高速凸輪機構動力學試驗平臺研制開題報告.docVIP

浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告班級機械設計制造及其自動化09(4)班姓名畢昌洪課題名稱高速凸輪機構動力學試驗平臺研制開題報告目錄1選題的背景2國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2.1國內對這方面的研究2.2國外對這方面的研究2.3凸輪機構的研究發(fā)展趨勢3研究的基本內容與擬解決的主要問題3.1研究的基本內容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高速凸輪機構動力學試驗平臺研制畢昌洪(機械設計制造及其自動化09(4)班B09300403)1.選題的背景與意義凸輪機構是一種典型的常用機構,它可以將回轉軸的回轉運動輸出為所需要的運動形式。由于它能以簡單緊湊的結構實現(xiàn)任意復雜的預期運動,并具有良好的重復精度和運動剛性,長期以來被廣泛的應用于各種機械。再加上凸輪機構相對于其他機構(比如連桿等)具有高可靠性、壽命長、易于設計和能準確的預測所產(chǎn)生的運動等優(yōu)點,特別是在要求機構產(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、轉轍器、內燃機、建筑機械、礦山機械、農(nóng)業(yè)機具等等機械產(chǎn)品中,凸輪被廣泛的應用。而在以上應用中,凸輪機構運轉速度隨著機械工業(yè)的發(fā)展,和對機械系統(tǒng)技術要求的提高,而表現(xiàn)出逐漸提高的趨勢,從而導致系統(tǒng)中運動構件的慣性力急劇增大,構件的彈性形變也隨之變大。特別是當機構運行在共振頻率附近時,凸輪機構輸出端的運動規(guī)律可能偏離預期的設計。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,導致通過實驗去研究相關問題的相對較少。本文希望能通過實驗,在這方面做出一點有益的工作2。2.國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2.1國內對這方面的研究目前國內對這方面的研究有如下幾個方向:1.以彈性理論為基礎,建立高速凸輪機構的動力學模型及其運動微分方程,通過分析高速凸輪機構動力學模型的運動方程式,并通過正弦加速度運動規(guī)律得到了凸輪機構輸出端的動態(tài)響應,找到確定凸輪機構輸出端運動規(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)學模型的基礎上,通過仿真分析,去得到高速凸輪機構在不同的輪廓及結構參數(shù)下的動力學特性曲線。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,而且還結合現(xiàn)代加工技2術,創(chuàng)造出一些新型凸輪機構,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、潤滑、誤差影響、彈性變形等。3.由于計算機技術和各種機械軟件的廣泛應用,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。如凸輪機構的優(yōu)化設計、凸輪機構的CAD/CAM設計、UG環(huán)境下基于虛擬樣機技術的凸輪機構動力學仿真分析研究和數(shù)字化凸輪及其實現(xiàn),等等。這些都是國內研究的熱門3。2.2國外對這方面的研究國外對凸輪機構的研究有如下表現(xiàn):在歐美各國,己有很多學者為凸輪機構的研究作出貢獻,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等對高速凸輪機構的動力學問題的研究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有關凸輪機構優(yōu)化設計方面的論文、V.D.Borisov在計算機輔助設計方面、H.J.wedenivski在計算機輔助制造方面和J.Angeles在優(yōu)化設計方面等。最近,德國、英國在高速凸輪機構的研究方面又有了新的突破,對凸輪機構的研究采用了諧分析、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。日本在第二次世界大戰(zhàn)以后致力于發(fā)展實用的自動設備,特別重視對凸輪機構的研究。日本近期在凸輪技術的發(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、加強凸輪機構動力學和振動的研究、研制新的凸輪加工設備、致力于輪機構的小型化和大型化(已生產(chǎn)出世界上最小和最大的蝸桿凸輪機構,前者中心矩為28Inln,后者為800Inln)、加強凸輪機構的標準化。發(fā)展凸輪機構的CAD/CAM系統(tǒng)8。2.3凸輪機構的研究發(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,因而設計公式過多,近似較多,并影響到其他方面(CAD的應用等)的研究。3(3)發(fā)展通用而有效CAD系統(tǒng)。由于種種原因，計算機在凸輪機構設計中的應用一直被局限于幾種平面和圓柱凸輪機構,且每一程序一般只能處理一、二種機構,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)。由于凸輪機構不是標準機構,種類多,應用廣,加之許多已有的知識不能公式化,所以應用普通的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。由于動力學間題本身的復雜性,導致研究主要集中于低、中速凸輪機構,對高速凸輪機構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,這些成果的應用尚不廣泛。(6)加強對凸輪機構的運動學特性和動力學特性的計算機模擬,以提高設計質量和縮短產(chǎn)品研制周期。(7)研究CAD/CAM的一體化。(8)凸輪機構作為引導機構的研究和應用3研究的基本內容與擬解決的主要問題3.1研究的基本內容本課題重點完成實驗臺傳動電機及調速方法選擇、相應傳感器的按裝設計、機械結構設計，其主要內容有：1、了解高速凸輪機構動力學試驗平臺研制、研究目的。理解各種典型凸輪機構結構及其特點，確定完整實驗系統(tǒng)總體方案。2、相關測試用傳感器、型號選定及安裝機架設計。3、高速凸輪機構動力學試驗臺各部分的具體結構設計，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、高速凸輪機構動力學建模分析。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上。即凸輪機構在低轉速、系統(tǒng)剛性較大、運動構件質量較輕等情況時，可忽略構件彈性變形的影響，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系。將凸輪機構作為剛性系統(tǒng)處理時，不涉及彈性變形，完全是一個單純的剛體運動學問題。但是當凸輪機構的運轉速度較高時，系統(tǒng)中從動件的慣性力劇增，構件彈性變形的影響會導致工作端運動規(guī)律偏離預定的要求，產(chǎn)生不容忽視的動態(tài)運動偏差，甚至會激起強烈的震動、噪聲，加劇凸輪副的磨損，因此，分析高速運轉的凸輪機構時，必須進行動態(tài)分析和動態(tài)設計。因此，在設計高速凸輪動力學試驗臺時，在考慮現(xiàn)存在的凸輪試驗臺基礎之上，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計的關鍵。在解決核心問題的同時，應解決：1、電動機帶凸