间隙运动机构运动分析及创新设计试验平台研制开题报告.doc

浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班级机械设计制造及其自动化（4）班姓名黄陆杨课题名称间歇运动机构运动分析及创新设计试验平台研制开题报告目录1选题的背景与意义1.1国内外研究现状和发展趋势1.2间歇机构试验台研究意义2研究的基本内容与拟解决的主要问题2.1基本内容2.2拟解决的主要问题3研究的基本内容与拟解决的主要问题3.1研究思路方案3.2可行性分析3.3预期研究成果4研究工作计划参考文献（开题报告全文附后）成绩：答辩意见答辩组长签名：年月日系主任审核意见签名：年月日间隙运动机构运动分析及创新设计试验平台研制黄陆杨（机械设计制造及其自动化（4）班B09300411）1选题的背景与意义科学技术的进步与发展使生产机械的性能日益完善和复杂，机械化和自动化控制水平不断提高。相应的，对生产机械中的各种执行机构和辅助机构的性能提出了愈来愈高的要求。尤其在轻工、食品、纺织、电子等行业广泛使用的各种自动机械、输送装置中，有一大类包含步进机构的机械系统。其特点是将系统输入轴的连续回转运动转换为工作执行机构的间歇转动或移动，从而使系统在其间歇期能完成预期的工艺动作。为了适应不同的工作要求，改善动态性能，提高定位精度，各种间歇机构自发明伊始，人们不断创造众多结构新颖、构思巧妙、满足各种工艺需要的间歇运动机构1。1.1国内外研究现状和发展趋势1.11国内外间歇机构研究现状在十八世纪后期，由于受当时生产水平的限制，普遍采用槽轮机构、星轮机构等结构简单的间歇运动机构，且只有简单的运动分析方法。十九世纪中叶以后，生产水平不断发展，开始出现机构的综合方法。现代，已出现了可以满足高精度、高速度要求的凸轮式间歇运动机构，其最高速度可达2000r/min以上，分度精度可达15。这种间歇运动机构是目前公认的理想的高精度分度机构。近年来，不少国内外机构学工作者致力于间歇运动机构的研究，取得了一些成果，但从事间歇运动机构测试研究的人并不多，而且至今为止国内外还没有一台间歇运动机构检测装置，因此，对试验台的研制很有必要。棘轮机构一般用于传递平行轴的运动，在机械中一般应用在转速不高和要求间歇转动的装置中，如牛头刨床工具机台的横向进给机构、自行车后轴的齿式棘轮超越机构、手动绞车中的防逆转机构、超越离合器和刹车器等机构。在一般的冲压速度和寿命的要求下,因结构比较可靠,其设计、加工方便而被选用2。棘轮是在非对称应力循环加载下特有的一种非弹性循环受力,其结构安全性和寿命评估是设计人员在设计时必须考虑的一个重要因素。要想延长棘轮的使用寿命,就必须在棘轮的材料选择、结构设计上进行研究与优化。康国政、高庆学者的课题组对40Cr3MoV贝氏体钢、调质42CrMo钢等循环软化材料的棘轮行为进行了实验研究,结果表明:该类材料的棘轮行为具有明显的三阶段特征,即初始的棘轮应变率衰减阶段、中段的常棘轮应变率阶段和后期的加速棘轮应变率阶段,并且材料会很快因为过大的棘轮应变而过早失效。由于棘轮行为的复杂性,很多因素的影响都还没有得到合理的考虑,还需要进行大量的实验以及相应的理论研究。因此棘轮机构不宜应用于高速和运动精度要求较高的场合。槽轮机构3主要分成传递平行轴运动的平面槽轮机构和传递相交轴运动的空间槽轮机构两大类.平面槽轮机构又分为外槽轮机构和内槽轮机构。外槽轮机构的槽轮转向同拨盘的转向相反，内槽轮机构则转向相同。与外槽轮相比，内槽轮机构结构紧凑，所占空间小。槽轮机构具有结构简单、制造容易、工作可靠和机械效率较高等优点。但是传统普通槽轮机构在每次驱动曲柄进人或脱离轮槽时,槽轮的瞬时角加速度不为零且方向相反。以致发生方向相反的柔性冲击,引起动载荷,使传动系统产生不必要的振动,严重时甚至能造成槽轮在定位时出现越位现象4,尽管增多槽数等方法可以减缓加速度的峰值,但无法从根本上完全消除。所以槽轮机构一般用于转速不是很高的自动机械、轻工机械和仪器仪表中，电影放映机中的送片机构，由槽轮带动胶片，作有停歇的送进，从而形成动态画面。此外也常与其他结构组合，现在有些学者对传统普通槽轮机构进行机构变异,使新型槽轮机构能够在很大程度上克服以上缺点。例如行星齿轮-槽轮间歇运动机构,由于它的运动特性较普通槽轮间歇运动机构优越,已被用在一些先进的自动机械上。在众多的间歇运动机构中,有一种很常用但并不为多数人熟悉的纯机械机构。它就是擒纵机构5。这种机构结构简单，便于制造，价格低，但振动周期不稳定，主要用于计时精度要求不高，工作时间较短的场合，如自动记录仪、时间继电器、计数器、定时器、测速器及照相机快门和自拍器等。擒纵机构的设计思想非常巧妙,其功能在适当的机构中显得非常突出。现在,有的机械设计人员将擒纵机构放大,应用到将较高速度减速的设备当中。虽然,这种类似于减速器作用的擒纵机构,不如减速器的寿命和可靠性,但其体积小,重量轻的优点非常适合用在特定环境下的机械设备中。擒纵机构也有其先天性的缺陷。由于擒纵轮的形状不规则与过渡不够平滑以及工作中的冲击,会产生对机械零件伤害极大的应力集中和噪声。如果载荷较大或是使用频繁,擒纵机构的寿命会相对较短。这就需要设计人员在设计过程中要充分考虑到设备的安全性设计6。不完全齿轮机构7是由齿轮机构演变而得的一种间歇运动机构。即在主动轮上只做出一部分齿，并根据运动时间与停歇时间的要求，在从动轮上做出与主动轮轮齿想啮合的轮齿。不完全齿轮机构的运动颇具特色，它的从动轮既可作整周转动,也可在一周中作多次停歇，因此,它可以在非常广阔的范围内选择运动特性系数K,并可自由地配置从动轮每转的停歇次。在不完全齿轮机构运动时间的中段,啮合传动的情况与标准渐开线齿轮一样,作定传动比传动8。因此,有可能实现间歇的匀速传动。在运动时间的始、末,从动轮有速度突变,并存在啮合线外齿顶滑动接触的情况,故动力学性能和磨损寿命较差。但如配以附加的瞬心线机构,则可保证在运动时间的始、末,从动轮的速度按预定规律变化,磨损情况也同时得到改善。近年来,很多作者进一步对不完全齿轮机构的啮合过程几何参数作了详细的推证,但是,由于不完全齿轮机构的参数众多9,关系复杂,交错影响,给设计工作带来很大困难。由于缺少有效的设计方法,在一定程度上也影响了推广应用。凸轮间歇机构已被广泛应用于现代工业的自动化部分，它已成为当今世界上精密驱动的主流装置10。产品涉及包装、印刷、制药、化工、烟草、电子电器、玻璃陶瓷、汽车制造等自动化生产线及各种通用机械设备，他们作为自动化机器的核心传动装置，发挥着至关重要的作用。凸轮式间歇运动机构由主动轮和从动盘组成，主动凸轮作连续转动，通过其凸轮廓线推动从动盘作预期的间歇分度运动。其工作特点是动载荷小，无刚性和柔性冲击，适合高速运转，无需定位装置，定位精度高，结构紧凑。凸轮式间歇机构可分为三种11，（1）圆柱凸轮式间歇运动机构，常取凸轮槽数为1，柱销数一般取z26，在轻载下间歇频率为1500次/分。（2）蜗杆凸轮式间歇运动机构，常取单头螺杆凸轮z26，从动盘按正弦加速度规律设计，可控制中心距消除间隙，承载能力高，间歇频率为1200次/分，分度精度为30。（3）共轭凸轮式间歇机构，动力特性好，分度精度高，成本较低。凸轮机构在发达国家已有数十年的发展历史，其理论研究工作仍在深入，其生产已采用高精度加工设备，产品质量不断完善。我国于70年代开始在某些工厂和高校着手研究这类机构，在几何学、运动学、结构设计和动力学方面均取得了一些成果，已具备设计开发能力。目前我国的凸轮加工设备总体上落后于发达国家，产品质量也受到很大影响。与国外同类产品相比，国内产品的市场竞争力不强，从而制约了我国凸轮分度机构制造产业的发展。现今技术发达国家在分度凸轮机构的设计理论与生产技术方面已经趋于稳定，并且都拥有了自己的各类分度凸轮装置系列化产品，建立了比较严格的技术保护措施。国内对分度凸轮机构的研究起步相对较晚，不少科研单位、大专院校都投入了大量的人力和物力进行研究，在理论和实践上也取得了一些进展，所研制的产品大多限于低速分度运动场合(一般在300-600rpm)，且分度运动的精度也较低(一般均45")仅有少数厂家可以进行定型小批量生产，远远满足不了国内有关单位生产和使用的需要。1.12国内外间歇机构研究趋势一些学者和工程技术人员将间歇机构与其他一些机构进行并联组合，实现了较为复杂的工作循环。这类组合机构的特点是设计灵活性较大，可以在不改变原有间歇机构工作特点的情况下，打破原有机构的局限性，这方面的文献有1213等。此外，一些机构学工作者提出了许多灵活多样的变异设计，为间歇机构的创新提供了更为广阔的思路。机构的组合14是发展新机构的重要途径之一。目前组合机构已在各种自动机械或自动生产线上得到广泛应用。人们尝试将各种基本机构进行适当的组合，使其既能发挥特长，又能避免本身固有的局限性，从而形成结构简单、设计方便、性能优良的机构系统，以满足生产中所提出的多种要求和提高生产的自动化程度。由于组合机构的结构较复杂，设计计算亦繁复，曾增加对它研究的困难。近年来，运用电子计算机和采用最优化方法，极大地推进了它的研究进展。因此，今后一定会有更多更新的组合机构出现，适应日趋现代化的生产需求。由此可见，各种间歇机构虽然在生活中广为应用，但由于它们各有其不同的机构特征和工作原理及其应用场合，所以都存在着各种各样的缺陷与局限性。新设计的提出，给我们完善各种间歇机构带来了灵感与实际可行的方案。因此，在探索的道路上，还有很多研究需要我们去做。