高速凸輪機構(gòu)動力學(xué)試驗平臺研制開題報告.doc

浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告班級機械設(shè)計制造及其自動化09(4)班姓名畢昌洪課題名稱高速凸輪機構(gòu)動力學(xué)試驗平臺研制開題報告目錄1選題的背景2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2.1國內(nèi)對這方面的研究2.2國外對這方面的研究2.3凸輪機構(gòu)的研究發(fā)展趨勢3研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題3.1研究的基本內(nèi)容3.2擬解決的主要問題4研究方案、實施方法、可行性分析及預(yù)期研究成果4.1研究方案4.2試驗臺研究的實施方案及實施方法4.3可行性分析4.4預(yù)期研究成果5研究工作計劃（進度安排）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高速凸輪機構(gòu)動力學(xué)試驗平臺研制畢昌洪(機械設(shè)計制造及其自動化09(4)班B09300403)1.選題的背景與意義凸輪機構(gòu)是一種典型的常用機構(gòu),它可以將回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)運動輸出為所需要的運動形式。由于它能以簡單緊湊的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)任意復(fù)雜的預(yù)期運動,并具有良好的重復(fù)精度和運動剛性,長期以來被廣泛的應(yīng)用于各種機械。再加上凸輪機構(gòu)相對于其他機構(gòu)(比如連桿等)具有高可靠性、壽命長、易于設(shè)計和能準確的預(yù)測所產(chǎn)生的運動等優(yōu)點,特別是在要求機構(gòu)產(chǎn)生給定的運動、速度和加速度時,這個優(yōu)點更加明顯和突出1。由于以上優(yōu)點,所以在紡織機械、包裝機與食品機械、自動機床、自動化專用機床、數(shù)控機床、印刷機、轉(zhuǎn)轍器、內(nèi)燃機、建筑機械、礦山機械、農(nóng)業(yè)機具等等機械產(chǎn)品中,凸輪被廣泛的應(yīng)用。而在以上應(yīng)用中,凸輪機構(gòu)運轉(zhuǎn)速度隨著機械工業(yè)的發(fā)展,和對機械系統(tǒng)技術(shù)要求的提高,而表現(xiàn)出逐漸提高的趨勢,從而導(dǎo)致系統(tǒng)中運動構(gòu)件的慣性力急劇增大,構(gòu)件的彈性形變也隨之變大。特別是當(dāng)機構(gòu)運行在共振頻率附近時,凸輪機構(gòu)輸出端的運動規(guī)律可能偏離預(yù)期的設(shè)計。針對高速凸輪在工程中出現(xiàn)的實際問題,人們從各種不同的角度去研究。但由于對工程問題實驗研究的費用較高,花費時間較多,導(dǎo)致通過實驗去研究相關(guān)問題的相對較少。本文希望能通過實驗,在這方面做出一點有益的工作2。2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2.1國內(nèi)對這方面的研究目前國內(nèi)對這方面的研究有如下幾個方向:1.以彈性理論為基礎(chǔ),建立高速凸輪機構(gòu)的動力學(xué)模型及其運動微分方程,通過分析高速凸輪機構(gòu)動力學(xué)模型的運動方程式,并通過正弦加速度運動規(guī)律得到了凸輪機構(gòu)輸出端的動態(tài)響應(yīng),找到確定凸輪機構(gòu)輸出端運動規(guī)律?；蚴窃诮⒁粋€能較為準確的描述凸輪動力特性的多參數(shù)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,通過仿真分析,去得到高速凸輪機構(gòu)在不同的輪廓及結(jié)構(gòu)參數(shù)下的動力學(xué)特性曲線。2.從凸輪廓線出發(fā),提出一些適合在高速條件下采用的推桿運動規(guī)律,而且還結(jié)合現(xiàn)代加工技2術(shù),創(chuàng)造出一些新型凸輪機構(gòu),以滿足高速工況。這個研究方向主要表現(xiàn)為:從簡單地考慮幾何尺寸、運動分析和靜力分析,發(fā)展到考慮動力學(xué)、潤滑、誤差影響、彈性變形等。3.由于計算機技術(shù)和各種機械軟件的廣泛應(yīng)用,再加上數(shù)值計算方法的發(fā)展,使人們擺脫了繁重的重復(fù)計算工作,并且在計算機的幫助下實現(xiàn)對凸輪研究的可視化。如凸輪機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、凸輪機構(gòu)的CAD/CAM設(shè)計、UG環(huán)境下基于虛擬樣機技術(shù)的凸輪機構(gòu)動力學(xué)仿真分析研究和數(shù)字化凸輪及其實現(xiàn),等等。這些都是國內(nèi)研究的熱門3。2.2國外對這方面的研究國外對凸輪機構(gòu)的研究有如下表現(xiàn):在歐美各國,己有很多學(xué)者為凸輪機構(gòu)的研究作出貢獻,并且這些研究成果也體現(xiàn)了歐美在凸輪方面研究的動向。比如M.Chew,Y.5.Unlusoy等對高速凸輪機構(gòu)的動力學(xué)問題的研究A.P.PiSan。在摩擦及其實驗方面的研究、Tesar在其著作中對高速凸輪機構(gòu)采用的多項式運動規(guī)律有較詳細的論述、5.Tascan在穩(wěn)定性方面的研究、P.Diemtma,J.K.Mi11s4,Y.Peng5,v.Y.Belrstij6,Y.w.Chan7等人先后發(fā)表T有關(guān)凸輪機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面的論文、V.D.Borisov在計算機輔助設(shè)計方面、H.J.wedenivski在計算機輔助制造方面和J.Angeles在優(yōu)化設(shè)計方面等。最近,德國、英國在高速凸輪機構(gòu)的研究方面又有了新的突破,對凸輪機構(gòu)的研究采用了諧分析、諧綜合等分析設(shè)計方法,使得高速凸輪機構(gòu)的動力學(xué)性能有了很大的改善。日本在第二次世界大戰(zhàn)以后致力于發(fā)展實用的自動設(shè)備,特別重視對凸輪機構(gòu)的研究。日本近期在凸輪技術(shù)的發(fā)展上所做的工作主要在以下方面,可以看出其實用化的目的非常明確: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、加強凸輪機構(gòu)動力學(xué)和振動的研究、研制新的凸輪加工設(shè)備、致力于輪機構(gòu)的小型化和大型化(已生產(chǎn)出世界上最小和最大的蝸桿凸輪機構(gòu),前者中心矩為28Inln,后者為800Inln)、加強凸輪機構(gòu)的標準化。發(fā)展凸輪機構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)8。2.3凸輪機構(gòu)的研究發(fā)展趨勢(l)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(xué)和運動學(xué)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(CAD的應(yīng)用等)的研究。3(3)發(fā)展通用而有效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(xué)研究的深化及研究成果的進一步實用化。由于動力學(xué)間題本身的復(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(xué)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(xué)特性和動力學(xué)特性的計算機模擬,以提高設(shè)計質(zhì)量和縮短產(chǎn)品研制周期。(7)研究CAD/CAM的一體化。(8)凸輪機構(gòu)作為引導(dǎo)機構(gòu)的研究和應(yīng)用3研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題3.1研究的基本內(nèi)容本課題重點完成實驗臺傳動電機及調(diào)速方法選擇、相應(yīng)傳感器的按裝設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，其主要內(nèi)容有：1、了解高速凸輪機構(gòu)動力學(xué)試驗平臺研制、研究目的。理解各種典型凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)及其特點，確定完整實驗系統(tǒng)總體方案。2、相關(guān)測試用傳感器、型號選定及安裝機架設(shè)計。3、高速凸輪機構(gòu)動力學(xué)試驗臺各部分的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用AutoCAD軟件繪制機械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份，并利用Pro/Engineer軟件建立三維模型。4、高速凸輪機構(gòu)動力學(xué)建模分析。3.2擬解決的主要問題目前大部分的凸輪試驗臺僅僅針對凸輪的運動規(guī)律進行分析，這些完全是建立在主動件是彈性體的基礎(chǔ)上。即凸輪機構(gòu)在低轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)剛性較大、運動構(gòu)件質(zhì)量較輕等情況時，可忽略構(gòu)件彈性變形的影響，可將整個系統(tǒng)近似簡化為一個剛性系統(tǒng)。在此種情況下，凸輪廓線和系統(tǒng)的機械傳動比決定了工作端的運動規(guī)律。如果機械傳動比為常數(shù)，則工作端和凸輪4端的運動規(guī)律保持一定的比例關(guān)系。將凸輪機構(gòu)作為剛性系統(tǒng)處理時，不涉及彈性變形，完全是一個單純的剛體運動學(xué)問題。但是當(dāng)凸輪機構(gòu)的運轉(zhuǎn)速度較高時，系統(tǒng)中從動件的慣性力劇增，構(gòu)件彈性變形的影響會導(dǎo)致工作端運動規(guī)律偏離預(yù)定的要求，產(chǎn)生不容忽視的動態(tài)運動偏差，甚至?xí)て饛娏业恼饎印⒃肼?，加劇凸輪副的磨損，因此，分析高速運轉(zhuǎn)的凸輪機構(gòu)時，必須進行動態(tài)分析和動態(tài)設(shè)計。因此，在設(shè)計高速凸輪動力學(xué)試驗臺時，在考慮現(xiàn)存在的凸輪試驗臺基礎(chǔ)之上，主要去改變試驗臺的組成以實現(xiàn)對凸輪的動力分析是設(shè)計的關(guān)鍵。在解決核心問題的同時，應(yīng)解決：1、電動機帶凸