機(jī)械設(shè)計外文翻譯-凸輪速度對凸輪系統(tǒng)影響的實(shí)驗(yàn)研究【中文4500字】【PDF+中文WORD】,中文4500字,PDF+中文WORD,機(jī)械設(shè)計,外文,翻譯,凸輪,速度,系統(tǒng),影響,實(shí)驗(yàn),研究,中文,4500,PDF,WORD
凸輪速度對凸輪系統(tǒng)影響的實(shí)驗(yàn)研究
摘要：傳統(tǒng)上，在一個凸輪系統(tǒng)，一旦確定凸輪位移曲線的設(shè)計,從動件是以恒定的速度和運(yùn)動特性運(yùn)動的。從運(yùn)動學(xué)角度看，通過改變輸入速度是一個改善從動件運(yùn)動特征的可行方法。本文中，我們說明如何找到一個多項(xiàng)式的速度軌跡來減少運(yùn)動特性的峰值。此外，通過約束和系統(tǒng)設(shè)計程序產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)耐馆喗撬俣溶壽E的方法正在開發(fā)。設(shè)計實(shí)例說明了這個程序能為變速凸輪系統(tǒng)的速度得到適當(dāng)?shù)乃俣溶壽E。此外，一個帶有伺服控制器的實(shí)驗(yàn)裝置正在開發(fā)用來研究這種方法的可行性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，結(jié)果是非常接近那些理論。
術(shù)語
a--從動件的加速度
A, At--從動件的標(biāo)準(zhǔn)加速度
c, d, e, n, Ta, Tb, x, y--常參數(shù)
h--從動件的最大位移
j--從動件的急動值
J, Jc--從動件的標(biāo)準(zhǔn)急動值
s--從動件的位移
S--從動件的標(biāo)準(zhǔn)位移
t--凸輪轉(zhuǎn)動過θ的時間
T, Tpa, Tpj, pv--標(biāo)準(zhǔn)時間
v--從動件的速度
V, Vc--從動件的標(biāo)準(zhǔn)速度
β--凸輪上升h高度是轉(zhuǎn)過的角度
β1β2β3β4--凸輪轉(zhuǎn)過的角度
γ--標(biāo)準(zhǔn)凸輪轉(zhuǎn)過的角度
θ--凸輪轉(zhuǎn)過的角度
τ--凸輪上升h高度用的時間
τ1τ2τ3τ4--凸輪旋轉(zhuǎn)的
ω--凸輪角速度
ωave--一個完整循環(huán)中凸輪的平均角速度
ωs1ωs2ωs3ωs4--在從動件一個運(yùn)動周期中凸輪平均角速度
ω’--ω的一階導(dǎo)
ω’’--ω的二階導(dǎo)
Ω--標(biāo)準(zhǔn)凸輪角速度
Ω’--Ω的一階導(dǎo)
Ω’’--Ω的二階導(dǎo)
引言
在一個凸輪系統(tǒng)中，慣性力所產(chǎn)生的負(fù)載是容易變形和產(chǎn)生振動的。而且急動所產(chǎn)生的負(fù)載也可能造成振動，這些都會影響凸輪的工作。因此，設(shè)計的運(yùn)動曲線來盡量減少動態(tài)加載
對高速凸輪機(jī)構(gòu)很重要。眾所周知，速度和加速度曲線需要是連續(xù)的且有較小的峰值。此外，急動曲線應(yīng)該是有限性的。
在設(shè)計一個凸輪機(jī)構(gòu)是凸輪速度往往被假定是不變的。然而，從動件的運(yùn)動特性是隨凸輪速度變化而變化的。想要達(dá)到理想的運(yùn)動狀態(tài)是一個合成有較好動態(tài)特性的新曲線的應(yīng)用。在本文中，我們提出一個通過改變轉(zhuǎn)速的方法。在凸輪系統(tǒng)設(shè)計中用變速的觀念很少在文獻(xiàn)中有研究。羅特巴特[ 1 ]設(shè)計了一個變速凸輪機(jī)構(gòu)，在其中凸輪的輸入是輸出一個急回機(jī)構(gòu)。
特薩和馬太福音[ 2 ]通過考慮變速凸輪的案例導(dǎo)出了從動件的運(yùn)動方程。選擇消除從動件不連續(xù)運(yùn)動特性的適當(dāng)角度是Yan等人設(shè)計的[ 3 ]。從運(yùn)動學(xué)角度講，這項(xiàng)工作的任務(wù)是找到減少從動件運(yùn)動峰值的凸輪速度。此外，通過約束和系統(tǒng)設(shè)計程序產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)耐馆喗撬俣溶壽E的方法正在開發(fā)。設(shè)計實(shí)例說明，對于一個給定的從動系統(tǒng)程序設(shè)計適合的角速度。
一個實(shí)驗(yàn)凸輪系統(tǒng)是建立在其中一個伺服電機(jī)控制生成所需的速度軌跡來進(jìn)行性能評估上的。
運(yùn)動方程
對于一個凸輪系統(tǒng)，從動件的位移s（t）是凸輪旋轉(zhuǎn)角度θ（t）的應(yīng)變量。在算術(shù)上，他們可以這樣表達(dá)：
旋轉(zhuǎn)角度θ（t）在t時間時，從動件的速度v（t）是：
f’（θ）=df（θ）/dθ，而且加速度ω（t）=dθ/dt。而且對應(yīng)的從動件加速度a（t）和jerk，j（t）是：
方程1~4呈現(xiàn)了凸輪輸入角速度ω（t）和從動件運(yùn)動參數(shù)s（t），v(t) ，a（t）的關(guān)系。很明顯，如果ω（t）是連續(xù)的，它們就很簡單。令h是凸輪在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)過β角時從動件的位移。讓T=t/τ，γ=θ/β，S=s/h。我們有。那么方程1~4可以寫成如下的標(biāo)準(zhǔn)形式：
s(t)
是標(biāo)準(zhǔn)的凸輪角速度，V（T），A（T），和J（T）分別是標(biāo)準(zhǔn)的速度，加速度和從動件的急動值方程1~8關(guān)系可以表示成：
當(dāng)凸輪以連續(xù)速度工作時，Ω（T）=1，從動件的標(biāo)準(zhǔn)的速度Vc（T），加速度Ac（T），和jerk，Jc（T）可以寫成：
則γ（T）=T。
Ω（T）的設(shè)計準(zhǔn)則
對于一個給定的凸輪從動件系統(tǒng)，如果我們正確的控制輸入速度軌跡，由恒定速度導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)速度，加速度，急動值的峰值可能減小。例如，為了減小標(biāo)準(zhǔn)速度的峰值，Ω（T）能能夠改變，那么，則Vc在標(biāo)準(zhǔn)時間Tpv時有峰值Vc。那么，從方程6，13我們知道Ω（T）必須滿足下面條件：
為了減小標(biāo)準(zhǔn)加速度的峰值，是，當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)時間Tpa時Ac取峰值。在方程7和14的基礎(chǔ)上，Ω（T）應(yīng)該這樣選：
請注意必須為非零。相似的，如果要求，則Jc在標(biāo)準(zhǔn)時間Tpj時有峰值。那么從方程（8）和（15）知，Ω（T）需要滿足：
當(dāng)
為了避免從動件的過度振動，Ω（T）的諧波應(yīng)該越小越好。這里，我們選擇一個合適的速度軌跡。
由于速度和加速度曲線，方程（6）和（7），要求是連續(xù)的，且急動值曲線，方程（9），也需要有限的，那么Ω（T）必須至少是二階可微。
考慮到Ω（T）的連續(xù)性，Ω（T）的斜率在T為0和1是，可能為了0，即Ω（0）=0，
Ω（1）=0。
而且，由于標(biāo)準(zhǔn)凸輪旋轉(zhuǎn)角度的邊界限制，γ（0）=0和γ（1）=1，Ω（T）整合必須滿足下列條件：
C是連續(xù)的。
在一個變速凸輪從動件系統(tǒng)中，凸輪在時間周期τ中以角速度ω（t）運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過角度為
β（t），我們得到：
由于，那么方程（20）實(shí)際等同于：
這里，我們只考慮Ω（T）≥0的情況，凸輪速度方向不改變。因此選擇Ω（T）來減小從動件峰值的標(biāo)準(zhǔn)是：
(a) (I)為了減小標(biāo)準(zhǔn)速度的峰值：
(II)為了減小標(biāo)準(zhǔn)加速度的峰值：
(III)為了減小標(biāo)準(zhǔn)急動值的峰值：
(b) Ω（T）至少二階可微
(c) Ω（0）=Ω（1）=0
(d)根據(jù)邊界條件γ（0）=0和γ（1）=1，連續(xù)的c滿足：
(e)Ω（T）有盡可能低的諧波
(f)
(g)Ω（T）≥0
讓方程（5）—方程（8），在從動件的上升期，代表標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動特性。那么，下降期的運(yùn)動特性為：
很容易可以發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)速度，加速度，急動值在上升期和下降期是分別相等的。所以，我們有以下事實(shí)：
如果同樣的位移曲線用在從動件的上升期和下降期，函數(shù)Ω（T）在兩個階段是相同的。
角速度Ω（T）
考慮到一個有凸輪提供擺線運(yùn)動的凸輪從動件系統(tǒng)，并且凸輪輸入Ω（T）是多項(xiàng)式。要在上升（或下降）時間，用標(biāo)準(zhǔn)（a）和標(biāo)準(zhǔn)（g）來減小運(yùn)動曲線的峰值，我們選擇如下多項(xiàng)式Ω（T），F(xiàn)ig. 1:
圖. 1上升或下降時期的多項(xiàng)式角速度
圖. 2休止時間的多項(xiàng)式角速度
變速
定速
圖. 3.擺線運(yùn)動
表1擺線運(yùn)動
定角速度 變角速度 相差%
V的峰值 2.00 1.83 -8.5
A的峰值 6.28 5.97 -4.9
J的峰值 39.48 52.55 33.1
當(dāng)
當(dāng)
當(dāng)
恒定參數(shù)d，e，x，y，Ta和Tb是要確定的。參數(shù)d呈現(xiàn)了函數(shù)Ω（T）的波動，根據(jù)準(zhǔn)則（g）
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