凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制【含動(dòng)畫(huà)仿真】
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浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)
景坷 同學(xué)( 機(jī)制設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) / 班級(jí): 09(4) )
現(xiàn)下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)書(shū),望能保質(zhì)保量地認(rèn)真按時(shí)完成。
課題名稱(chēng)
凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制
主要任務(wù)與
目標(biāo)
凸輪機(jī)構(gòu)是工程中用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化的一種重要驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu),在輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標(biāo)準(zhǔn)零件制造、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域運(yùn)行的工作機(jī)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(duì)機(jī)械設(shè)備的性能指標(biāo)提出更高的要求,就凸輪機(jī)構(gòu)而言,必須進(jìn)一步提高其設(shè)計(jì)水平,在解析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和推廣應(yīng)用。
本課題重點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)及調(diào)速方法選擇、相應(yīng)傳感器的按裝設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其主要內(nèi)容:
1、了解凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及特性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)研制,研究目的。理解各種典型凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。確定完整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體方案;
2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份;
3、相關(guān)測(cè)試用傳感器、型號(hào)選定及安裝機(jī)架設(shè)計(jì);
4、凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)
目標(biāo):設(shè)計(jì)一臺(tái)小型 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái), 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性參數(shù)可測(cè)試。
主要內(nèi)容與基本要求
主要設(shè)計(jì)內(nèi)容:
1、了解凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及特性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)研制,研究目的。理解各種典型凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。確定完整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體方案;
2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份;
3、相關(guān)測(cè)試用傳感器、型號(hào)選定及安裝機(jī)架設(shè)計(jì);
4、凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)
基本要求:
要求學(xué)生掌握: Auto CAD畫(huà)圖軟件及PRO/E畫(huà)圖軟件。
要求學(xué)生掌握: Auto CAD畫(huà)圖軟件及PRO/E畫(huà)圖軟件
按照課題內(nèi)容,完成畢業(yè)設(shè)計(jì)要求的各種文檔,包括文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告、外文翻譯及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文等。
嚴(yán)格按照進(jìn)度安排,保質(zhì)保量完成所承擔(dān)的任務(wù);遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)定。
主要參
考資料
及文獻(xiàn)
閱讀任務(wù)
查閱與課題有關(guān)的文獻(xiàn)(論文、書(shū)籍或手冊(cè)等)不少于10篇(部),寫(xiě)出符合要求的文獻(xiàn)綜述報(bào)告。主要參考文獻(xiàn)如下:
[1] 劉昌祺,(日)牧野洋,曹西京,凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M],北京市:機(jī)械工業(yè)出版社,2005,1.
[2] 趙韓,丁爵曾,粱錦華.凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[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(jī)構(gòu)[J].機(jī)械設(shè)計(jì),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(xiàn):(1)Optimisation Methods for Cam Mechanisms
(2)A Hybrid Approach for Cam Shape Design and Profile Machining of General Plate Cam Mechanisms
計(jì)劃進(jìn)度:
起止時(shí)間
內(nèi)容
2012.12.17-2012.12.21
畢業(yè)設(shè)計(jì)前期資料準(zhǔn)備、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、外文翻譯任務(wù)布置
2012.12.22-2013.1.13
文獻(xiàn)閱讀、外文翻譯、綜述報(bào)告、開(kāi)題報(bào)告
2013.1.14-2013.1.18
綜述報(bào)告、外文翻譯、開(kāi)題報(bào)告,開(kāi)題答辯
2013.1.19-2013.3.15
總體方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),三維零件圖,開(kāi)題答辯
2013.3.16-2013.4.15
裝配圖、運(yùn)動(dòng)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(xiě)
2013.5.04-2013.5.10
論文修改、評(píng)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(shí)習(xí)地點(diǎn)
指導(dǎo)教師
簽 名
年 月 日
系 意 見(jiàn)
系主任簽名:
年 月 日
學(xué)院
蓋章
主管院長(zhǎng)簽名:
年 月 日
浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
班 級(jí)
09機(jī)械類(lèi)(4)班
姓 名
景坷
課題名稱(chēng)
凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制
開(kāi)題報(bào)告
目 錄
1 選題的背景與意義
1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.2 凸輪機(jī)構(gòu)試驗(yàn)平臺(tái)研究意義
1.1.3 凸輪設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)軟件
2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題
2.1 基本內(nèi)容
2.2 擬解決的主要問(wèn)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(jì)劃
參考文獻(xiàn)
(開(kāi)題報(bào)告全文附后)
成績(jī):
答 辯
意 見(jiàn)
答辯組長(zhǎng)簽名:
年 月 日
系
主
任
審
核
意
見(jiàn)
簽名:
年 月 日
凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制
景坷
( 09機(jī)械類(lèi)(4)班 B09300412)
凸輪機(jī)構(gòu)是工程中用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化的一種重要驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu),在輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標(biāo)準(zhǔn)零件制造、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域運(yùn)行的工作機(jī)械中獲得廣泛應(yīng)用。凸輪機(jī)構(gòu)之所以能夠得到如此廣泛應(yīng)用,是因?yàn)樗哂袀鲃?dòng)、導(dǎo)向和控制等功能。當(dāng)它作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí),可以產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律:當(dāng)它作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí),可使工作機(jī)械的動(dòng)作端產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡:當(dāng)它作為控制機(jī)構(gòu)時(shí),可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)。隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率,對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能指標(biāo)提出更高的要求,作為機(jī)械設(shè)備核心部件的凸輪機(jī)構(gòu)而言,必須進(jìn)一步提高其設(shè)計(jì)水平,在解析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和推廣應(yīng)用。因此,開(kāi)展對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的研究,對(duì)于揭示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能,進(jìn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)分析有著重要的實(shí)際意義。
1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年的歷史,目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。1983年全國(guó)第三屆機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)上關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的論文只有8篇,涉及設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、分析、廓線的綜合等四個(gè)研究方向。到了.1988年第六屆會(huì)議,已有凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文20篇,增加了動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等研究方向。而1990年第七屆會(huì)議,凸輪機(jī)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(duì)凸輪分度機(jī)構(gòu)方面的研究也不斷深入,并發(fā)表了一系列論文,對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的共軛曲面原理、專(zhuān)家系統(tǒng)等方面也有了相當(dāng)?shù)难芯俊,F(xiàn)在凸輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、紡織機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、印刷機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是,與先進(jìn)國(guó)家相比,我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較在的差距,尤其是在對(duì)振動(dòng)的研究、凸輪機(jī)構(gòu)的加工及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面。
在歐美各國(guó),很多學(xué)者為凸輪機(jī)構(gòu)的研究作出了貢獻(xiàn)。早在三十年代,F(xiàn).D.Furman就寫(xiě)了一本系統(tǒng)介紹凸輪設(shè)計(jì)的著作,當(dāng)時(shí)的研究工作主要集中在低速凸輪機(jī)構(gòu),而且主要分析的是運(yùn)動(dòng)規(guī)律。到了四十年代,人們開(kāi)始對(duì)配氣凸輪機(jī)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行深入研究,并從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)渡到有理論根據(jù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。四十年代末,J.A.Hron~等人已經(jīng)注意到從動(dòng)件的剛度對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)有明顯的影響。五十年代初,D.B.Mitchell最先對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。后來(lái)不少學(xué)者采用多種儀器,如高速攝影機(jī)、加速度分析儀和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀等,對(duì)高速凸輪的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量,并獲得了許多重要成果。
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,凸輪機(jī)構(gòu)的CAD/CAM獲得巨大成功,凸輪機(jī)構(gòu)的研究經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到優(yōu)化設(shè)計(jì),從單純的運(yùn)動(dòng)分析到動(dòng)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(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(dòng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等動(dòng)力學(xué)性能方面的論文。
歐美各國(guó)的學(xué)者還特別注重研究文獻(xiàn)的收集整理,P.W.Jensen在其專(zhuān)著《凸輪設(shè)計(jì)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(xiàn)資料,共1817篇。根據(jù)該書(shū)和1984年以后出版的《Ei》,對(duì)歐美各國(guó)自1950年以來(lái)在各研究方向所發(fā)表的論文數(shù)量作了初略的統(tǒng)計(jì),總結(jié)得出四十年來(lái)歐美各國(guó)凸輪機(jī)構(gòu)研究的特點(diǎn)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(qiáng)。在每個(gè)研究方向上每年都有相當(dāng)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(jì)加工及刀具的論文是大量的,而有關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)的論文幾乎沒(méi)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(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方面的研究論文大量發(fā)表,同時(shí)有關(guān)高速凸輪機(jī)構(gòu)的新的分析方法和改善其動(dòng)力學(xué)性能方面的研究論文也不斷涌現(xiàn)。因此可以認(rèn)為,凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),早期的優(yōu)化
目標(biāo)極為簡(jiǎn)單,主要是確定最小基圓半徑。隨著優(yōu)化方法和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,優(yōu)化目標(biāo)的選擇也越來(lái)越復(fù)雜,如可以是最小體積、最小接觸應(yīng)力、最長(zhǎng)壽命、從動(dòng)件最小振動(dòng)、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(jī)構(gòu)的研究不斷有新的擴(kuò)展,但是對(duì)其基礎(chǔ)理論如從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等方面的研究論文仍有相當(dāng)多的數(shù)量,這是因?yàn)楫?dāng)其他方面的研究需要深化和擴(kuò)展時(shí),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(jī)構(gòu)的研究,有很多從事凸輪機(jī)構(gòu)研究的專(zhuān)家,早期有小才川介、中開(kāi)英一等,現(xiàn)在有牧野洋、西岡雅夫 筱原茂之等}還有許多專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)會(huì)議。在有關(guān)的國(guó)際性刊物上也經(jīng)??吹饺毡驹谕馆啓C(jī)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(gè)方面:
(1)在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,致力于尋求凸輪機(jī)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(qiáng)了凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)方面的研究.提高了機(jī)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(jī)構(gòu)。
(3)研制新的凸輪加工設(shè)備,以適應(yīng)新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品 實(shí)現(xiàn)了凸輪機(jī)構(gòu)的小型化和大型化,已經(jīng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了世界上最小和最大的蝸桿凸輪機(jī)構(gòu),中心距前者為28mm,后者為800mm。
(4)加強(qiáng)凸輪機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化,發(fā)展成批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)凸輪機(jī)構(gòu)。
(5)發(fā)展凸輪機(jī)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(shí)際的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中去,如他們充分地認(rèn)識(shí)到凸輪機(jī)構(gòu)作為控制機(jī)構(gòu)具有高速下的穩(wěn)定性、優(yōu)良的再現(xiàn)性、良好的運(yùn)動(dòng)特性和可靠性、易于實(shí)現(xiàn)同步控制、剛度高等優(yōu)越性,因而十分重視將凸輪機(jī)構(gòu)與電子技術(shù)相結(jié)合,在控制機(jī)構(gòu)上作廣泛的研究,從而拓寬了凸輪機(jī)構(gòu)的用途。
1.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)研究趨勢(shì)
雖然已有很多學(xué)者對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究做了相當(dāng)多的工作,但在各研究方向仍有許多可繼續(xù)進(jìn)行的工作,并有一些研究工作有待開(kāi)發(fā)。從設(shè)計(jì)的角度考慮,大致有以下幾點(diǎn):
(1)在從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究方面,除了繼續(xù)尋找更好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律外,要研究有效的分析方法。
(2)在幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究方面,要綜合考慮各種凸輪機(jī)構(gòu),盡可能導(dǎo)出普遍適用的計(jì)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(jì)公式過(guò)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(jì)算機(jī)在凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用一直被局限于幾種平面和圓柱凸輪機(jī)構(gòu),且每一程序一般只能處理一、二種機(jī)構(gòu),對(duì)比較完整的CAD系統(tǒng)的研究,在近十幾年才開(kāi)始,且很不完善。
(4)引入專(zhuān)家系統(tǒng)或人工智能CAD系統(tǒng)。由于凸輪機(jī)構(gòu)不是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu),種類(lèi)多,應(yīng)用廣,加之許多已有的知識(shí)不能公式化,所以應(yīng)用普通的CAD系統(tǒng),有時(shí)效果并不很理想。如果引入專(zhuān)家系統(tǒng),則可以獲得較為理想的結(jié)果。
(5)動(dòng)力學(xué)研究的深化及研究成果的進(jìn)一步實(shí)用化 由于動(dòng)力學(xué)問(wèn)題本身的復(fù)雜性,導(dǎo)致研究主要集中于低、中速凸輪機(jī)構(gòu),對(duì)高速凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究還不夠深入、完善,所以,人們對(duì)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(qiáng)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性的計(jì)算機(jī)模擬,以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短產(chǎn)品研制周期。
1.1.3 凸輪設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)軟件
凸輪機(jī)構(gòu)分類(lèi)如圖1-1
圖1-1 凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)
設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí),首先應(yīng)根據(jù)工作要求確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,然后再按照這一運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪廓線。
凸輪廓線的設(shè)計(jì)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(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)為例來(lái)說(shuō)明其基本原理。
圖1-2 反轉(zhuǎn)法畫(huà)凸輪
真實(shí)運(yùn)動(dòng):凸輪以等角速度ω 繞軸 O 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),推動(dòng)從動(dòng)件在導(dǎo)路中上、下往復(fù)移動(dòng)。
反轉(zhuǎn)法:整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)(-ω)的轉(zhuǎn)動(dòng)→凸輪靜止固定不動(dòng)→→從動(dòng)件隨導(dǎo)路一起以角速度(-ω)轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)又按原來(lái)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)導(dǎo)路作移動(dòng)→→→從動(dòng)件尖端參與復(fù)合運(yùn)動(dòng)所劃出的軌跡即為凸輪廓線。
凸輪機(jī)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(jì)。
一. 作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線
1.對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì)
已知:基圓半徑ro、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng);試設(shè)計(jì)凸輪廓線。如圖1-3所示。
圖1-3 對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì)
2. 偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì)如圖1-4所示。
圖1-4 偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì)
3.平底從動(dòng)件
平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)思路與上述滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)相似,不同的是:應(yīng)畫(huà)出一系列平底,作平底直線族的包絡(luò)線,即得到凸輪的實(shí)際廓線。如圖1-5所示。
圖1-5 平底從動(dòng)件凸輪輪廓線設(shè)計(jì)
4.擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì)
圖示為一尖端擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。已知凸輪軸心與從動(dòng)件轉(zhuǎn)軸之間的中心距為a凸輪基圓半徑為rb,從動(dòng)件長(zhǎng)度為l,凸輪以等角速度ω 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如1-6所示。設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)將從動(dòng)件做成彎桿形式,以避免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中凸輪與從動(dòng)件發(fā)生干涉。
圖1-6 擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì)
5. 圓柱凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)
圓柱凸輪機(jī)構(gòu)是一種空間凸輪機(jī)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(kāi)成平面,圓柱凸輪展開(kāi)后便成為平面移動(dòng)凸輪。平面移動(dòng)凸輪是盤(pán)形凸輪的一個(gè)特例。因此可用前述盤(pán)形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的原理和方法,來(lái)繪制圓柱凸輪輪廓曲線的展開(kāi)圖。
1)直動(dòng)推桿圓柱端面凸輪設(shè)計(jì)
實(shí)際上,在作推桿位移線圖時(shí),若取橫軸長(zhǎng)為圓柱體周長(zhǎng)的話,即畫(huà)出該凸輪的理論廓線。如圖1-7所示。
圖1-7 直動(dòng)推桿圓柱端面凸輪設(shè)計(jì)
2) 擺動(dòng)推桿圓柱凸輪設(shè)計(jì)
圖1-8 擺動(dòng)推桿圓柱凸輪設(shè)計(jì)
二.用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線
用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線,就是根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù),求出凸輪廓線的方程式,并精確地計(jì)算出凸輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。
設(shè)計(jì)凸輪的軟件
為了必須進(jìn)一步提高凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)水平,在解析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了許多計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(lèi):一類(lèi)是用手工、機(jī)床掛輪和數(shù)控機(jī)床等直接加工;另一類(lèi)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(shí),靠模的制造誤差和仿形過(guò)程的誤差,都會(huì)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(jī)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(zhǔn)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(kāi),最后由鉗工修挫成形,用金屬板劃線后按線檢驗(yàn)。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(kāi)線時(shí),可在銑床上利用分度頭和掛輪銑削,如圖1-9所示。加工時(shí),工件裝在分度頭上,并與水平線傾斜。角,工作臺(tái)由絲杠掛輪傳動(dòng)。隨著分度頭的旋轉(zhuǎn),分度頭與工作臺(tái)帶動(dòng)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(shí)便于計(jì)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(dòng)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(jī)床加工 隨著數(shù)控機(jī)床的日益發(fā)展和普及,中小批量凸輪越來(lái)越多地利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。在數(shù)控機(jī)床上加工凸輪型面時(shí),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(jī)床的縱橫進(jìn)給運(yùn)動(dòng),完成凸輪型面的自動(dòng)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,它是按靠模或樣板凸輪的原型加工。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(chē)削、仿形銑削和仿形磨削。現(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(chē)凸輪 在普通車(chē)床上,利用仿形裝置可以加工具有封閉輪廓的盤(pán)形和圓柱形的凸輪,如圖1-10所示。
圖1-10靠模車(chē)凸輪
圖中在普通車(chē)床上安裝了帶有滾子的靠模裝置,通過(guò)靠模2把凸輪工作表面尺寸轉(zhuǎn)換到刀具的運(yùn)動(dòng)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(shí)縱向進(jìn)給自動(dòng)(或手動(dòng))進(jìn)行,而橫向進(jìn)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(jiàn)圖1-11
圖1-11 仿形銑凸輪
機(jī)械式仿形加工凸輪時(shí),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(shí),由于靠模所受壓力極小,使用壽命長(zhǎng),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(shí),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(jìn)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(jī)床上安裝仿形裝置和磨頭進(jìn)行加工,亦可在專(zhuān)門(mén)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(jī)床加工凸輪目前漸漸增多,是一種較新的加工方法。
三:用專(zhuān)用靠模、專(zhuān)用夾具枉普通立銑床上銑削
在立銑床上松開(kāi)刀架橫向進(jìn)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(méi)靠模銑床, 又沒(méi)有數(shù)控機(jī)床的條件下而生產(chǎn)批量又較大的場(chǎng)合下使用。
四:在萬(wàn)能銑床上加工
從動(dòng)桿作勻速運(yùn)動(dòng)的凸輪,盤(pán)狀凸輪的輪廓曲線是阿基米德螺線,圓柱凸輪的槽展開(kāi)圖為一斜直線。 這兩種凸輪的輪廓曲線可以在萬(wàn)能銑床上加工,只要計(jì)算好配換齒輪,刀具即能按上述曲線運(yùn)動(dòng),加工比較方便。
1.2 凸輪機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)研究意義
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中,將凸輪的設(shè)計(jì)、分析,優(yōu)化及測(cè)試進(jìn)行一系列的綜合性實(shí)驗(yàn),不僅可供學(xué)生使用,增強(qiáng)他們的綜合設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題能力,而且還可以為凸輪機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步研究提供一個(gè)平臺(tái)。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),可以研究凸輪的輪廓曲線,分析各種運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù),然后進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此,凸輪機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)的深入研究和生產(chǎn)制造都會(huì)起著重要的作用。
2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題
2.1 基本內(nèi)容
本課題主要內(nèi)容有:
1、了解凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及特性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)研制,研究目的。理解各種典型凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。確定完整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體方案;
2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份;
3、相關(guān)測(cè)試用傳感器、型號(hào)選定及按裝機(jī)架設(shè)計(jì);
4、凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)。
2.2 擬解決的主要問(wèn)題
設(shè)計(jì)一臺(tái)小型凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái), 完成凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性參數(shù)可測(cè)試。利用計(jì)算機(jī)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),然后,通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真和測(cè)試分析,從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)仿真和測(cè)試分析有效的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際的緊密結(jié)合。從而深入了解不同規(guī)律的盤(pán)形凸輪和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。進(jìn)一步提高其設(shè)計(jì)水平,在解析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)工作的基本原理
凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)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(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪,如圖3-1所示。當(dāng)凸輪l繞軸O旋轉(zhuǎn)時(shí),推動(dòng)從動(dòng)件2沿導(dǎo)軌3(機(jī)架)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。通常,凸輪為機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件。
圖3-1 凸輪機(jī)構(gòu)
3.1.2 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)組成
試驗(yàn)臺(tái)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(shí)驗(yàn)臺(tái)(凸輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu))。
2、凸輪軸角位移傳感器、角度盤(pán), 各 1個(gè),測(cè)量凸輪回轉(zhuǎn)軸角位移。
3、直動(dòng)從動(dòng)件位移傳感器、百分表, 各 1個(gè),測(cè)量直動(dòng)從動(dòng)件位移。
4、擺動(dòng)從動(dòng)件角位移傳感器。
5、凸輪運(yùn)動(dòng)精密測(cè)量?jī)x(單片機(jī)系統(tǒng))。
6、計(jì)算機(jī)
7、打印機(jī)
圖3-2 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)框圖
3.2 可行性分析
凸輪機(jī)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的平面機(jī)構(gòu)之一。在前人研究工作基礎(chǔ)上,本設(shè)計(jì)論文進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制,在基本原理上是可行的。
本設(shè)計(jì)的工作主要涉及力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識(shí),CAD等設(shè)計(jì)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(jī),掌握了本設(shè)計(jì)所需的基本知識(shí)。
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(yàn),本設(shè)計(jì)的研究方法思路經(jīng)過(guò)深思熟慮,切實(shí)可行,能夠確保畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)臺(tái)相應(yīng)傳感器的按裝設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),保證設(shè)計(jì)能較好的滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
4 研究工作計(jì)劃
起止時(shí)間
內(nèi)容
2012.11.17~2012.12.03
調(diào)研、信息匯總,文獻(xiàn)查閱分析
2012.12.07~2013.01.03
外文翻譯、文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告,并熟悉理論力學(xué)、機(jī)械原理等相關(guān)知識(shí)
2013.01.04~2013.01.14
提交開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述及外文翻譯
2013.01.16~2013.01.16
開(kāi)題答辯
2013.01.18~2013.03.10
凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)的整體方案設(shè)計(jì)
2013.03.11~2013.03.28
試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)及零部件設(shè)計(jì)
2013.03.29~2013.04.11
試驗(yàn)平臺(tái)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(jìn)設(shè)計(jì)及畢業(yè)論文撰寫(xiě)
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(zhǔn)備答辯
2013.05.25~2013.05.29
論文答辯
參考文獻(xiàn)
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15
浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述報(bào)告
班 級(jí)
09機(jī)械類(lèi)(4)班
姓 名
景坷
課題名稱(chēng)
凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制
文獻(xiàn)綜述
目 錄
1 前言
2 國(guó)內(nèi)凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀
3 國(guó)外凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀
4 凸輪機(jī)構(gòu)研究趨勢(shì)
5 總結(jié)
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凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制
景坷
( 09機(jī)械類(lèi)(4)班 B09300412)
1 前言
凸輪機(jī)構(gòu)是工程中用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化的一種重要驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu),在輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標(biāo)準(zhǔn)零件制造、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域運(yùn)行的工作機(jī)械中獲得廣泛應(yīng)用。凸輪機(jī)構(gòu)之所以能夠得到如此廣泛應(yīng)用,是因?yàn)樗哂袀鲃?dòng)、導(dǎo)向和控制等功能。當(dāng)它作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí),可以產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律:當(dāng)它作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí),可使工作機(jī)械的動(dòng)作端產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡:當(dāng)它作為控制機(jī)構(gòu)時(shí),可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)。隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率,對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能指標(biāo)提出更高的要求,作為機(jī)械設(shè)備核心部件的凸輪機(jī)構(gòu)而言,必須進(jìn)一步提高其設(shè)計(jì)水平,在解析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和推廣應(yīng)用。因此,開(kāi)展對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的研究,對(duì)于揭示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能,進(jìn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)分析有著重要的實(shí)際意義。
2 國(guó)內(nèi)凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀
我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年的歷史,目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。1983年全國(guó)第三屆機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)上關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的論文只有8篇,涉及設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、分析、廓線的綜合等四個(gè)研究方向。到了.1988年第六屆會(huì)議,已有凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文20篇,增加了動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等研究方向。而1990年第七屆會(huì)議,凸輪機(jī)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(duì)凸輪分度機(jī)構(gòu)方面的研究也不斷深入,并發(fā)表了一系列論文,對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的共軛曲面原理、專(zhuān)家系統(tǒng)等方面也有了相當(dāng)?shù)难芯俊,F(xiàn)在凸輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、紡織機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、印刷機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是,與先進(jìn)國(guó)家相比,我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較在的差距,尤其是在對(duì)振動(dòng)的研究、凸輪機(jī)構(gòu)的加工及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面。
3 國(guó)外凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀
在歐美各國(guó),很多學(xué)者為凸輪機(jī)構(gòu)的研究作出了貢獻(xiàn)。早在三十年代,F(xiàn).D.Furman就寫(xiě)了一本系統(tǒng)介紹凸輪設(shè)計(jì)的著作,當(dāng)時(shí)的研究工作主要集中在低速凸輪機(jī)構(gòu),而且主要分析的是運(yùn)動(dòng)規(guī)律。到了四十年代,人們開(kāi)始對(duì)配氣凸輪機(jī)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行深入研究,并從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)渡到有理論根據(jù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。四十年代末,J.A.Hron~等人已經(jīng)注意到從動(dòng)件的剛度對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)有明顯的影響。五十年代初,D.B.Mitchell最先對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。后來(lái)不少學(xué)者采用多種儀器,如高速攝影機(jī)、加速度分析儀和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀等,對(duì)高速凸輪的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量,并獲得了許多重要成果。
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,凸輪機(jī)構(gòu)的CAD/CAM獲得巨大成功,凸輪機(jī)構(gòu)的研究經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到優(yōu)化設(shè)計(jì),從單純的運(yùn)動(dòng)分析到動(dòng)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(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(dòng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等動(dòng)力學(xué)性能方面的論文。
歐美各國(guó)的學(xué)者還特別注重研究文獻(xiàn)的收集整理,P.W.Jensen在其專(zhuān)著《凸輪設(shè)計(jì)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(xiàn)資料,共1817篇。根據(jù)該書(shū)和1984年以后出版的《Ei》,對(duì)歐美各國(guó)自1950年以來(lái)在各研究方向所發(fā)表的論文數(shù)量作了初略的統(tǒng)計(jì),總結(jié)得出四十年來(lái)歐美各國(guó)凸輪機(jī)構(gòu)研究的特點(diǎn)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(qiáng)。在每個(gè)研究方向上每年都有相當(dāng)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(jì)加工及刀具的論文是大量的,而有關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)的論文幾乎沒(méi)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(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方面的研究論文大量發(fā)表,同時(shí)有關(guān)高速凸輪機(jī)構(gòu)的新的分析方法和改善其動(dòng)力學(xué)性能方面的研究論文也不斷涌現(xiàn)。因此可以認(rèn)為,凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),早期的優(yōu)化
目標(biāo)極為簡(jiǎn)單,主要是確定最小基圓半徑。隨著優(yōu)化方法和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,優(yōu)化目標(biāo)的選擇也越來(lái)越復(fù)雜,如可以是最小體積、最小接觸應(yīng)力、最長(zhǎng)壽命、從動(dòng)件最小振動(dòng)、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(jī)構(gòu)的研究不斷有新的擴(kuò)展,但是對(duì)其基礎(chǔ)理論如從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等方面的研究論文仍有相當(dāng)多的數(shù)量,這是因?yàn)楫?dāng)其他方面的研究需要深化和擴(kuò)展時(shí),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(jī)構(gòu)的研究,有很多從事凸輪機(jī)構(gòu)研究的專(zhuān)家,早期有小才川介、中開(kāi)英一等,現(xiàn)在有牧野洋、西岡雅夫 筱原茂之等}還有許多專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)會(huì)議。在有關(guān)的國(guó)際性刊物上也經(jīng)??吹饺毡驹谕馆啓C(jī)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(gè)方面:
(1)在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,致力于尋求凸輪機(jī)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(qiáng)了凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)方面的研究.提高了機(jī)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(jī)構(gòu)。
(3)研制新的凸輪加工設(shè)備,以適應(yīng)新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品 實(shí)現(xiàn)了凸輪機(jī)構(gòu)的小型化和大型化,已經(jīng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了世界上最小和最大的蝸桿凸輪機(jī)構(gòu),中心距前者為28mm,后者為800mm。
(4)加強(qiáng)凸輪機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化,發(fā)展成批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)凸輪機(jī)構(gòu)。
(5)發(fā)展凸輪機(jī)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(shí)際的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中去,如他們充分地認(rèn)識(shí)到凸輪機(jī)構(gòu)作為控制機(jī)構(gòu)具有高速下的穩(wěn)定性、優(yōu)良的再現(xiàn)性、良好的運(yùn)動(dòng)特性和可靠性、易于實(shí)現(xiàn)同步控制、剛度高等優(yōu)越性,因而十分重視將凸輪機(jī)構(gòu)與電子技術(shù)相結(jié)合,在控制機(jī)構(gòu)上作廣泛的研究,從而拓寬了凸輪機(jī)構(gòu)的用途。
4 凸輪機(jī)構(gòu)研究趨勢(shì)
雖然已有很多學(xué)者對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究做了相當(dāng)多的工作,但在各研究方向仍有許多可繼續(xù)進(jìn)行的工作,并有一些研究工作有待開(kāi)發(fā)。從設(shè)計(jì)的角度考慮,大致有以下幾點(diǎn):
(1)在從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究方面,除了繼續(xù)尋找更好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律外,要研究有效的分析方法。
(2)在幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究方面,要綜合考慮各種凸輪機(jī)構(gòu),盡可能導(dǎo)出普遍適用的計(jì)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(jì)公式過(guò)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(jì)算機(jī)在凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用一直被局限于幾種平面和圓柱凸輪機(jī)構(gòu),且每一程序一般只能處理一、二種機(jī)構(gòu),對(duì)比較完整的CAD系統(tǒng)的研究,在近十幾年才開(kāi)始,且很不完善。
(4)引入專(zhuān)家系統(tǒng)或人工智能CAD系統(tǒng)。由于凸輪機(jī)構(gòu)不是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu),種類(lèi)多,應(yīng)用廣,加之許多已有的知識(shí)不能公式化,所以應(yīng)用普通的CAD系統(tǒng),有時(shí)效果并不很理想。如果引入專(zhuān)家系統(tǒng),則可以獲得較為理想的結(jié)果。
(5)動(dòng)力學(xué)研究的深化及研究成果的進(jìn)一步實(shí)用化 由于動(dòng)力學(xué)問(wèn)題本身的復(fù)雜性,導(dǎo)致研究主要集中于低、中速凸輪機(jī)構(gòu),對(duì)高速凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究還不夠深入、完善,所以,人們對(duì)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(qiáng)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性的計(jì)算機(jī)模擬,以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短產(chǎn)品研制周期。
5 總結(jié)
雖然國(guó)內(nèi)外的研究成果很多,但是還有很多問(wèn)題沒(méi)有解決,今后的研究會(huì)朝更多方面進(jìn)行,諸如利用計(jì)算機(jī)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真和測(cè)試分析,提高壽命凸輪廓線設(shè)計(jì),減磨措施,高速凸輪設(shè)計(jì)。要解決這些問(wèn)題,還需要我們?nèi)プ龊芏嘌芯俊?
通過(guò)收集各方面的資料和初期規(guī)劃,我已經(jīng)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)有了初步的了解,相信經(jīng)過(guò)自己的努力和老師的指導(dǎo)下,我能吧它做好,雖然問(wèn)題會(huì)在做的過(guò)程中不斷出現(xiàn),相信我能做好一切。
參考文獻(xiàn)
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