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.doc

浙江理工大學本科畢業(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1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)。1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)學學術(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、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CADCAM、誤差分析等研究方向。2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3，對凸輪機構(gòu)的共軛曲面原理4、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。2在歐美各國，很多學者為凸輪機構(gòu)的研究作出了貢獻。早在三十年代，F(xiàn)DFurman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)的運動學和動力學分析。四十年代末，JAHron等人已經(jīng)注意到從動件的剛度對凸輪機構(gòu)動力學響應(yīng)有明顯的影響。五十年代初，DBMitchell最先對凸輪機構(gòu)進行實驗研究。后來不少學者采用多種儀器，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CADCAM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研究，從手工加工到CAM等發(fā)展階段。僅八、九十年代，就有PDiemtma，JKMills5，YPeng，VYBelrstij，YWChan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，AIMahyuddin，Cardona，Aiberto，TLDrenser等人先后發(fā)表了有關(guān)凸輪振動、動態(tài)響應(yīng)等動力學性能方面的論文。歐美各國的學者還特別注重研究文獻的收集整理，PWJensen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3如從動件運動規(guī)律、幾何學、運動學等方面的研究論文仍有相當多的數(shù)量876，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)的學術(shù)會議。在有關(guān)的國際性刊物上也經(jīng)常看到日本在凸輪機構(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)9。(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)10，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)在幾何學和運動學的研究方面，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4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)動力學研究的深化及研究成果的進一步實用化由于動力學問題本身的復(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)的運動學特性和動力學特性的計算機模擬，以提高設(shè)計質(zhì)量和縮短