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畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目 溝槽凸輪機構的設計和運動仿真 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 班級學號 068105116 學號姓名 胡 裕 指導老師 于 斐 填 表 日 期 2011 年 3 月 25 日 說 明 開題報告應結合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）、研究內容及實驗方案、目標、主要特色及工作進度、參考文獻等內容。以下填寫內容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當修改。但每個專業(yè)填寫內容應保持一致。 一、課題研究背景及國內外研究動態(tài) 凸輪機構廣泛用于各種自動機中。自三十年代以來，人們就在不斷的研究它，并且研究工作隨著新技術、新方法的產生和應用在不斷深化，目前低、中速凸輪機構的研究在各方面已經相當完善，成熟。現(xiàn)在，人們研究工作的重點已經轉向高速凸輪機構及其動力學特性方面。近五十年代，由于計算機技術和各種數(shù)值計算法的發(fā)展，使得很多方面的研究得以深入。 在歐美各國，學者們?yōu)橥馆啓C構的研究做出了巨大的貢獻。早在三十年代，F(xiàn).D.Furman就寫了一本系統(tǒng)介紹凸輪設計的著作，當時的工作主要集中在低速凸輪機構，而且主要是分析運動規(guī)律。到了四十年代，人們開始對配氣凸輪機構的振動進行深入研究，并從經驗設計到有理論根據(jù)的運動學和動力學分析。四十年代末，J.A.Hrones等人已經注意到從動件的剛度對凸輪機構動力學響應有明顯的影響。五十年代初，D.B.Mitchell最先對凸輪機構進行實驗研究。后來不少學者采用多種儀器，對高速凸輪的動力學響應進行測量，并獲得了許多重要的成果。隨著計算機的發(fā)展，凸輪機構的CAD/CAM獲得巨大成功，凸輪機構的研究從經驗設計到優(yōu)化設計，從單純的運動分析到動力學分析，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.Blrstij，Y.W.Chan等人先后發(fā)表了有關凸輪機構優(yōu)化設計方面的論文，而Tsay，Bagci，Camil，Yilmaz，Yuksel，A.I.Mahyuddin，Cardona，Aiberto，T.L.Drenser等人先后發(fā)表了有關凸輪振動、動態(tài)響應等動力學方面的論文。在高速凸輪機構的研究方面，歐美各國也取得了巨大的成就。Tesar在其著作中對高速凸輪機構采用的多項式運動規(guī)律有較詳細的論述，而T.Weber，A.S.Gutman，F(xiàn).Freadunstein等人提出了付氏級數(shù)運動規(guī)律，D.A.Stoddart與G..F.Fawcett等提出了多項式運動規(guī)律等等。同時，M.Chew，Y.S.Unlusoy等人對高速凸輪機構的動力學問題在進行研究。德國、英國在高速凸輪機構的研究方面又有了新的突破，對凸輪機構采用了諧分析、諧綜合等分析設計方法，使得高速凸輪機構的動力學性能有了很大的改善。歐美各國的學者還特別注重研究文獻的搜集，P.W.Jensen在其專著<凸輪設計與制造>中幾乎列出了1984年以前的、有記載的、可以找到的所有的文獻資料，共1817篇。 日本也特別重視凸輪機構的研究，日本學者在凸輪技術發(fā)展上所做的工作主要有：1、在機構設計方面，致力于尋求凸輪機構的精確解和使凸輪曲線多樣化，以適應新的要求。2、加強了凸輪機構動力學和振動方面的研究，提高了機構的速度，發(fā)展了高速凸輪。3、研制新的凸輪加工設備，以適應新開發(fā)的產品，實現(xiàn)了凸輪機構的小型化和大型化。4、加強凸輪機構的標準化，發(fā)展成批生產的標準。5、發(fā)展凸輪機構的CAD/CAM系統(tǒng)。 我國對凸輪機構的應用和研究已有多年歷史，目前仍在繼續(xù)擴展和深入。近年來已經取得一定成就，但與先進國家相比我國對凸輪機構的研究和應用還存在一定的差距，尤其是在對振動的研究、凸輪機構的加工及產品開發(fā)等方面。 雖然已經有很多學者對凸輪機構的研究做了相當多的工作，但在各研究方向仍有許多可以進行的地方。例如，從設計的角度考慮，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，還要研究有效的分析方法。2、在幾何學和運動學的研究方面。要綜合考慮各種凸輪機構，盡可能導出普遍使用的計算公式。3、發(fā)展通用而有效的CAD系統(tǒng)。4、引入專家系統(tǒng)或人工智能CAD系統(tǒng)。5、動力學的深化及研究成果的進一步實用化。6、加強對凸輪機構的運動學特性好熱動力學特性的計算機模擬，以提高設計質量和縮短產品研制周期。7、研究CAD/CAM的一體化。8、凸輪機構作為引導機構的研究和應用。 隨著社會的發(fā)展科技的進步，人們對各種機械在速度、效率、壽命、噪聲和可靠性等方面要求的日益提高，因此也就對凸輪機構的各種性能有更高的要求。為適應這種發(fā)展形勢，凸輪機構必須具有特性優(yōu)良的凸輪曲線和高速、高精度性能。我們的研究也正是為次而努力。 二、溝槽凸輪機構設計與分析 為滿足凸輪機構的輸出件提出的運動要求、動力要求等，凸輪機構的設計大致可分為以下三步: l)從動件運動規(guī)律的設計。 2)凸輪機構基本尺寸的設計。 3)凸輪機構輪廓曲線的設計。 2.1 從動件運動規(guī)律的設計 運動規(guī)律設計包括對所設計的凸輪機構輸出件的運動提出的所有給定要求。例如，推程、回程運動角、遠休止角、近休止角、行程以及推程、回程的運動規(guī)律曲線形狀，都屬于運動規(guī)律設計。所謂凸輪曲線并不是凸輪輪廓的形狀曲線，而是凸輪驅動從動件的運動曲線。研究凸輪曲線的目的在于用最短時間、最圓滑、無振動、耗能少的方式來驅動從動件。凸輪曲線特性優(yōu)良與否直接影響凸輪機構的精度、效率和壽命。從動件的運動情況，是由凸輪輪廓曲線的形狀決定的。一定輪廓曲線形狀的凸輪，能夠使從動件產生一定規(guī)律的運動;反過來實現(xiàn)從動件不同的運動規(guī)律，要求凸輪具有不同現(xiàn)狀的輪廓曲線，即凸輪的輪廓曲線與從動件所實現(xiàn)的運動規(guī)律之間存在著確定的依從關系。因此，凸輪機構設計的關鍵一步，是根據(jù)工作要求和使用場合，選擇或設計從動件的運動規(guī)律。在設計凸輪機構基木尺寸和凸輪輪廓之前，必須根據(jù)凸輪機構的工作性能要求選擇從動件的運動規(guī)律方程式，選擇不同的從動件運動規(guī)律將直接影響凸輪機構的基本尺寸設計、輪廓設計及凸輪機構的運動性能等。 從動件運動規(guī)律可分為基本運動規(guī)律和組合運動規(guī)律?；具\動規(guī)律包括簡單多項式運動規(guī)律和三角函數(shù)運動規(guī)律，組合運動規(guī)律是由數(shù)種基木運動規(guī)律進行拼接而成。 2.1.1從動件常用的基本運動規(guī)律 幾種常見的基木運動規(guī)律有三角函數(shù)運動規(guī)律(簡諧運動規(guī)律、擺線運動規(guī)律及雙諧運動規(guī)律等);簡單多項式運動規(guī)律;等速運動規(guī)律(一次項運動規(guī)律)、等加等減速運動規(guī)律(二次項運動規(guī)律)等。 2.1.2從動件運動規(guī)律的選取原則 從動件運動規(guī)律的選擇或設計，涉及到許多因素。除了需要滿足機械的具體工作要求外，還應使凸輪機構具有良好的動力特性，同時又要考慮所設計的凸輪廓線便于加工，這些因素又往往是互相制約的。因此在選擇或設計運動規(guī)律時，必須根據(jù)使用場合、工作條件等分清卞次，綜合考慮。下面是一些常用運動規(guī)律的適用場合: l)等速運動規(guī)律在很多情況下能滿足凸輪機構推程的工作要求，但是在從動件行程的開始和終止位置存在剛性沖擊，是運動特性最差的曲線，所以等速運動規(guī)律很少單獨使用，且不適用于中、高速。 2)等加速等減速運動規(guī)律的速度曲線連續(xù)，在所有曲線中其最大加速度值為最小，但在從動件行程的開始、終止和由正加速度變?yōu)樨摷铀俣鹊闹虚g位置，加速度的有限值突變將導致柔性沖擊，因而不能在中、高速場合使用。 3)余弦加速度運動規(guī)律消除了行程中間位置的加速度突變，且易于計算和加工，在中速時也能獲得合理的從動件的運動。但當這種運動規(guī)律用于升一停一回一停運動時，在行程的起始和終止位置因加速度突變而仍有柔性沖擊。當這種規(guī)律用于升一回一升型運動時，則加速度曲線連續(xù)，沒有柔性沖擊。 4)正弦加速度運動規(guī)律用于升一停一回一停運動時，從動件在行程的起始和終止位置加速度無突變，因而無柔性沖擊，有利于機構運轉平穩(wěn)。但它用于升一回停運動時，在推程與回程的連接點處，躍度從有限的正值變?yōu)樨撝?，因而加速度曲線不連續(xù)。這種曲線要求機械加工的準確性高于其他曲線。正弦加速度運動規(guī)律廣泛用于中速凸輪機構，但不適于高速場合。 2.2 凸輪機構基本尺寸的設計 凸輪機構的基本尺寸對凸輪機構的結構、傳力性能都有重要的影響。凸輪機構的基本參數(shù)選擇的不恰當，則可能造成壓力角過大或產生運動失真現(xiàn)象。凸輪機構的基本尺寸之間互相影響、互相制約，所以如何合理地設計這些基本尺寸，也是凸輪機構設計中要解決的重要問題。凸輪機構基本尺寸的設計問題是在給定從動件運動規(guī)律和許用壓力角的條件下尋求一組適用的尺寸，從而使設計的凸輪機構性能佳、壽命長。溝槽凸輪機構主要設計參數(shù)有:基圓半徑和偏距，滾子半徑，擺桿長度等。為提高凸輪機構傳力效果，希望機構在推程中壓力角盡量小。一般來講，這些參數(shù)的選擇，除應保證使從動件能夠準確地實現(xiàn)預期的運動規(guī)律外，還應當使機構具有良好的受力狀況和緊湊的尺寸。 2.2.1凸輪機構壓力角和基圖半徑 凸輪壓力角是從動件運動(速度)方向與傳動軸線方向之間的夾角。壓力角是衡量凸輪機構傳力特性好壞的一個重要參數(shù)。從減小推力、避免自鎖，使機構具有良好的受力狀況來看，壓力角應越小越好。同時設計凸輪機構時，除了使機構具有良好的受力狀況外，還希望機構結構緊湊。在實現(xiàn)相同運動規(guī)律的情況下，基圓半徑越大，凸輪的尺寸也越大。因此，要獲得輕便緊湊的凸輪機構，就應當使基圓半徑盡可能地小。由計算公式可知壓力角和基圓半徑兩者是互相制約的，在一般情況下，為了保證設計的凸輪機構既有較好的傳力特性又具有較緊湊的尺寸，設計時兩者應同時考慮。為了保證凸輪機構順利工作，規(guī)定了壓力角的許用值的前提下，選取盡可能小的基圓半徑。 2.2.2溝槽凸輪的曲率半徑 移動滾子從動件盤形凸輪的曲率半徑。當凸輪廓線為內凹廓線時，實際廓線的曲率半徑Pa、理論廓線的曲率半徑p、滾子半徑r三者之間有如下的關系:而當凸輪廓線為外凸廓線時，實際廓線的曲率半徑Pa、理論廓線的曲率半徑p、滾子半徑r三者之間的關系是:Pa=p-r，當p=r時，則Pa=0，即實際廓線將出現(xiàn)尖點，由于尖點處極易磨損，故不能實用;若p

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