間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺研制開題報(bào)告.doc

浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告班級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（4）班姓名黃陸楊課題名稱間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺研制開題報(bào)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間歇機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺研究意義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研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題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)（開題報(bào)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：年月日間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺研制黃陸楊（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（4）班B09300411）1選題的背景與意義科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展使生產(chǎn)機(jī)械的性能日益完善和復(fù)雜，機(jī)械化和自動(dòng)化控制水平不斷提高。相應(yīng)的，對生產(chǎn)機(jī)械中的各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)和輔助機(jī)構(gòu)的性能提出了愈來愈高的要求。尤其在輕工、食品、紡織、電子等行業(yè)廣泛使用的各種自動(dòng)機(jī)械、輸送裝置中，有一大類包含步進(jìn)機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)。其特點(diǎn)是將系統(tǒng)輸入軸的連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，從而使系統(tǒng)在其間歇期能完成預(yù)期的工藝動(dòng)作。為了適應(yīng)不同的工作要求，改善動(dòng)態(tài)性能，提高定位精度，各種間歇機(jī)構(gòu)自發(fā)明伊始，人們不斷創(chuàng)造眾多結(jié)構(gòu)新穎、構(gòu)思巧妙、滿足各種工藝需要的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)1。1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.11國內(nèi)外間歇機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀在十八世紀(jì)后期，由于受當(dāng)時(shí)生產(chǎn)水平的限制，普遍采用槽輪機(jī)構(gòu)、星輪機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)簡單的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，且只有簡單的運(yùn)動(dòng)分析方法。十九世紀(jì)中葉以后，生產(chǎn)水平不斷發(fā)展，開始出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的綜合方法。現(xiàn)代，已出現(xiàn)了可以滿足高精度、高速度要求的凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其最高速度可達(dá)2000r/min以上，分度精度可達(dá)15。這種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是目前公認(rèn)的理想的高精度分度機(jī)構(gòu)。近年來，不少國內(nèi)外機(jī)構(gòu)學(xué)工作者致力于間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究，取得了一些成果，但從事間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)測試研究的人并不多，而且至今為止國內(nèi)外還沒有一臺間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)檢測裝置，因此，對試驗(yàn)臺的研制很有必要。棘輪機(jī)構(gòu)一般用于傳遞平行軸的運(yùn)動(dòng)，在機(jī)械中一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高和要求間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置中，如牛頭刨床工具機(jī)臺的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、自行車后軸的齒式棘輪超越機(jī)構(gòu)、手動(dòng)絞車中的防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、超越離合器和剎車器等機(jī)構(gòu)。在一般的沖壓速度和壽命的要求下,因結(jié)構(gòu)比較可靠,其設(shè)計(jì)、加工方便而被選用2。棘輪是在非對稱應(yīng)力循環(huán)加載下特有的一種非彈性循環(huán)受力,其結(jié)構(gòu)安全性和壽命評估是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個(gè)重要因素。要想延長棘輪的使用壽命,就必須在棘輪的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行研究與優(yōu)化?？祰⒏邞c學(xué)者的課題組對40Cr3MoV貝氏體鋼、調(diào)質(zhì)42CrMo鋼等循環(huán)軟化材料的棘輪行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明:該類材料的棘輪行為具有明顯的三階段特征,即初始的棘輪應(yīng)變率衰減階段、中段的常棘輪應(yīng)變率階段和后期的加速棘輪應(yīng)變率階段,并且材料會(huì)很快因?yàn)檫^大的棘輪應(yīng)變而過早失效。由于棘輪行為的復(fù)雜性,很多因素的影響都還沒有得到合理的考慮,還需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)以及相應(yīng)的理論研究。因此棘輪機(jī)構(gòu)不宜應(yīng)用于高速和運(yùn)動(dòng)精度要求較高的場合。槽輪機(jī)構(gòu)3主要分成傳遞平行軸運(yùn)動(dòng)的平面槽輪機(jī)構(gòu)和傳遞相交軸運(yùn)動(dòng)的空間槽輪機(jī)構(gòu)兩大類.平面槽輪機(jī)構(gòu)又分為外槽輪機(jī)構(gòu)和內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)。外槽輪機(jī)構(gòu)的槽輪轉(zhuǎn)向同撥盤的轉(zhuǎn)向相反，內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)則轉(zhuǎn)向相同。與外槽輪相比，內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間小。槽輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠和機(jī)械效率較高等優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)普通槽輪機(jī)構(gòu)在每次驅(qū)動(dòng)曲柄進(jìn)人或脫離輪槽時(shí),槽輪的瞬時(shí)角加速度不為零且方向相反。以致發(fā)生方向相反的柔性沖擊,引起動(dòng)載荷,使傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生不必要的振動(dòng),嚴(yán)重時(shí)甚至能造成槽輪在定位時(shí)出現(xiàn)越位現(xiàn)象4,盡管增多槽數(shù)等方法可以減緩加速度的峰值,但無法從根本上完全消除。所以槽輪機(jī)構(gòu)一般用于轉(zhuǎn)速不是很高的自動(dòng)機(jī)械、輕工機(jī)械和儀器儀表中，電影放映機(jī)中的送片機(jī)構(gòu)，由槽輪帶動(dòng)膠片，作有停歇的送進(jìn)，從而形成動(dòng)態(tài)畫面。此外也常與其他結(jié)構(gòu)組合，現(xiàn)在有些學(xué)者對傳統(tǒng)普通槽輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)變異,使新型槽輪機(jī)構(gòu)能夠在很大程度上克服以上缺點(diǎn)。例如行星齒輪-槽輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),由于它的運(yùn)動(dòng)特性較普通槽輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)越,已被用在一些先進(jìn)的自動(dòng)機(jī)械上。在眾多的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中,有一種很常用但并不為多數(shù)人熟悉的純機(jī)械機(jī)構(gòu)。它就是擒縱機(jī)構(gòu)5。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，價(jià)格低，但振動(dòng)周期不穩(wěn)定，主要用于計(jì)時(shí)精度要求不高，工作時(shí)間較短的場合，如自動(dòng)記錄儀、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、測速器及照相機(jī)快門和自拍器等。擒縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想非常巧妙,其功能在適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)中顯得非常突出?，F(xiàn)在,有的機(jī)械設(shè)計(jì)人員將擒縱機(jī)構(gòu)放大,應(yīng)用到將較高速度減速的設(shè)備當(dāng)中。雖然,這種類似于減速器作用的擒縱機(jī)構(gòu),不如減速器的壽命和可靠性,但其體積小,重量輕的優(yōu)點(diǎn)非常適合用在特定環(huán)境下的機(jī)械設(shè)備中。擒縱機(jī)構(gòu)也有其先天性的缺陷。由于擒縱輪的形狀不規(guī)則與過渡不夠平滑以及工作中的沖擊,會(huì)產(chǎn)生對機(jī)械零件傷害極大的應(yīng)力集中和噪聲。如果載荷較大或是使用頻繁,擒縱機(jī)構(gòu)的壽命會(huì)相對較短。這就需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中要充分考慮到設(shè)備的安全性設(shè)計(jì)6。不完全齒輪機(jī)構(gòu)7是由齒輪機(jī)構(gòu)演變而得的一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。即在主動(dòng)輪上只做出一部分齒，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間的要求，在從動(dòng)輪上做出與主動(dòng)輪輪齒想嚙合的輪齒。不完全齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)頗具特色，它的從動(dòng)輪既可作整周轉(zhuǎn)動(dòng),也可在一周中作多次停歇，因此,它可以在非常廣闊的范圍內(nèi)選擇運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)K,并可自由地配置從動(dòng)輪每轉(zhuǎn)的停歇次。在不完全齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的中段,嚙合傳動(dòng)的情況與標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪一樣,作定傳動(dòng)比傳動(dòng)8。因此,有可能實(shí)現(xiàn)間歇的勻速傳動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)時(shí)間的始、末,從動(dòng)輪有速度突變,并存在嚙合線外齒頂滑動(dòng)接觸的情況,故動(dòng)力學(xué)性能和磨損壽命較差。但如配以附加的瞬心線機(jī)構(gòu),則可保證在運(yùn)動(dòng)時(shí)間的始、末,從動(dòng)輪的速度按預(yù)定規(guī)律變化,磨損情況也同時(shí)得到改善。近年來,很多作者進(jìn)一步對不完全齒輪機(jī)構(gòu)的嚙合過程幾何參數(shù)作了詳細(xì)的推證,但是,由于不完全齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)眾多9,關(guān)系復(fù)雜,交錯(cuò)影響,給設(shè)計(jì)工作帶來很大困難。由于缺少有效的設(shè)計(jì)方法,在一定程度上也影響了推廣應(yīng)用。凸輪間歇機(jī)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)化部分，它已成為當(dāng)今世界上精密驅(qū)動(dòng)的主流裝置10。產(chǎn)品涉及包裝、印刷、制藥、化工、煙草、電子電器、玻璃陶瓷、汽車制造等自動(dòng)化生產(chǎn)線及各種通用機(jī)械設(shè)備，他們作為自動(dòng)化機(jī)器的核心傳動(dòng)裝置，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由主動(dòng)輪和從動(dòng)盤組成，主動(dòng)凸輪作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過其凸輪廓線推動(dòng)從動(dòng)盤作預(yù)期的間歇分度運(yùn)動(dòng)。其工作特點(diǎn)是動(dòng)載荷小，無剛性和柔性沖擊，適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)，無需定位裝置，定位精度高，結(jié)構(gòu)緊湊。凸輪式間歇機(jī)構(gòu)可分為三種11，（1）圓柱凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，常取凸輪槽數(shù)為1，柱銷數(shù)一般取z26，在輕載下間歇頻率為1500次/分。（2）蝸桿凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，常取單頭螺桿凸輪z26，從動(dòng)盤按正弦加速度規(guī)律設(shè)計(jì)，可控制中心距消除間隙，承載能力高，間歇頻率為1200次/分，分度精度為30。（3）共軛凸輪式間歇機(jī)構(gòu)，動(dòng)力特性好，分度精度高，成本較低。凸輪機(jī)構(gòu)在發(fā)達(dá)國家已有數(shù)十年的發(fā)展歷史，其理論研究工作仍在深入，其生產(chǎn)已采用高精度加工設(shè)備，產(chǎn)品質(zhì)量不斷完善。我國于70年代開始在某些工廠和高校著手研究這類機(jī)構(gòu)，在幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)方面均取得了一些成果，已具備設(shè)計(jì)開發(fā)能力。目前我國的凸輪加工設(shè)備總體上落后于發(fā)達(dá)國家，產(chǎn)品質(zhì)量也受到很大影響。與國外同類產(chǎn)品相比，國內(nèi)產(chǎn)品的市場競爭力不強(qiáng)，從而制約了我國凸輪分度機(jī)構(gòu)制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)今技術(shù)發(fā)達(dá)國家在分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論與生產(chǎn)技術(shù)方面已經(jīng)趨于穩(wěn)定，并且都擁有了自己的各類分度凸輪裝置系列化產(chǎn)品，建立了比較嚴(yán)格的技術(shù)保護(hù)措施。國內(nèi)對分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究起步相對較晚，不少科研單位、大專院校都投入了大量的人力和物力進(jìn)行研究，在理論和實(shí)踐上也取得了一些進(jìn)展，所研制的產(chǎn)品大多限于低速分度運(yùn)動(dòng)場合(一般在300-600rpm)，且分度運(yùn)動(dòng)的精度也較低(一般均45)僅有少數(shù)廠家可以進(jìn)行定型小批量生產(chǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國內(nèi)有關(guān)單位生產(chǎn)和使用的需要。1.12國內(nèi)外間歇機(jī)構(gòu)研究趨勢一些學(xué)者和工程技術(shù)人員將間歇機(jī)構(gòu)與其他一些機(jī)構(gòu)進(jìn)行并聯(lián)組合，實(shí)現(xiàn)了較為復(fù)雜的工作循環(huán)。這類組合機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)靈活性較大，可以在不改變原有間歇機(jī)構(gòu)工作特點(diǎn)的情況下，打破原有機(jī)構(gòu)的局限性，這方面的文獻(xiàn)有1213等。此外，一些機(jī)構(gòu)學(xué)工作者提出了許多靈活多樣的變異設(shè)計(jì)，為間歇機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新提供了更為廣闊的思路。機(jī)構(gòu)的組合14是發(fā)展新機(jī)構(gòu)的重要途徑之一。目前組合機(jī)構(gòu)已在各種自動(dòng)機(jī)械或自動(dòng)生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。人們嘗試將各種基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，使其既能發(fā)揮特長，又能避免本身固有的局限性，從而形成結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)方便、性能優(yōu)良的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，以滿足生產(chǎn)中所提出的多種要求和提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。由于組合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算亦繁復(fù)，曾增加對它研