丰田商标轨迹线直摆组合凸轮机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 直、摆组合凸轮机构是一种新型的机构类型，该机构通过直动从动件凸轮机构与摆动从动件凸轮机构组成联动凸轮机构，能够将主动件的转动转化为从动件上某点沿预期的曲线轨迹并以预期的运动规律运动。而且该机构可以完成非常复杂的曲线运动，如正弦波曲线、内摆线、带停点曲线、人头像及金鱼图像等等。这一功能是单一的凸轮机构所不能实现的。 在对直、摆组合凸轮机构理论分析的基础上 ,利用计算机辅助设计（ 该机构进行零、部件及总体造型设计，并对直、摆组合凸轮机构进行了软件仿真，以验证机构设计的正确性。 由于直、摆组 合凸轮机构所能实现的曲线形式非常丰富，并且可以较为精确的实现从动点按预期的运动规律沿预期的曲线运动。对其进行开发，在机械化、自动化技术中，可以应用在工业生产和自动化生产的很多方面，如：专用图案加工、专用电火花刻线、专用切割机床、电火花加工机床、专用焊接焊切机械手、专用机和测量仪器、行程控制机构以及各类轻工机械等。 关键词： 组合 机构 凸轮 设计 丰田商标轨迹 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a of be of of a of It is as of so is a is on of is of of to of to of In be in a of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 1 绪 论 . 2 摆组合凸轮机构设计的意义 . 2 摆组合凸轮机构在实际中的应用 . 3 轮机构以及 组合机构的研究和发展状况 . 5 设计的主要内容 . 8 田商标轨迹线直、摆组合凸轮机构的设计 . 8 构运动仿真 . 8 、摆组合凸轮机构的研究方法 . 8 、摆组合凸轮机构的设计 . 8 课题的组要研究方法 . 8 2 直、摆组合凸轮机构设计原理 . 10 构可实现性验证 . 10 、摆组合凸轮机构设计基本思想 . 11 、摆组合凸轮机构设计步骤 . 12 预期曲线 L 上求取坐标点 . 12 给出的结构参数确定机构初始位置参数 . 13 定顶杆位移与摆杆转角的变化规律 . 14 3 丰田商标 轨迹直、组合凸轮机构设计 . 15 始条件 . 15 、摆组合凸轮机构理论轮廓线设计 . 15 力角校核 . 22 4 软件仿真 . 23 2009 介绍 . 23 仿真 . 23 参 考 文 献 . 26 致 谢 . 27 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 1 绪 论 摆组合凸轮机构设计的意 义 本设计所研究的直、摆组合凸轮机构如图 1 1所示。人类创造发明机构和机器的历史十分悠久，随着近代科学技术的飞速发展，机构和机器理论已经发展成为一门重要的技术基础学科。工业生产对新型工作机 、机械手、机器人的需求，有力地促进了新机构、新机器的发明 , 也使得机构学出现了许多新分支，如广义机构学、机器人机构学、微型机构学、仿生机构学等机械技术与微电子学、计算机科学、控制技术、信息科学、生物科学、材料科学的交叉、融会和综合，极大地推动了新的设计理论和新的设计方法的发展。随着对自动化生产过程中的机构学问题的深入研究 ，创造出许多适合自动机上应用的新机构，而且不仅创造出新的刚体机构，还创造出许多与电、磁、液压、气动、激光和红外线等相结合的新机构。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 0q 0r a ， b ）0图 1 1 直、摆组合凸轮机构 进一步完善传统典型机构的分析与综合方法，例如实现 预期 轨迹的机构 的类型和设计方法的创新，仍是值得研究的课题。 其中，组合机构由于结构简化而又能实现单一机构无法实现的运动要求，因而在农业机械、纺织机械、包装机械、冶金机械中得到了广泛的应用。 目前，对于组合机构的组成原理、基本类型、功能等方面均有比较系 统的研究，对于各种组合机构的最优化设计的研究也日益加强。 对直、摆组合凸轮机构的研究，本身就是机构研究方面一个很有趣的课题，即使在自动控制技术高度发展的今天也是具有实际意义的。 摆组合凸轮机构在实际中的应用 直、摆组合凸轮机构可以应用在工业生产的许多方面，既能实现连续性预期轨迹，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 如星形线、内摆线、旋轮线、渐开线、正态曲线等；又能实现离散化预期轨迹，如人头 像、金鱼、黑桃、三菱商标等。所涉及到的工业生产：如专用线切割机床、专用电火花加工机床、专用焊接焊切机械手、专用几何测量仪器、行程控制机构及各类 轻工机械等。可以实现图案加工、电火花刻线等等。 （ 1）连续性预期轨迹 随着物质生活水平的提高，人们越来越追求精神上的享受，体育、健身等行业日益兴起。在沿海地区，冲浪运动应运而生，并且受到越来越多游客及擅长运动的人们的喜爱。冲浪运动的模拟器采用的是正弦波运动轨迹，我们可以用直、摆组合凸轮机构来实现。 （ 2） 图 1鱼轨迹 对于任何复杂的离散化图形图像，我们都能根据其坐标轨迹，用描出其轨迹点的方法实现出该图形机构。可以应用这些图形作为标志性的图标，也可以在固定材料（如钢板、大理石等） 上打一些商标、花纹等等，还可以做出有纪念意义和价值的图像。 如图 1一条金鱼的轮廓画在坐标纸上，在轮廓线上取一系列点，用直、摆买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 组合凸轮机构来实现金鱼的轨迹。 轮机构以及组合机构的研究和发展状况 凸轮机构几乎可以实现无限多种的从动件运动规律，它广泛应用于各种自动机床和自动装置中，如纺织机械、计算机、印刷机、食品加工机械、内燃机以及其它各种自动机械和控制系统中。自 20 世纪 50 年代以来，随着计算机技术和各种数值方法的发展，人们对凸轮机构的研究也逐步扩展与深入。 在欧美各国，已有很多学者为凸轮机构的研 究作出贡献，他们发表了很多论文和专著。自 1984 年以来， 在凸轮机构研究上做了较多工作的学者有： 摩擦及其试验方面）、 稳定性方面 )、 计算机辅助设计方面 )、 计算机辅助制造方面 )和 化设计方面 )等。1中列出了 1908至 1984年发表的 1817篇关于凸轮机构研究的论文题目，基本上包括了 1984 年以前可以找到的有记载的文献资料。根据该书和 1984年以后出版的 们对欧美各国自 1950年以来在各研究方向所发表的论文数量作了粗略的统计 2，（见表 1然这种统计比较粗糙，论文的归类也不尽准确，但它基本上能反映欧美各国 40 年来凸轮机构研究的总体情况。 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。在日本，有很多从事凸轮机构研究的专家，早期有小川洁、中开英一等，现在有牧野洋、西冈雅夫、筱原茂之等。日本还有许多专门生产凸轮机构的公司，如大冢凸轮公司、三共制作所、协和凸轮公司等。日本经常举行专门讨 论凸轮机构的学术会买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 议，在有关的国际性刊物上也经常刊登凸轮研究的论文。日本学者特别注重将各方面的研究成果应用到实际产品的开发中去，如他们充分认识到凸轮机构作为控制机构具有高速下的稳定性、优良的再现性、良好的运动特性和可靠性、易于实现同步控制、刚度高等优越性，因而十分重视将凸轮机构与电子技术相结合，在控制机构上作广泛的研究，以拓宽凸轮机构的用途。 表 1欧美国家 1950 年以来在各研究方向发表的论文数量（篇数） 年 研究方向 19501959年 19601969年 19701979年 19801988年 从动件运动规律 21 31 17 9 几何学 23 25 9 7 运动分析和力分析 26 54 31 7 设计 90 100 60 30 计算机辅助设计和分析 3 8 7 10 优化设计 3 19 13 7 14 11 滚子从动件 3 1 1 2 稳定性 1 1 1 动力学、振动 22 26 34 11 摩擦与效率 2 3 3 4 误差与精度 3 5 9 11 加工与刀具 79 39 14 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 测量 7 12 9 9 润滑 4 3 3 磨损 4 8 6 材料 14 4 1 1 试验 2 4 2 2 应用 52 44 11 3 合 计 365 365 251 144 *数字控制； 计算机数字控制； 计算机辅助制造。 我国对凸轮机构的应用和研究已有多年的历史，目前仍在继续扩展和深入。在应用方面，我国正在大力发展包装机械、食品机械等自动化设备，这些设备中都要用到各种形式的凸轮机构。在研究方面，近年来也有相当进展，一些专著 3相继出版。在 1983年全国第三届机构学学术 讨论会上关于凸轮机构的论文共有 8篇，涉及设计、运动规律、分析、凸轮廓线的综合等四个研究方向；到了 1988年第六届会议，共有凸轮机构方面的论文 20篇，凸轮 篇，增加的研究方向有动力学、振动、优化设计等； 1990 年第七届会议，共有凸轮机构方面的论文 22 篇，还有含凸轮的组合机构方面的论文 6 篇，增加了误差分析、 研究方向，在汽车、内燃机、机械制造等有关领域，也有很多关于研究凸轮机构的内容。由此可见，我国对凸轮机构的研究是不断发展的。此外，我国在凸轮机构的共轭曲面原理、 专家系 统等方面，也有相当研究。但是，与先进国家比较，我国对凸轮机构的研究仍有较大差距，特别是在振动、加工、产品开发等方面。 综上所述，虽然已有很多学者对凸轮机构的研究作了相当多的工作，但在各研究方向买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 仍有许多可继续进行的工作，并有一些研究方向有待开发。 设计的主要内容 田商标轨迹线直、摆组合凸轮机构的设计 建立直、摆组合凸轮机构的设计公式，根据初始条件和设计公式计算出直动凸轮和摆动凸轮上离散点的极径与极角度。使用样条曲线连接计算得到的离散点，获得直动凸轮和摆动凸轮的轮廓线。根据要求，设计 其他的零件并绘制出工程图。 构运动仿真 本设计使用 009 的运动仿真功能对机构进行运动仿真。 、摆组合凸轮机构的研究方法 、摆组合凸轮机构的设计 建立直、摆组合凸轮机构的设计公式，得出该机构各构件位置、大小及形状尺寸、凸轮实际廓线、理论廓线等，并设计和绘制出机构所需要的所有零件的实体，在此基础上进行装配组合，并进行动态仿真。 课题的组要研究方法 本课题研究主要以计算机为主要工具，以理论设计为基础，进行设计工作。其次，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 还要对设计结果 分析、评价、并进行修正和仿真工作。本课题研究所用到的主要硬件设备为计算机，所用到的主要软件有： 004 、 002、 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 2 直、摆组合凸轮机构设计原理 构可实现性验证 直、摆组合凸轮机构是一种由直动从动件凸轮机构与摆动从动件凸轮机构组成的联动凸轮机构（图 2 1），该机构具有 3 个活动构件（ n=3）， 3 个低副 ()， 2 个高副 ()，故其机构自由度为： 12323323 2直、摆组合凸轮机构参数的几何关系 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 该机构原动件数目为 1,与其机构自由度相等 ,故该机构成立。这表明它能够实现控制从动点以要求的运动规律沿预期平面曲线运动，而且与其它形式的机构相比，其结构也较为紧凑。 、摆组合凸轮机构设计基本思想 设,为预期曲线上 n+1个坐标点，它们与下列数值一一对应 (请对照图 2 顶杆位移； 摆杆转角； , 直动从动件凸轮极径与极角； , 摆动从动件凸轮极径与极角； 其中 , 中没有标出。 e 直动凸轮偏心距； a,b 预期曲线起始点坐标； R , R 1 , R 2 摆杆长度，摆杆上端长度，顶杆长度。 根据预期曲线上的点,与顶杆位移、摆杆转角之间的几何关系，求出它们的变化规律、。由直动凸轮顶杆位移变化规律和摆动凸轮转角的变化规律可求得直动凸轮和摆动凸轮轮廓上有限个点，再利用样条曲线把这些点连接起来便得到凸轮的轮廓形状。显然，当 得的凸轮轮廓便越理想。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 、摆组合凸轮机构设计步骤 预期曲线 L 上求取坐标点 预期曲线可以是由一条或若干条平面曲线组成的封闭曲线 ,首先写出它的参 数方程表达式 ,并且要求参数方程表示的曲线位于第、第象限 ,初定其起始点为坐标原点。曲线方程为： .;（ 2 积分求弧长，得 2 20 ( ) ( ) t t (2其中 ,t0, 再按照设计要求将曲线分成几段 ,其中任意一段定一位置 有 ，且i 0 , 令 k 0 = 0。 下面列出求 的五个计算公式 ,它们分别代表一种分段方法。 ； (2式中， i=0,1,2 n 如果将预期曲线 L 对应的凸轮转角都分成 n 等份，使之与 :相对应，那么当凸轮轴匀速转动时，通过组合凸轮机构，将使从动点以预期的匀速运动规律沿预期,买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 曲线运动。 给出的结构参数确定机构初始位置参数 参看图 2、摆组合凸轮机构的结构参数为：直动从动件凸轮基圆半径 动从动件凸轮基圆半径 0心距 及 杆长度 这些机构参数可得到如下机构初始位置参数（初始位置00 h）： 摆杆与顶杆在初始位置的夹角 图 2 2 20 1 00001 rq （ 2 式中，0 1，2210 。 从动点起始位置坐标 0（ 2 图 2直、摆组合凸轮机构初始位置参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 )co 0. （ 2 考虑机构的初始位置 ,应该将上节求到的坐标点,平移到以 (a,b)为坐标原点的位置上来，于是有 0 , 平移. （ 2 平移后的坐标点仍记作,。 定顶杆位移与摆杆转角的变化规律 分析图 2以得到以下关系式： 摆杆转角 ii i=0,1,2， n （ 2 顶杆位移 )1c i=0,1,2， n （ 2 由式（ 2（ 2到与,对应的h、，式中 i=0， 1， 2， n 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 3 丰田商标 轨迹直、组合凸轮机构设计 始条件 轨迹线的极坐标方程为： r=（ 48/(3* )） * 轨迹线的参数方程）（）（s 0,3 直动从动件凸轮基圆半径： 0 摆动从动件凸轮基圆半径： 00 偏心距： e=20 摆杆长度： R=400 00 预期点的运动规律为：匀速运动 初始位置00 n=36 、摆组合凸轮机构理论轮廓线设计 （ 1）摆动从动件凸轮轮廓设计 首先，设计摆动从动件凸轮廓形，参见图 3析 用余弦定理，则摆动从动件凸轮理论廓线上任意一点的向径： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 图 3 确定摆动从动件凸轮 的向径及向径极角 )(co 221 （ 3 式中，221 )( ； ii 。 其向径极角： 2)(s rc s 3 式中， i为凸轮累加转角： ii 以上各式中， i=0， 1， 2， n，由此可以得到摆动从动件凸轮的向径与极角 ,。取直、摆组合凸轮机构的结构参数为：直动凸轮基圆半径 00，摆动凸轮基圆半径 00 ，偏心距 e=20，摆杆长度 R=400 及 200。 根据上面所论述的设计方法，最终计算得到凸轮上点的坐标如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 摆动从动件凸轮 序号 摆动从动件极径 动从动件极角 (弧） 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 29 0 1 2 3 4 5 6 物展示如图： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 (2）直动从动件凸轮轮廓设计 设计直动从动件凸轮廓形，参见图 3动从动件凸轮理论廓线上任意一点 图 3定直动从动件凸轮的向径及向径极角 22)( （ 3 式中： 。 表示 的最小值：220 其向径极角： 0a rc c rc c （ 3 以上各式中， i=0， 1， 2， n 由此可以得到直动从动件凸轮的向径与极角 ,。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 根据上面所论述的设计方法，最终计算得到凸轮上点的坐标如下： 直动从动件凸轮 序号 直动凸轮极径 动凸轮极角 (弧） 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 25 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 物展示如图： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 力角校核 压力角是传动中有用力与总驱动力之间的夹角，压力角的余角叫传动角。压力角或传动角概念是针对机构中从动件而言的，它是反映驱使从动件运动的力的有效利用程度和衡量机构传动质量的重要参数，故亦称为机构的压力角或机构的传动角。 压力角的通用符号是。当压力角愈大，有害分力愈大，由有害分力引起的导路中的摩擦阻力也愈大，故凸轮推动从动 件所需的驱动力也就愈大。大增大到某一数值时，因有害分力而引起的摩擦阻力将会超过有用分力，这时，无论凸轮给从动件的驱动力多大，都不能推动从动件，这种现象称为机构自锁。机构开始出现自锁的压力较 为极限压力角，它的数值与其他的凸轮机构参数是相关联的。实践说明，当增大到接近 ，即使尚未发生自锁，也会导致驱动力急剧增大，轮廓严重磨损、效率迅速降低。因此，实际设计中规定了压力角的许用值。对摆动从动件凸轮，通常取【】 =40 50；对直动从动件凸轮通常取【】 =30 38。滚子接触、润滑良好和 支承有较好刚性时取数据的上限；否则取下限。 力锁合式凸轮机构，其从动件的回程是由弹簧等外力驱动的，而不是由凸轮驱动的，所以不会出现自锁。因此，力锁合式凸轮机构的回程压力角可以很大，其许用值可取【】 =70 80。 通过计算，本设计中直动从动件凸轮与摆动从动件凸轮的压力角都在许用范围内，故凸轮轮廓设计是合理的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 4 软件仿真 2009 介绍 件是美国 司于 1999 年底推出的三维可视化实体模拟软件 ，目前已推出最新版本 009，实验室使用的是 。它包含三维建模、信息管理、协同工作和技术支持等各种特征。使用 以创建自适应的特征、零件和子部件，还可以管理上千个零件和大型部件，它的“连接到网络”工具可以使工作组人员协同工作，方便数据共享和同事之间设计理念的沟通。 用户界面简单，三维运算速度和着色功能方面有突破的进展。它是建立在 维实体模拟核心之上，设计人员能够简单迅速地获得零件和装 配体的真实感，这样就缩短了用户设计意图的产生与系统反应时间的距离，从而最小限度的影响设计人员的创意和发挥。 得二维设计能够顺畅地转入三维设计环境，同时能够在三维环境中重用现有的 件，并且能够与其他应用软件的用户共享三维设计的数据。 设计和制造提供了优良的创新和简便的途径。 仿真 在总装模型中对机构进行运动仿真，仿真结果如下图： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 该机构包括如下几个部分：支架，滚轴，摆杆，直动从动件凸轮，摆动从动件凸轮，滑槽， 滚轴，端盖，挡块，手柄，轴承以及螺栓。由于该机