,試驗,平臺,研制,動畫,仿真,CAD,圖紙,PDF 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 景坷 同學(xué)（ 機制設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) / 班級： 09（4） ） 現(xiàn)下達畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)書，望能保質(zhì)保量地認真按時完成。 課題名稱 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 主要任務(wù)與 目標 凸輪機構(gòu)是工程中用以實現(xiàn)機械化和自動化的一種重要驅(qū)動和控制機構(gòu)，在輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標準零件制造、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域運行的工作機械中獲得廣泛應(yīng)用。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率，對機械設(shè)備的性能指標提出更高的要求，就凸輪機構(gòu)而言，必須進一步提高其設(shè)計水平，在解析法設(shè)計的基礎(chǔ)上開展計算機輔助設(shè)計的研究和推廣應(yīng)用。 本課題重點完成實驗臺傳動電機及調(diào)速方法選擇、相應(yīng)傳感器的按裝設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，其主要內(nèi)容： 1、了解凸輪機構(gòu)運動及特性測試試驗臺研制，研究目的。理解各種典型凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)及其特點。確定完整實驗系統(tǒng)總體方案； 2、實驗臺機械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份； 3、相關(guān)測試用傳感器、型號選定及安裝機架設(shè)計； 4、凸輪機構(gòu)運動學(xué)分析及運動仿真設(shè)計 目標：設(shè)計一臺小型 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺, 凸輪機構(gòu)運動規(guī)律及傳動機構(gòu)傳動特性參數(shù)可測試。 主要內(nèi)容與基本要求 主要設(shè)計內(nèi)容： 1、了解凸輪機構(gòu)運動及特性測試試驗臺研制，研究目的。理解各種典型凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)及其特點。確定完整實驗系統(tǒng)總體方案； 2、實驗臺機械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份； 3、相關(guān)測試用傳感器、型號選定及安裝機架設(shè)計； 4、凸輪機構(gòu)運動學(xué)分析及運動仿真設(shè)計 基本要求： 要求學(xué)生掌握： Auto CAD畫圖軟件及PRO/E畫圖軟件。 要求學(xué)生掌握： Auto CAD畫圖軟件及PRO/E畫圖軟件 按照課題內(nèi)容，完成畢業(yè)設(shè)計要求的各種文檔，包括文獻綜述、開題報告、外文翻譯及畢業(yè)設(shè)計論文等。 嚴格按照進度安排，保質(zhì)保量完成所承擔(dān)的任務(wù)；遵守實驗室規(guī)定。 主要參 考資料 及文獻 閱讀任務(wù) 查閱與課題有關(guān)的文獻（論文、書籍或手冊等）不少于10篇（部），寫出符合要求的文獻綜述報告。主要參考文獻如下： [1] 劉昌祺，（日）牧野洋，曹西京，凸輪機構(gòu)設(shè)計[M]，北京市：機械工業(yè)出版社，2005，1. [2] 趙韓，丁爵曾，粱錦華．凸輪機構(gòu)設(shè)計[M]．北京：高等教育出版社，1993 [3] Mills J K,Optimal design and sensitivity analysls of flexible cam mechanisms[J], Mech Mach Theory，1993 [4] Hongsen Y.Variable-speed method for improving motion characteristics of cam systems．J Mech Des[J]，Trans AS—ME．1996 [5] Tidwell P H.Synthesis of wrapping cams．J Mech Des[J]，Trans ASME，1994 [6] 世薄．平行分度凸輪機構(gòu)[J]．機械設(shè)計，1994，12(10), 13～17 外文 翻譯任務(wù) 閱讀2篇以上（10000字符左右）的外文材料，完成2000漢字以上的英譯漢翻譯。英文文獻：（1）Optimisation Methods for Cam Mechanisms （2）A Hybrid Approach for Cam Shape Design and Profile Machining of General Plate Cam Mechanisms 計劃進度： 起止時間 內(nèi)容 2012.12.17-2012.12.21 畢業(yè)設(shè)計前期資料準備、畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書、外文翻譯任務(wù)布置 2012.12.22-2013.1.13 文獻閱讀、外文翻譯、綜述報告、開題報告 2013.1.14-2013.1.18 綜述報告、外文翻譯、開題報告，開題答辯 2013.1.19-2013.3.15 總體方案設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計，三維零件圖，開題答辯 2013.3.16-2013.4.15 裝配圖、運動仿真、二維零件圖、中期檢查 2013.4.16-2013.5.03 二維零件圖、裝配圖、論文撰寫 2013.5.04-2013.5.10 論文修改、評閱、論文第一次答辯 2013.5.11-2013.5.30 論文第二次、第三次答辯 實習(xí)地點 指導(dǎo)教師 簽 名 年 月 日 系 意 見 系主任簽名： 年 月 日 學(xué)院 蓋章 主管院長簽名： 年 月 日 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 班 級 09機械類(4)班 姓 名 景坷 課題名稱 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 開題報告 目 錄 1 選題的背景與意義 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.2 凸輪機構(gòu)試驗平臺研究意義 1.1.3 凸輪設(shè)計方法和設(shè)計軟件 2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題 2.1 基本內(nèi)容 2.2 擬解決的主要問題 3 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果 3.1 研究思路方案 3.2 可行性分析 3.3 預(yù)期研究成果 4 研究工作計劃 參考文獻 （開題報告全文附后） 成績： 答 辯 意 見 答辯組長簽名： 年 月 日 系 主 任 審 核 意 見 簽名： 年 月 日 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 景坷 ( 09機械類（4）班 B09300412) 凸輪機構(gòu)是工程中用以實現(xiàn)機械化和自動化的一種重要驅(qū)動和控制機構(gòu)，在輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標準零件制造、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域運行的工作機械中獲得廣泛應(yīng)用。凸輪機構(gòu)之所以能夠得到如此廣泛應(yīng)用，是因為它具有傳動、導(dǎo)向和控制等功能。當它作為傳動機構(gòu)時，可以產(chǎn)生復(fù)雜的運動規(guī)律：當它作為導(dǎo)向機構(gòu)時，可使工作機械的動作端產(chǎn)生復(fù)雜的運動軌跡：當它作為控制機構(gòu)時，可控制執(zhí)行機構(gòu)的工作循環(huán)。隨著社會發(fā)展和科技進步為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率，對機械設(shè)備的性能指標提出更高的要求，作為機械設(shè)備核心部件的凸輪機構(gòu)而言，必須進一步提高其設(shè)計水平，在解析法設(shè)計的基礎(chǔ)上開展計算機輔助設(shè)計的研究和推廣應(yīng)用。因此，開展對凸輪機構(gòu)運動分析的研究，對于揭示機構(gòu)的運動性能，進行機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和動力學(xué)分析有著重要的實際意義。 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1.1 凸輪機構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 我國對凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年的歷史，目前仍在繼續(xù)擴展和深入。1983年全國第三屆機構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會上關(guān)于凸輪機構(gòu)的論文只有8篇，涉及設(shè)計、運動規(guī)律、分析、廓線的綜合等四個研究方向。到了．1988年第六屆會議，已有凸輪機構(gòu)方面的論文20篇，增加了動力學(xué)、振動、優(yōu)化設(shè)計等研究方向。而1990年第七屆會議，凸輪機構(gòu)方面的論文22篇，又增加了CAD／CAM、誤差分析等研究方向。近幾年，對凸輪分度機構(gòu)方面的研究也不斷深入，并發(fā)表了一系列論文，對凸輪機構(gòu)的共軛曲面原理、專家系統(tǒng)等方面也有了相當?shù)难芯俊，F(xiàn)在凸輪機構(gòu)已經(jīng)在包裝機械、食品機械、紡織機械、交通運輸機械、動力機械、印刷機械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，與先進國家相比，我國對凸輪機構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較在的差距，尤其是在對振動的研究、凸輪機構(gòu)的加工及產(chǎn)品開發(fā)等方面。 在歐美各國，很多學(xué)者為凸輪機構(gòu)的研究作出了貢獻。早在三十年代，F(xiàn)．D．Furman就寫了一本系統(tǒng)介紹凸輪設(shè)計的著作，當時的研究工作主要集中在低速凸輪機構(gòu)，而且主要分析的是運動規(guī)律。到了四十年代，人們開始對配氣凸輪機構(gòu)的振動進行深入研究，并從經(jīng)驗設(shè)計過渡到有理論根據(jù)的運動學(xué)和動力學(xué)分析。四十年代末，J．A．Hron~等人已經(jīng)注意到從動件的剛度對凸輪機構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)有明顯的影響。五十年代初，D．B．Mitchell最先對凸輪機構(gòu)進行實驗研究。后來不少學(xué)者采用多種儀器，如高速攝影機、加速度分析儀和動態(tài)應(yīng)變儀等，對高速凸輪的動力學(xué)響應(yīng)進行測量，并獲得了許多重要成果。 隨著計算機的發(fā)展，凸輪機構(gòu)的CAD／CAM獲得巨大成功，凸輪機構(gòu)的研究經(jīng)歷了從經(jīng)驗設(shè)計到優(yōu)化設(shè)計，從單純的運動分析到動力學(xué)研究，從手工加工到CAM等發(fā)展階段。僅八、九十年代，就有P．Diemtma，J．K．Mills ，Y．Peng ，V．Y ．Belrstij ，Y．W．Chan等人先后發(fā)表了有關(guān)凸輪機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面的論文，而Tsay，Bagci，Camil，Yilmaz，Yuksel，A．I．Mahyuddin，Cardona，Aiberto，T．L．Drenser 等人先后發(fā)表了有關(guān)凸輪振動、動態(tài)響應(yīng)等動力學(xué)性能方面的論文。 歐美各國的學(xué)者還特別注重研究文獻的收集整理，P．W．Jensen在其專著《凸輪設(shè)計與制造》中幾乎列出了1984年以前的、有記載的、可以找得到的所有的文獻資料，共1817篇。根據(jù)該書和1984年以后出版的《Ei》，對歐美各國自1950年以來在各研究方向所發(fā)表的論文數(shù)量作了初略的統(tǒng)計，總結(jié)得出四十年來歐美各國凸輪機構(gòu)研究的特點大致如下； (1)論文數(shù)量多，研究范圍廣。 (2)研究的連續(xù)性和發(fā)展性強。在每個研究方向上每年都有相當數(shù)量的論文發(fā)表，而且關(guān)于新技術(shù)應(yīng)用的論文數(shù)量也逐年增多。如五十年代至六十年代，有關(guān)設(shè)計加工及刀具的論文是大量的，而有關(guān)優(yōu)化設(shè)計的論文幾乎沒有。到了七十至八十年代，這方面的論文顯著增多，而到了九十年代，有關(guān)凸輪機構(gòu)動力學(xué)方面的研究論文大量發(fā)表，同時有關(guān)高速凸輪機構(gòu)的新的分析方法和改善其動力學(xué)性能方面的研究論文也不斷涌現(xiàn)。因此可以認為，凸輪機構(gòu)的研究是持續(xù)且有發(fā)展的。 (3)研究工作隨著新技術(shù)、新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用而深化。倒如凸輪機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，早期的優(yōu)化 目標極為簡單，主要是確定最小基圓半徑。隨著優(yōu)化方法和計算機的應(yīng)用，優(yōu)化目標的選擇也越來越復(fù)雜，如可以是最小體積、最小接觸應(yīng)力、最長壽命、從動件最小振動、最高效率、最小功耗等。 (4)基礎(chǔ)理論的研究持續(xù)穩(wěn)定。雖然凸輪機構(gòu)的研究不斷有新的擴展，但是對其基礎(chǔ)理論如從動件運動規(guī)律、幾何學(xué)、運動學(xué)等方面的研究論文仍有相當多的數(shù)量，這是因為當其他方面的研究需要深化和擴展時，往往由于基礎(chǔ)理論研究得不夠而難以繼續(xù)。倒如采用優(yōu)化方法，如果數(shù)學(xué)模型誤差很大，再好的優(yōu)化方法也得不到好的結(jié)果。 日本也特別重視凸輪機構(gòu)的研究，有很多從事凸輪機構(gòu)研究的專家，早期有小才川介、中開英一等，現(xiàn)在有牧野洋、西岡雅夫 筱原茂之等}還有許多專門生產(chǎn)凸輪機構(gòu)的公司，如大冢公司、三共制作所、 和凸輪公司等。日本經(jīng)常舉行討論凸輪機構(gòu)的學(xué)術(shù)會議。在有關(guān)的國際性刊物上也經(jīng)?？吹饺毡驹谕馆啓C構(gòu)研究方面的論文。日本近期在凸輪技術(shù)的發(fā)展上所做的工作主要有以下幾個方面： (1)在機構(gòu)設(shè)計方面，致力于尋求凸輪機構(gòu)的精確解和使凸輪曲線多樣化，以適應(yīng)新的要 求。 (2)加強了凸輪機構(gòu)動力學(xué)和振動方面的研究．提高了機構(gòu)的速度，發(fā)展了高速凸輪。他們已經(jīng)生產(chǎn)出分度數(shù)每分鐘8000次的分度凸輪機構(gòu)。 (3)研制新的凸輪加工設(shè)備，以適應(yīng)新開發(fā)的產(chǎn)品 實現(xiàn)了凸輪機構(gòu)的小型化和大型化，已經(jīng)設(shè)計生產(chǎn)出了世界上最小和最大的蝸桿凸輪機構(gòu)，中心距前者為28mm，后者為800mm。 (4)加強凸輪機構(gòu)的標準化，發(fā)展成批生產(chǎn)的標準凸輪機構(gòu)。 (5)發(fā)展凸輪機構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)。 日本學(xué)者特別注重將各方面的研究成果應(yīng)用到實際的產(chǎn)品開發(fā)中去，如他們充分地認識到凸輪機構(gòu)作為控制機構(gòu)具有高速下的穩(wěn)定性、優(yōu)良的再現(xiàn)性、良好的運動特性和可靠性、易于實現(xiàn)同步控制、剛度高等優(yōu)越性，因而十分重視將凸輪機構(gòu)與電子技術(shù)相結(jié)合，在控制機構(gòu)上作廣泛的研究，從而拓寬了凸輪機構(gòu)的用途。 1.1.2 凸輪機構(gòu)研究趨勢 雖然已有很多學(xué)者對凸輪機構(gòu)的研究做了相當多的工作，但在各研究方向仍有許多可繼續(xù)進行的工作，并有一些研究工作有待開發(fā)。從設(shè)計的角度考慮，大致有以下幾點： (1)在從動件運動規(guī)律的研究方面，除了繼續(xù)尋找更好的運動規(guī)律外，要研究有效的分析方法。 (2)在幾何學(xué)和運動學(xué)的研究方面，要綜合考慮各種凸輪機構(gòu)，盡可能導(dǎo)出普遍適用的計算公式。已有研究大多集中于平面和圓柱凸輪，而且是一種凸輪一種研究方法，因而設(shè)計公式過多，近似較多，并影響到其他方面(如CAD的應(yīng)用等)的研究。 (3)發(fā)展通用而有效的CAD系統(tǒng)。由于種種原因，計算機在凸輪機構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用一直被局限于幾種平面和圓柱凸輪機構(gòu)，且每一程序一般只能處理一、二種機構(gòu)，對比較完整的CAD系統(tǒng)的研究，在近十幾年才開始，且很不完善。 (4)引入專家系統(tǒng)或人工智能CAD系統(tǒng)。由于凸輪機構(gòu)不是標準機構(gòu)，種類多，應(yīng)用廣，加之許多已有的知識不能公式化，所以應(yīng)用普通的CAD系統(tǒng)，有時效果并不很理想。如果引入專家系統(tǒng)，則可以獲得較為理想的結(jié)果。 (5)動力學(xué)研究的深化及研究成果的進一步實用化 由于動力學(xué)問題本身的復(fù)雜性，導(dǎo)致研究主要集中于低、中速凸輪機構(gòu)，對高速凸輪機構(gòu)的動力學(xué)研究還不夠深入、完善，所以，人們對這些研究成果的可靠性存在懷疑，這些成果的應(yīng)用尚不廣泛。 (6)加強對凸輪機構(gòu)的運動學(xué)特性和動力學(xué)特性的計算機模擬，以提高設(shè)計質(zhì)量和縮短產(chǎn)品研制周期。 1.1.3 凸輪設(shè)計方法和設(shè)計軟件 凸輪機構(gòu)分類如圖1-1 圖1-1 凸輪機構(gòu)的分類 設(shè)計凸輪機構(gòu)時，首先應(yīng)根據(jù)工作要求確定從動件的運動規(guī)律，然后再按照這一運動規(guī)律設(shè)計凸輪廓線。 凸輪廓線的設(shè)計方法有作圖法和解析法，其基本原理相同。 為了便于在圖紙上繪制出凸輪的輪廓曲線，可采用反轉(zhuǎn)法。圖1-2表示的是對心直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)為例來說明其基本原理。 圖1-2 反轉(zhuǎn)法畫凸輪 真實運動：凸輪以等角速度ω 繞軸 O 逆時針轉(zhuǎn)動，推動從動件在導(dǎo)路中上、下往復(fù)移動。 反轉(zhuǎn)法：整個機構(gòu)加上一個（-ω）的轉(zhuǎn)動→凸輪靜止固定不動→→從動件隨導(dǎo)路一起以角速度（-ω）轉(zhuǎn)動，同時又按原來的運動規(guī)律相對導(dǎo)路作移動→→→從動件尖端參與復(fù)合運動所劃出的軌跡即為凸輪廓線。 凸輪機構(gòu)的形式多種多樣，反轉(zhuǎn)法原理適用于各種凸輪輪廓曲線的設(shè)計。 一． 作圖法設(shè)計凸輪廓線 1.對心直動尖底從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計 已知:基圓半徑ro、從動件的運動規(guī)律、凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動;試設(shè)計凸輪廓線。如圖1-3所示。 圖1-3 對心直動尖底從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計 2. 偏置直動尖底從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計如圖1-4所示。 圖1-4 偏置直動尖底從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計 3.平底從動件 平底從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓曲線的設(shè)計思路與上述滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)相似,不同的是:應(yīng)畫出一系列平底，作平底直線族的包絡(luò)線，即得到凸輪的實際廓線。如圖1-5所示。 圖1-5 平底從動件凸輪輪廓線設(shè)計 4.擺動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計 圖示為一尖端擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)。已知凸輪軸心與從動件轉(zhuǎn)軸之間的中心距為a凸輪基圓半徑為rb，從動件長度為l，凸輪以等角速度ω 逆時針轉(zhuǎn)動，從動件的運動規(guī)律如1-6所示。設(shè)計該凸輪的輪廓曲線。 注意：圖中凸輪廓線與擺桿AB在某些位置已經(jīng)相交。故在考慮機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)將從動件做成彎桿形式，以避免機構(gòu)運動過程中凸輪與從動件發(fā)生干涉。 圖1-6 擺動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計 5. 圓柱凸輪輪廓曲線的設(shè)計 圓柱凸輪機構(gòu)是一種空間凸輪機構(gòu)。其輪廓曲線為一條空間曲線，不能直接在平面上表示。但是圓柱面可以展開成平面，圓柱凸輪展開后便成為平面移動凸輪。平面移動凸輪是盤形凸輪的一個特例。因此可用前述盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計的原理和方法，來繪制圓柱凸輪輪廓曲線的展開圖。 1）直動推桿圓柱端面凸輪設(shè)計 實際上，在作推桿位移線圖時，若取橫軸長為圓柱體周長的話，即畫出該凸輪的理論廓線。如圖1-7所示。 圖1-7 直動推桿圓柱端面凸輪設(shè)計 2） 擺動推桿圓柱凸輪設(shè)計 圖1-8 擺動推桿圓柱凸輪設(shè)計 二．用解析法設(shè)計凸輪廓線 用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)從動件的運動規(guī)律和已知的機構(gòu)參數(shù)，求出凸輪廓線的方程式，并精確地計算出凸輪廓線上各點的坐標值。 設(shè)計凸輪的軟件 為了必須進一步提高凸輪機構(gòu)設(shè)計水平，在解析法設(shè)計的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了許多計算機輔助設(shè)計軟件，基于pro/e，solidwork，UG，MachineCam，F(xiàn)eatureCAM，CAXA，MATLAB等 1.1.4凸輪加工方法 凸輪加工的關(guān)鍵是型面加工。加工凸輪型面的方法可分為兩類：一類是用手工、機床掛輪和數(shù)控機床等直接加工；另一類是用仿形法間接加工。仿形法生產(chǎn)率高，適于成批大量生產(chǎn)。由于按靠模仿形時，靠模的制造誤差和仿形過程的誤差，都會影響到工件加工精度，所以凸輪的直接加工法一般要比間接加工法容易控制加工精度，生產(chǎn)率一般較低，多用于單件、小批生產(chǎn)。但數(shù)控機床加工也用于中批生產(chǎn)。 一:直接加工法 (1) 按劃線加工 按劃線加工是指加工好凸輪基準面后，由鉗工劃出凸輪工作型面線，然后按線粗銑或鉆孔后鋸開，最后由鉗工修挫成形，用金屬板劃線后按線檢驗。此法生產(chǎn)率低，只適宜單件生產(chǎn)精度較低的凸輪。 (2)在銑床上用分度頭及掛輪銑 凸輪工作型面為阿基米德螺旋線和漸開線時，可在銑床上利用分度頭和掛輪銑削，如圖1-9所示。加工時，工件裝在分度頭上，并與水平線傾斜。角，工作臺由絲杠掛輪傳動。隨著分度頭的旋轉(zhuǎn)，分度頭與工作臺帶動凸輪坯逐漸向銑刀靠近，從而銑出各種型面曲線。分度頭主軸傾斜角是為了確定掛輪齒數(shù)時便于計算和利用一套掛輪銑出多種曲線而設(shè)的。這種凸輪型面加工方法因受傳動精度等影響，型面精度不很高，主要用于不淬硬凸輪的加工和型面磨削前的預(yù)加工 圖1-9 用分度頭和掛輪銑削銑凸輪 (3)用數(shù)控機床加工 隨著數(shù)控機床的日益發(fā)展和普及，中小批量凸輪越來越多地利用數(shù)控機床進行加工。在數(shù)控機床上加工凸輪型面時，先根據(jù)凸輪型面的參數(shù)編制程序，輸入到數(shù)控裝置中，控制機床的縱橫進給運動，完成凸輪型面的自動加工。其精度和可靠性大為提高。 二：仿型加工法 仿型加工法也叫復(fù)制加工，它是按靠?；驑影逋馆喌脑图庸?。廣泛應(yīng)用于凸輪的中批及大批生產(chǎn)中。 屬于仿形法加工的有：靠模車削、仿形銑削和仿形磨削?，F(xiàn)代的凸輪仿形法加工，多用液壓仿形銑床、光電跟蹤仿形銑床和傷形磨床等加工。 （1） 靠模車凸輪 在普通車床上，利用仿形裝置可以加工具有封閉輪廓的盤形和圓柱形的凸輪，如圖1-10所示。 圖1-10靠模車凸輪 圖中在普通車床上安裝了帶有滾子的靠模裝置，通過靠模2把凸輪工作表面尺寸轉(zhuǎn)換到刀具的運動上去，橫拖板上的滾子3借助于彈簧的作用始終保持與靠模接觸。切削時縱向進給自動(或手動)進行，而橫向進給由靠?？刂?，從而加上出成型工作表面。 （2） 仿形銑凸輪 利用靠模夾具銑削凸輪的工作情況可參見圖1-11 圖1-11 仿形銑凸輪 機械式仿形加工凸輪時，靠模磨損快，加工精度低?，F(xiàn)代的仿形銑床，采用液壓或電液仿形系統(tǒng)，光電跟蹤仿形系統(tǒng)等。采用液壓或電液仿形銑床時，由于靠模所受壓力極小，使用壽命長，因而可以采用鑄鐵、鋁合金、木材、石膏等容易加工的材料制造。采用光電跟蹤仿形時，由于光電系統(tǒng)可跟蹤白色背景上的黑線、工藝人員只需繪制凸輪的輪廓圖，就可按圖進行輪廓仿形加工。 （3）仿形磨削凸輪 仿形磨削用于加工凸輪型面已淬硬且粗糙度要求小，輪廓功線的向徑精度要求較高的凸輪。 仿形磨削可在通用機床上安裝仿形裝置和磨頭進行加工，亦可在專門的仿形磨床上加工，它們的構(gòu)造與工作原理基本上與仿形銑削相同。 使用數(shù)控機床加工凸輪目前漸漸增多，是一種較新的加工方法。 三：用專用靠模、專用夾具枉普通立銑床上銑削 在立銑床上松開刀架橫向進給的螺絲，靠配通產(chǎn)生的力迫使?jié)L于一直靠緊靠模。這種方法在工廠既沒靠模銑床， 又沒有數(shù)控機床的條件下而生產(chǎn)批量又較大的場合下使用。 四：在萬能銑床上加工 從動桿作勻速運動的凸輪，盤狀凸輪的輪廓曲線是阿基米德螺線，圓柱凸輪的槽展開圖為一斜直線。 這兩種凸輪的輪廓曲線可以在萬能銑床上加工，只要計算好配換齒輪，刀具即能按上述曲線運動，加工比較方便。 1.2 凸輪機構(gòu)試驗臺研究意義 在這個實驗平臺中，將凸輪的設(shè)計、分析，優(yōu)化及測試進行一系列的綜合性實驗，不僅可供學(xué)生使用，增強他們的綜合設(shè)計與創(chuàng)新能力、實踐動手能力、分析和解決問題能力，而且還可以為凸輪機構(gòu)的進一步研究提供一個平臺。通過這個實驗平臺，可以研究凸輪的輪廓曲線，分析各種運動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)，然后進行凸輪機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。因此，凸輪機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制對于凸輪機構(gòu)的深入研究和生產(chǎn)制造都會起著重要的作用。 2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題 2.1 基本內(nèi)容 本課題主要內(nèi)容有： 1、了解凸輪機構(gòu)運動及特性測試試驗臺研制，研究目的。理解各種典型凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)及其特點。確定完整實驗系統(tǒng)總體方案； 2、實驗臺機械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份； 3、相關(guān)測試用傳感器、型號選定及按裝機架設(shè)計； 4、凸輪機構(gòu)運動學(xué)分析及運動仿真設(shè)計。 2.2 擬解決的主要問題 設(shè)計一臺小型凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺, 完成凸輪機構(gòu)運動規(guī)律及傳動機構(gòu)傳動特性參數(shù)可測試。利用計算機對凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，然后，通過計算機對凸輪機構(gòu)的運動進行仿真和測試分析，從而實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計與計算機仿真和測試分析有效的結(jié)合，實現(xiàn)理論與實際的緊密結(jié)合。從而深入了解不同規(guī)律的盤形凸輪和圓柱凸輪機構(gòu)的運動特點。進一步提高其設(shè)計水平，在解析法設(shè)計的基礎(chǔ)上開展計算機輔助設(shè)計的研究和推廣應(yīng)用。 3 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果 3.1 研究思路方案 3.1.1 凸輪機構(gòu)工作的基本原理 凸輪機構(gòu)的類型眾多，輪廓曲線通常也比較復(fù)雜，本課題所選用的是最常用的盤形凸輪機構(gòu)，直動從動件盤形凸輪，如圖3-1所示。當凸輪l繞軸O旋轉(zhuǎn)時，推動從動件2沿導(dǎo)軌3(機架)做往復(fù)直線運動。通常，凸輪為機構(gòu)的原動件。 圖3-1 凸輪機構(gòu) 3.1.2 試驗臺系統(tǒng)組成 試驗臺系統(tǒng)框圖如圖3-2所示，它由以下設(shè)備組成： 1、凸輪綜合實驗臺（凸輪實驗臺的機械結(jié)構(gòu)）。 2、凸輪軸角位移傳感器、角度盤, 各 1個，測量凸輪回轉(zhuǎn)軸角位移。 3、直動從動件位移傳感器、百分表, 各 1個，測量直動從動件位移。 4、擺動從動件角位移傳感器。 5、凸輪運動精密測量儀（單片機系統(tǒng)）。 6、計算機 7、打印機 圖3-2 試驗臺系統(tǒng)框圖 3.2 可行性分析 凸輪機構(gòu)是最簡單的平面機構(gòu)之一。在前人研究工作基礎(chǔ)上，本設(shè)計論文進行凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制，在基本原理上是可行的。 本設(shè)計的工作主要涉及力學(xué)、機械原理和機械設(shè)計等方面的知識,CAD等設(shè)計軟件，本人已學(xué)習(xí)了這些相關(guān)課程，并取得了較好的成績，掌握了本設(shè)計所需的基本知識。 指導(dǎo)老師及其課題組在相關(guān)研究方面具有很多成功的經(jīng)驗，本設(shè)計的研究方法思路經(jīng)過深思熟慮，切實可行，能夠確保畢業(yè)設(shè)計的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。 3.3 預(yù)期研究成果 完成實驗臺相應(yīng)傳感器的按裝設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證設(shè)計能較好的滿足設(shè)計要求。 ４ 研究工作計劃 起止時間 內(nèi)容 2012.11.17~2012.12.03 調(diào)研、信息匯總，文獻查閱分析 2012.12.07~2013.01.03 外文翻譯、文獻綜述、開題報告，并熟悉理論力學(xué)、機械原理等相關(guān)知識 2013.01.04~2013.01.14 提交開題報告、文獻綜述及外文翻譯 2013.01.16~2013.01.16 開題答辯 2013.01.18~2013.03.10 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺的整體方案設(shè)計 2013.03.11~2013.03.28 試驗平臺設(shè)計及零部件設(shè)計 2013.03.29~2013.04.11 試驗平臺裝配 2013.04.12~2013.04.24 繪制裝配圖及主要零件圖 2013.04.25~2013.05.02 結(jié)構(gòu)改進設(shè)計及畢業(yè)論文撰寫 2013.05.03~2013.05.10 完成并提交畢業(yè)論文 2013.05.11~2013.05.24 整理材料準備答辯 2013.05.25~2013.05.29 論文答辯 參考文獻 [1] 劉昌祺，（日）牧野洋，曹西京，凸輪機構(gòu)設(shè)計[M]，北京市：機械工業(yè)出版社，2005，1. [2] 趙韓，丁爵曾，粱錦華．凸輪機構(gòu)設(shè)計[M]．北京：高等教育出版社，1993 [3] 吳努，沈世?。叫蟹侄韧馆啓C構(gòu)[J]．機械設(shè)計，1994，12(10), 13～17 [4] 吳努，沈世?。喂曹椡馆喌脑O(shè)計[J]．機槭設(shè)計，1994，11(5)：20~22 [5] Mills J K,Optimal design and sensitivity analysls of flexible cam mechanisms[J], Mech Mach Theory，1993 [5] Hongsen Y.Variable-speed method for improving motion characteristics of cam systems．J Mech Des[J]，Trans AS—ME．1996 [6] Tidwell P H.Synthesis of wrapping cams．J Mech Des[J]，Trans ASME，1994 [7] Gonzalez P，Antonio M．Synthesis of cam—ocillating roller-follower mechanisms,a unfied approach,Mechanism Design and Synthesis[J],ASME Des Eng Div Publ DE，1992 [9] 牧野洋．自動機械機構(gòu)學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版杜，1980F．D [10] 趙韓，丁爵曾，粱錦華．凸輪機構(gòu)設(shè)計[M]．北京：高等教育出版社，1993 15 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻綜述報告 班 級 09機械類(4)班 姓 名 景坷 課題名稱 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 文獻綜述 目 錄 1 前言 2 國內(nèi)凸輪機構(gòu)研究現(xiàn)狀 3 國外凸輪機構(gòu)研究現(xiàn)狀 4 凸輪機構(gòu)研究趨勢 5 總結(jié) 參考文獻 （報告全文附后） 指導(dǎo) 教師 審批 意見 簽名： 年 月 日 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 景坷 ( 09機械類（4）班 B09300412) 1 前言 凸輪機構(gòu)是工程中用以實現(xiàn)機械化和自動化的一種重要驅(qū)動和控制機構(gòu)，在輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標準零件制造、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域運行的工作機械中獲得廣泛應(yīng)用。凸輪機構(gòu)之所以能夠得到如此廣泛應(yīng)用，是因為它具有傳動、導(dǎo)向和控制等功能。當它作為傳動機構(gòu)時，可以產(chǎn)生復(fù)雜的運動規(guī)律：當它作為導(dǎo)向機構(gòu)時，可使工作機械的動作端產(chǎn)生復(fù)雜的運動軌跡：當它作為控制機構(gòu)時，可控制執(zhí)行機構(gòu)的工作循環(huán)。隨著社會發(fā)展和科技進步為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率，對機械設(shè)備的性能指標提出更高的要求，作為機械設(shè)備核心部件的凸輪機構(gòu)而言，必須進一步提高其設(shè)計水平，在解析法設(shè)計的基礎(chǔ)上開展計算機輔助設(shè)計的研究和推廣應(yīng)用。因此，開展對凸輪機構(gòu)運動分析的研究，對于揭示機構(gòu)的運動性能，進行機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和動力學(xué)分析有著重要的實際意義。 2 國內(nèi)凸輪機構(gòu)研究現(xiàn)狀 我國對凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年的歷史，目前仍在繼續(xù)擴展和深入。1983年全國第三屆機構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會上關(guān)于凸輪機構(gòu)的論文只有8篇，涉及設(shè)計、運動規(guī)律、分析、廓線的綜合等四個研究方向。到了．1988年第六屆會議，已有凸輪機構(gòu)方面的論文20篇，增加了動力學(xué)、振動、優(yōu)化設(shè)計等研究方向。而1990年第七屆會議，凸輪機構(gòu)方面的論文22篇，又增加了CAD／CAM、誤差分析等研究方向。近幾年，對凸輪分度機構(gòu)方面的研究也不斷深入，并發(fā)表了一系列論文，對凸輪機構(gòu)的共軛曲面原理、專家系統(tǒng)等方面也有了相當?shù)难芯俊，F(xiàn)在凸輪機構(gòu)已經(jīng)在包裝機械、食品機械、紡織機械、交通運輸機械、動力機械、印刷機械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，與先進國家相比，我國對凸輪機構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較在的差距，尤其是在對振動的研究、凸輪機構(gòu)的加工及產(chǎn)品開發(fā)等方面。 3 國外凸輪機構(gòu)研究現(xiàn)狀 在歐美各國，很多學(xué)者為凸輪機構(gòu)的研究作出了貢獻。早在三十年代，F(xiàn)．D．Furman就寫了一本系統(tǒng)介紹凸輪設(shè)計的著作，當時的研究工作主要集中在低速凸輪機構(gòu)，而且主要分析的是運動規(guī)律。到了四十年代，人們開始對配氣凸輪機構(gòu)的振動進行深入研究，并從經(jīng)驗設(shè)計過渡到有理論根據(jù)的運動學(xué)和動力學(xué)分析。四十年代末，J．A．Hron~等人已經(jīng)注意到從動件的剛度對凸輪機構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)有明顯的影響。五十年代初，D．B．Mitchell最先對凸輪機構(gòu)進行實驗研究。后來不少學(xué)者采用多種儀器，如高速攝影機、加速度分析儀和動態(tài)應(yīng)變儀等，對高速凸輪的動力學(xué)響應(yīng)進行測量，并獲得了許多重要成果。 隨著計算機的發(fā)展，凸輪機構(gòu)的CAD／CAM獲得巨大成功，凸輪機構(gòu)的研究經(jīng)歷了從經(jīng)驗設(shè)計到優(yōu)化設(shè)計，從單純的運動分析到動力學(xué)研究，從手工加工到CAM等發(fā)展階段。僅八、九十年代，就有P．Diemtma，J．K．Mills ，Y．Peng ，V．Y ．Belrstij ，Y．W．Chan等人先后發(fā)表了有關(guān)凸輪機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面的論文，而Tsay，Bagci，Camil，Yilmaz，Yuksel，A．I．Mahyuddin，Cardona，Aiberto，T．L．Drenser 等人先后發(fā)表了有關(guān)凸輪振動、動態(tài)響應(yīng)等動力學(xué)性能方面的論文。 歐美各國的學(xué)者還特別注重研究文獻的收集整理，P．W．Jensen在其專著《凸輪設(shè)計與制造》中幾乎列出了1984年以前的、有記載的、可以找得到的所有的文獻資料，共1817篇。根據(jù)該書和1984年以后出版的《Ei》，對歐美各國自1950年以來在各研究方向所發(fā)表的論文數(shù)量作了初略的統(tǒng)計，總結(jié)得出四十年來歐美各國凸輪機構(gòu)研究的特點大致如下； (1)論文數(shù)量多，研究范圍廣。 (2)研究的連續(xù)性和發(fā)展性強。在每個研究方向上每年都有相當數(shù)量的論文發(fā)表，而且關(guān)于新技術(shù)應(yīng)用的論文數(shù)量也逐年增多。如五十年代至六十年代，有關(guān)設(shè)計加工及刀具的論文是大量的，而有關(guān)優(yōu)化設(shè)計的論文幾乎沒有。到了七十至八十年代，這方面的論文顯著增多，而到了九十年代，有關(guān)凸輪機構(gòu)動力學(xué)方面的研究論文大量發(fā)表，同時有關(guān)高速凸輪機構(gòu)的新的分析方法和改善其動力學(xué)性能方面的研究論文也不斷涌現(xiàn)。因此可以認為，凸輪機構(gòu)的研究是持續(xù)且有發(fā)展的。 (3)研究工作隨著新技術(shù)、新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用而深化。倒如凸輪機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，早期的優(yōu)化 目標極為簡單，主要是確定最小基圓半徑。隨著優(yōu)化方法和計算機的應(yīng)用，優(yōu)化目標的選擇也越來越復(fù)雜，如可以是最小體積、最小接觸應(yīng)力、最長壽命、從動件最小振動、最高效率、最小功耗等。 (4)基礎(chǔ)理論的研究持續(xù)穩(wěn)定。雖然凸輪機構(gòu)的研究不斷有新的擴展，但是對其基礎(chǔ)理論如從動件運動規(guī)律、幾何學(xué)、運動學(xué)等方面的研究論文仍有相當多的數(shù)量，這是因為當其他方面的研究需要深化和擴展時，往往由于基礎(chǔ)理論研究得不夠而難以繼續(xù)。倒如采用優(yōu)化方法，如果數(shù)學(xué)模型誤差很大，再好的優(yōu)化方法也得不到好的結(jié)果。 日本也特別重視凸輪機構(gòu)的研究，有很多從事凸輪機構(gòu)研究的專家，早期有小才川介、中開英一等，現(xiàn)在有牧野洋、西岡雅夫 筱原茂之等}還有許多專門生產(chǎn)凸輪機構(gòu)的公司，如大冢公司、三共制作所、 和凸輪公司等。日本經(jīng)常舉行討論凸輪機構(gòu)的學(xué)術(shù)會議。在有關(guān)的國際性刊物上也經(jīng)?？吹饺毡驹谕馆啓C構(gòu)研究方面的論文。日本近期在凸輪技術(shù)的發(fā)展上所做的工作主要有以下幾個方面： (1)在機構(gòu)設(shè)計方面，致力于尋求凸輪機構(gòu)的精確解和使凸輪曲線多樣化，以適應(yīng)新的要 求。 (2)加強了凸輪機構(gòu)動力學(xué)和振動方面的研究．提高了機構(gòu)的速度，發(fā)展了高速凸輪。他們已經(jīng)生產(chǎn)出分度數(shù)每分鐘8000次的分度凸輪機構(gòu)。 (3)研制新的凸輪加工設(shè)備，以適應(yīng)新開發(fā)的產(chǎn)品 實現(xiàn)了凸輪機構(gòu)的小型化和大型化，已經(jīng)設(shè)計生產(chǎn)出了世界上最小和最大的蝸桿凸輪機構(gòu)，中心距前者為28mm，后者為800mm。 (4)加強凸輪機構(gòu)的標準化，發(fā)展成批生產(chǎn)的標準凸輪機構(gòu)。 (5)發(fā)展凸輪機構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)。 日本學(xué)者特別注重將各方面的研究成果應(yīng)用到實際的產(chǎn)品開發(fā)中去，如他們充分地認識到凸輪機構(gòu)作為控制機構(gòu)具有高速下的穩(wěn)定性、優(yōu)良的再現(xiàn)性、良好的運動特性和可靠性、易于實現(xiàn)同步控制、剛度高等優(yōu)越性，因而十分重視將凸輪機構(gòu)與電子技術(shù)相結(jié)合，在控制機構(gòu)上作廣泛的研究，從而拓寬了凸輪機構(gòu)的用途。 4 凸輪機構(gòu)研究趨勢 雖然已有很多學(xué)者對凸輪機構(gòu)的研究做了相當多的工作，但在各研究方向仍有許多可繼續(xù)進行的工作，并有一些研究工作有待開發(fā)。從設(shè)計的角度考慮，大致有以下幾點： (1)在從動件運動規(guī)律的研究方面，除了繼續(xù)尋找更好的運動規(guī)律外，要研究有效的分析方法。 (2)在幾何學(xué)和運動學(xué)的研究方面，要綜合考慮各種凸輪機構(gòu)，盡可能導(dǎo)出普遍適用的計算公式。已有研究大多集中于平面和圓柱凸輪，而且是一種凸輪一種研究方法，因而設(shè)計公式過多，近似較多，并影響到其他方面(如CAD的應(yīng)用等)的研究。 (3)發(fā)展通用而有效的CAD系統(tǒng)。由于種種原因，計算機在凸輪機構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用一直被局限于幾種平面和圓柱凸輪機構(gòu)，且每一程序一般只能處理一、二種機構(gòu)，對比較完整的CAD系統(tǒng)的研究，在近十幾年才開始，且很不完善。 (4)引入專家系統(tǒng)或人工智能CAD系統(tǒng)。由于凸輪機構(gòu)不是標準機構(gòu)，種類多，應(yīng)用廣，加之許多已有的知識不能公式化，所以應(yīng)用普通的CAD系統(tǒng)，有時效果并不很理想。如果引入專家系統(tǒng)，則可以獲得較為理想的結(jié)果。 (5)動力學(xué)研究的深化及研究成果的進一步實用化 由于動力學(xué)問題本身的復(fù)雜性，導(dǎo)致研究主要集中于低、中速凸輪機構(gòu)，對高速凸輪機構(gòu)的動力學(xué)研究還不夠深入、完善，所以，人們對這些研究成果的可靠性存在懷疑，這些成果的應(yīng)用尚不廣泛。 (6)加強對凸輪機構(gòu)的運動學(xué)特性和動力學(xué)特性的計算機模擬，以提高設(shè)計質(zhì)量和縮短產(chǎn)品研制周期。 5 總結(jié) 雖然國內(nèi)外的研究成果很多，但是還有很多問題沒有解決，今后的研究會朝更多方面進行，諸如利用計算機對凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，凸輪機構(gòu)的運動進行仿真和測試分析，提高壽命凸輪廓線設(shè)計，減磨措施，高速凸輪設(shè)計。要解決這些問題，還需要我們?nèi)プ龊芏嘌芯俊? 通過收集各方面的資料和初期規(guī)劃，我已經(jīng)對凸輪機構(gòu)有了初步的了解，相信經(jīng)過自己的努力和老師的指導(dǎo)下，我能吧它做好，雖然問題會在做的過程中不斷出現(xiàn)，相信我能做好一切。 參考文獻 [1] 劉昌祺，（日）牧野洋，曹西京，凸輪機構(gòu)設(shè)計[M]，北京市：機械工業(yè)出版社，2005，1. 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