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高速凸轮机构动力学试验平台研制【带PROE三维】【16张图纸】【优秀】

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关键词：: 高速凸轮机构动力学试验实验平台研制 proe 三维图纸

资源描述：

高速凸轮机构动力学试验平台研制

40页 13000字数+说明书+任务书+开题报告+16张CAD图纸

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主轴.dwg

任务书.doc

偏心轮.dwg

同步带轮1.dwg

同步带轮2.dwg

底座A3.dwg

指导卡.pdf

推杆.dwg

支承板.dwg

文献综述.doc

正弦加速度凸轮.dwg

电机底板A3.dwg

目录.doc

等加速凸轮.dwg

编码器小支架.dwg

联轴器过渡套.dwg

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装配图A0.dwg

轴套.dwg

轴承座A3.dwg

轴承端盖.dwg

高速凸轮机构动力学试验平台研制开题报告.doc

高速凸轮机构动力学试验平台研制说明书.doc

摘要

Abstract

第1章绪论1

1.1选题的背景与意义1

1.2 国内外研究现状和发展趋势2

1.2.1 国内对这方面的研究2

1.2.3 国外对这方面的研究3

1.3 课题研究主要内容4

第2章高速凸轮的理论基础5

2.1 凸轮-从动件系统动态运动分析5

2.2 影响凸轮系统运动的因素6

2.3 高速凸轮的判断7

第3章高速凸轮试验台设计9

3.1 试验台的参数9

3.2 试验台的简介11

　　3.3 电机的选择......12

　　3.4 带的选择........13

3.4.1 已知参数13

3.4.2 设计计算13

3.4.3 5M同步带的几何尺寸已知参数14

3.4.4 5M同步带轮的几何尺寸14

3.5 轴的结构与校核15

　　3.6 凸轮的设计......16

3.6.1 偏心轮的设计16

3.6.2 等加速等减速规律凸轮17

3.6.3 正弦加速度规律凸轮19

　　3.7 摆杆的设计........20

　　3.8 三维模型的建立...21

第4章传感器的选型22

4.1 传感器的选用原理22

4.2 旋转编码器的选用23

4.2.1 编码器的简介23

4.2.2 编码器的分类24

4.2.3 编码器的型号24

4.3 加速度传感器的选用26

4.3.1 压电式传感器27

4.3.2 加速度传感器的型号27

4.4 位移传感器的选用28

4.5 应变片的选用29

4.5.1 应变片原理29

4.5.2 应变片的型号29

4.5.3 应变片的测量30

第5章试验台的动力学建模分析32

5.1 构件的动力学模型32

5.1.1 滚子摆杆的动力学建模32

5.1.2 推杆的动力学建模32

5.2 试验台动力学模型建立33

第6章总结35

参考文献36

致谢37

摘要

　凸轮从动件系统在各个领域如纺织机械、包装机与食品机械、自动化工业、印刷行业、内燃机、农业机具都广泛被应用。在一般情况下它被认为是刚性系统。但随着机械效率的提高，凸轮转速随之上升，因而产生了较大的弹性变形。从动件运动规律大大偏离了理论值。因此对凸轮从动件系统先进行测试是很重要的。

　本文通过对高速凸轮的理论分析，针对几种影响高速凸轮运动规律的因素。

研制特定的的试验平台，实验中可采用三种不同规律的凸轮，采用不同刚度的摆杆，使用不同的压紧弹簧，并在不同转速下进行实验。在试验台一定位置安装相应的传感器，测试出在不同条件下他们的真实运动规律，从而了解各种影响因素对它们的影响。由于没有进行实验，本文对高速凸轮系统进行了一定的动力学建模分析。

关键词：高速凸轮；传感器；试验台；动力学建模

1.1 选题的背景与意义

凸轮运动机构是一种非常典型的机构,它可以将回转轴的转动运动输出为所需要的特定运动形式。因为它能以简单紧凑的结构，却能实现任意复杂的预期运动。而且具有良好的精度和运动刚性,长期都被广泛的应用于各种机械当中。还因为凸轮机构相对于其他运动机构(比如连杆)相比，具有比较高可靠性、寿命长、容易于设计和能精确的预测所产生的运动等优点,尤其是在要求机构产生给定的运动规律、速度规律和加速度规律时,这个优点更加明显和突出[1]。

　　　因为以上优点,所以在纺织机械、农业机具、自动机床、矿山机械、自动化专用机床、包装机与食品机械、数控机床、印刷工业、内燃机、建筑机械等等机械产品中,凸轮都被广泛的应用。

　　　而在其应用中,凸轮机构转动速度随着机械工业的不断发展,和对机械系统技术要求的不断提高,而表现出越来越高的趋势,从而导致系统当中运动构件的惯性力也大幅增大,构件的弹性形变也随之而变大。尤其是当机构转速到达在共振频率附近时,那么凸轮机构输出端的运动规律将可能远远偏离预期的设计。

　　　针对高速凸轮系统在工程应用中出现的实际问题,大家正在从各种不同的角度去研究。不过因为对工程问题实验研究的消耗较高,花费时间也多,从而导致通过实验去研究相关问题的案例相对较少。本文望能通过理论上对高速凸轮试验台研究,在相关方面做出一点点有益的工作。

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高速凸轮机构动力学试验平台研制.jpg

内容简介：: 浙江理工大学本科毕业设计（论文）任务书毕昌洪同学（机械设计制造09（4）班）现下达毕业设计（论文）课题任务书，望能保质保量地认真按时完成。课题名称高速凸轮机构动力学试验平台研制主要任务与目标在各种机械中，特别是各种自动化机械中，广泛应用着凸轮机构。随着生产率的提高，机械的运转速度日益提高。内燃机配气凸轮和自动化机械中应用很广的分度凸轮是凸轮机构高速化的代表。随着速度的提高，凸轮机构在高速下的动力学问题日益突出：构件中的动应力大大增加，易于导致磨损、疲劳破坏和噪声；由于振动加剧，系统中的弹性，从动件的实际运动规律偏离理论运动规律，产生动态运动误差和停歇时的定位误差。随着当今现代机械的日益向高速发展，凸轮机构的运动速度也越来越高，高速凸轮的设计以及动力学问题的研究已经引起了普遍重视，提出了许多适于在高速条件下采用的推杆运动规律以及一些新型的凸轮机构。因此，需要新的能满足凸轮实验要求的试验台。该同学在本课题中主要任务是：1、了解高速凸轮机构动力学试验平台研制、研究目的。理解各种典型凸轮机构结构及其特点，确定完整实验系统总体方案。2、相关测试用传感器、型号选定及安装机架设计。3、高速凸轮机构动力学试验台各部分的具体结构设计，利用Auto CAD软件绘制机械装配图一份及主要零件加工图若干份，并利用Pro/Engineer软件建立三维模型。4、高速凸轮机构动力学仿真分析，对尺寸结构等参数进行调整设计。目标：确定完整可行的系统总体方案，相关测试用传感器选择，及完成机架等的机械设计。主要内容与基本要求主要设计内容有：1、了解高速凸轮机构动力学试验平台研制、研究目的。理解各种典型凸轮机构结构及其特点，确定完整实验系统总体方案。2、相关测试用传感器、型号选定及安装机架设计。3、高速凸轮机构动力学试验台各部分的具体结构设计，利用Auto CAD软件绘制机械装配图一份及主要零件加工图若干份，并利用Pro/Engineer软件建立三维模型。4、高速凸轮机构动力学仿真分析，对尺寸结构等参数进行调整设计。基本要求：要求学生掌握： Auto CAD画图软件及PRO/E画图软件按照课题内容，完成毕业设计要求的各种文档，包括文献综述、开题报告、外文翻译及毕业设计论文等。严格按照进度安排，保质保量完成所承担的任务；遵守实验室规定。主要参考资料及文献阅读任务查阅与课题有关的文献（论文、书籍或手册等）不少于10篇（部），写出符合要求的文献综述报告。主要参考文献如下：1 仇志平凸轮实验台测试系统的研究D西北工业大学，2007，9.2 张家鑫. 高速凸轮动态性能实验研究D.西北工业大学，2007，7.3赵韩，丁爵曾，梁锦华.凸轮机构设计M.北京：高等教育出版社，1993，2.4H. S. YAN and M. C. TSAI.An Experimental Study Of The Effects Of CamSpeeds On Cam-Follower SystemsD.1995.5K. Y. Ahn, J. H. Kim and S. H. Kim.Design Of A Spring-Actuated High-Speed Cam Mechanism With Non-Constant Angular Velocity.2000.外文翻译任务阅读2篇以上（10000字符左右）的外文材料，完成2000汉字以上的英译汉翻译。英文文献参考如上栏4，5。计划进度：起止时间内容2012.12.17-2012.12.21毕业设计前期资料准备、毕业设计任务书、外文翻译任务布置2012.12.22-2013.1.13文献阅读、外文翻译、综述报告、开题报告2013.1.14-2013.1.18综述报告、外文翻译、开题报告，开题答辩2013.1.19-2013.3.15总体方案设计结构设计，三维零件图，开题答辩2013.3.16-2013.4.15装配图、运动仿真、二维零件图、中期检查2013.4.16-2013.5.03二维零件图、装配图、论文撰写2013.5.04-2013.5.10论文修改、评阅、论文第一次答辩2013.5.11-2013.5.30论文第二次、第三次答辩实习地点指导教师签名年月日系意见系主任签名：年月日学院盖章主管院长签名：年月日3浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告班级机械设计制造及其自动化09（4）班姓名毕昌洪课题名称高速凸轮机构动力学试验平台研制文献综述目录1前言2 国内外研究现状和发展趋势2.1国内对这方面的研究2.2国外对这方面的研究2.3凸轮机构的研究发展趋势3 总结参考文献（报告全文附后）指导教师审批意见签名：年月日高速凸轮机构动力学试验平台研制毕昌洪(机械设计制造及其自动化09(4)班 B09300403)1. 前言凸轮机构是一种典型的常用机构,它可以将回转轴的回转运动输出为所需要的运动形式。由于它能以简单紧凑的结构实现任意复杂的预期运动,并具有良好的重复精度和运动刚性,长期以来被广泛的应用于各种机械。再加上凸轮机构相对于其他机构(比如连杆等)具有高可靠性、寿命长、易于设计和能准确的预测所产生的运动等优点,特别是在要求机构产生给定的运动、速度和加速度时,这个优点更加明显和突出1。由于以上优点,所以在纺织机械、包装机与食品机械、自动机床、自动化专用机床、数控机床、印刷机、转辙器、内燃机、建筑机械、矿山机械、农业机具等等机械产品中,凸轮被广泛的应用。而在以上应用中,凸轮机构运转速度随着机械工业的发展,和对机械系统技术要求的提高,而表现出逐渐提高的趋势,从而导致系统中运动构件的惯性力急剧增大,构件的弹性形变也随之变大。特别是当机构运行在共振频率附近时,凸轮机构输出端的运动规律可能偏离预期的设计。针对高速凸轮在工程中出现的实际问题,人们从各种不同的角度去研究。但由于对工程问题实验研究的费用较高,花费时间较多,导致通过实验去研究相关问题的相对较少。本文希望能通过实验,在这方面做出一点有益的工作2。2. 国内外研究现状和发展趋势2.1国内对这方面的研究目前国内对这方面的研究有如下几个方向:1.以弹性理论为基础,建立高速凸轮机构的动力学模型及其运动微分方程,通过分析高速凸轮机构动力学模型的运动方程式,并通过正弦加速度运动规律得到了凸轮机构输出端的动态响应,找到确定凸轮机构输出端运动规律。或是在建立一个能较为准确的描述凸轮动力特性的多参数数学模型的基础上,通过仿真分析,去得到高速凸轮机构在不同的轮廓及结构参数下的动力学特性曲线。2.从凸轮廓线出发,提出一些适合在高速条件下采用的推杆运动规律,而且还结合现代加工技术,创造出一些新型凸轮机构,以满足高速工况。这个研究方向主要表现为:从简单地考虑几何尺寸、运动分析和静力分析,发展到考虑动力学、润滑、误差影响、弹性变形等。3.由于计算机技术和各种机械软件的广泛应用,再加上数值计算方法的发展,使人们摆脱了繁重的重复计算工作,并且在计算机的帮助下实现对凸轮研究的可视化。如凸轮机构的优化设计、凸轮机构的CAD/CAM设计、UG环境下基于虚拟样机技术的凸轮机构动力学仿真分析研究和数字化凸轮及其实现,等等。这些都是国内研究的热门3。2.2国外对这方面的研究国外对凸轮机构的研究有如下表现:在欧美各国,己有很多学者为凸轮机构的研究作出贡献,并且这些研究成果也体现了欧美在凸轮方面研究的动向。比如M.Chew,Y.5.Unlusoy等对高速凸轮机构的动力学问题的研究A.P.PiSan。在摩擦及其实验方面的研究、Tesar在其著作中对高速凸轮机构采用的多项式运动规律有较详细的论述、5.Tascan在稳定性方面的研究、P.Diemtma,J.K.Mi11s4,Y.Peng5,v.Y.Belrstij6,Y.w.Chan7等人先后发表T有关凸轮机构优化设计方面的论文、V.D.Borisov在计算机辅助设计方面、H.J.wedenivski在计算机辅助制造方面和J.Angeles在优化设计方面等。最近,德国、英国在高速凸轮机构的研究方面又有了新的突破,对凸轮机构的研究采用了谐分析、谐综合等分析设计方法,使得高速凸轮机构的动力学性能有了很大的改善。日本在第二次世界大战以后致力于发展实用的自动设备,特别重视对凸轮机构的研究。日本近期在凸轮技术的发展上所做的工作主要在以下方面,可以看出其实用化的目的非常明确:在机构设计方面,致力于寻求凸轮机构的精确解和使凸轮曲线多样化、加强凸轮机构动力学和振动的研究、研制新的凸轮加工设备、致力于轮机构的小型化和大型化(已生产出世界上最小和最大的蜗杆凸轮机构,前者中心矩为28Inln,后者为800Inln)、加强凸轮机构的标准化。发展凸轮机构的CAD/CAM系统8。2.3凸轮机构的研究发展趋势(l)在从动件运动规律的研究方面,除了继续寻找更好的运动规律外,要研究有效的分析方法。(2)在几何学和运动学的研究方面,要综合考虑各种凸轮机构,尽可能导出普遍适用的计算公式。已有研究大多集中于平面和圆柱凸轮,而且是一种凸轮一种研究方法,因而设计公式过多,近似较多,并影响到其他方面(CAD的应用等)的研究。(3)发展通用而有效CAD系统。由于种种原因，计算机在凸轮机构设计中的应用一直被局限于几种平面和圆柱凸轮机构 ,且每一程序一般只能处理一、二种机构 ,对比较完整的CAD系统的研究,在近十几年才开始,且很不完善。(4)引入专家系统或人工智能CAD系统。由于凸轮机构不是标准机构,种类多,应用广,加之许多已有的知识不能公式化,所以应用普通的CAD系统,有时效果并不很理想。如果引入专家系统,则可以获得较为理想的结果。(5) 动力学研究的深化及研究成果的进一步实用化。由于动力学间题本身的复杂性,导致研究主要集中于低、中速凸轮机构,对高速凸轮机构的动力学研究还不够深入、完善,所以,人们对这些研究成果的可靠性存在怀疑,这些成果的应用尚不广泛。(6)加强对凸轮机构的运动学特性和动力学特性的计算机模拟,以提高设计质量和缩短产品研制周期。(7)研究CAD / C A M的一体化。(8)凸轮机构作为引导机构的研究和应用3总结虽然国内外的研究成果很多，但是还有很多问题没有解决，今后的研究会朝更多方面进行，诸如考虑噪声、振动、凸轮系统刚性等因素对机构运动的影响，要解决这些问题，还需要我们去做很多研究。文献1 仇志平凸轮实验台测试系统的研究D西北工业大学，2007，9.2 张家鑫. 高速凸轮动态性能实验研究D.西北工业大学，2007，7.3赵韩，丁爵曾，梁锦华.凸轮机构设计M.北京：高等教育出版社，1993，2.4Mills J K-Optimal design and sensitivity analyslsoffiexible Cm mechanisms M lM&chTheory，19935Peng YOptimal design 0f the geometric parameters of a disk cam translatingollower mechanmm using Chebyehev approximation-Addvance in Design Autortion- 1992ASME Des Eng Div Pu b1 DE，19926Belestij V Y0ptimization synthesis and analysis of cam- rocker mechanism with rollerMashinored，19917chan YWOptimization cm deanInt J Comput ApplTechnol，19968莫亚梅.凸轮机构研究的现状及发展趋势D.南通：南通工学院机械工程系,2007,3.9罗辉，李树军，葛文杰，陈作模高速凸轮动态性能测试装置D西安：西北工业大学，机电学院.2011，3.10常高高速凸轮从动件运动规律的优化设计D沈阳机电学院，2011，1.5浙江理工大学本科毕业设计（论文）题目高速凸轮动力学试验台研制学院机械与自动控制学院专业班级 09机械设计制造及其自动化（4）班姓名毕昌洪学号 B09300403 指导教师唐浙东系主任胡明学院院长胡旭东二一三年五月二六日浙江理工大学机械与自动控制学院毕业论文诚信声明我谨在此保证：本人所写的毕业论文，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。论文主体均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。声明人（签名）：年月日摘要凸轮从动件系统在各个领域如纺织机械、包装机与食品机械、自动化工业、印刷行业、内燃机、农业机具都广泛被应用。在一般情况下它被认为是刚性系统。但随着机械效率的提高，凸轮转速随之上升，因而产生了较大的弹性变形。从动件运动规律大大偏离了理论值。因此对凸轮从动件系统先进行测试是很重要的。本文通过对高速凸轮的理论分析，针对几种影响高速凸轮运动规律的因素。研制特定的的试验平台，实验中可采用三种不同规律的凸轮，采用不同刚度的摆杆，使用不同的压紧弹簧，并在不同转速下进行实验。在试验台一定位置安装相应的传感器，测试出在不同条件下他们的真实运动规律，从而了解各种影响因素对它们的影响。由于没有进行实验，本文对高速凸轮系统进行了一定的动力学建模分析。关键词：高速凸轮；传感器；试验台；动力学建模 Abstract Cam follower system in various fields such as textile machinery, packaging machine and food machinery, automation industry, printing industry, internal combustion engines, agricultural machinery are widely applied. Under normal circumstances it is considered to be a rigid system. But with the mechanical efficiency, the cam speed rise, thus creating a greater elastic deformation. Follower motion rule greatly deviated from the theoretical value. Therefore tested against the cam follower system is very important.In this paper, the theoretical analysis of the high-speed cam, high-speed cam motion law for several impact factors.Developed a lot of the test platform, three different laws of the cam can be used in the experiment, different rigidity of the swing lever, the type of use to compress the springs, and experiments at different speeds. Install the appropriate sensors, a certain position in the test rig to test out their true law of motion under different conditions, to understand the impact of various factors affecting them. In the absence of experimental, high-speed cam system dynamics modeling.Ke

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