HQ3620旋转式电子多臂机共轭凸轮运动规律分析及设计【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 本科毕业设计（论文） 题 目 列共轭凸轮反求及设计软件开发 学 院 机械与自动控制学院 专业班级 机械设计制造及其自动化 09（ 4） 姓 名 林天锦 学 号 指导教师 沈毅 二 O 一三年 五 月十五 日 浙江理工大学本科毕业设计 1 浙 江 理 工 大 学 机械与自动控制学院 毕业设计诚信声明 我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。设计说明书与图纸均由本人独立完成，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 列共轭凸轮反求及设计软件开发 2 摘 要 新昌鹤群机械有限公司新研发的多臂机， 折入边装置，由于主要采用测绘仿造，性能有缺陷，因此需要对其进行优化。 本文分七章内容，探讨了国内外凸轮机构的研究状况，对 测绘凸轮为基础，对其进行 运动仿真，再选择合适的运动规律拟合，由此拟合曲线我们可以通过计算公式计算凸轮轮廓，再将得到的凸轮进行运动仿真，将优化前后的曲线对比，计算拟合误差，从理论上判断优化的效果。样机的运行试验将最终确定凸轮的成功与否。 共轭凸轮作为多臂机的核心部件，其设计制造对纺织产品产量和质量有着至关重要的作用， 但是由于其复杂的计算过程，增加了工程师的设计周期，一直是各大院校和制造厂家所要攻克的难点。为了方便快捷地完成共轭凸轮轮廓曲线设计，本文提出开发设计一款 轭凸轮设计软件。该软件可在用户输入基本参数和运动参数后，自动生成共轭凸轮的轮廓线，减少了上述复杂的计算过程。因此研发该软件有着重要的实用价值。 关键词 ： 求设计； 轭凸轮设计软件； 浙江理工大学本科毕业设计 3 is a is a to by in be is of as a is an of to we of by a wo of is or of or of as a of a in of of it of it is a in to In to of Q of Q;B;of Q 系列共轭凸轮反求及设计软件开发 4 目 录 第1章 绪论 . 7 题的背景 与意义 . 7 内外凸轮机构研究 . 8 外凸轮机构研究 . 8 内凸轮机构研究 . 9 轮机构的计算机辅助设计 . 9 要研究内容 . 9 第2章 列共轭凸轮 . 11 . 11 综机构 . 11 综机构 . 13 . 15 章小结 . 17 第3章 臂共轭凸轮机构分析与设计 . 18 臂共轭凸轮机构 . 18 臂共轭凸轮运动规律设计 . 19 弦运动规律 . 19 次多项式运动规律 . 21 位移运动规律 . 23 臂共轭凸轮分析方法 . 24 臂共轭凸轮测绘 . 24 臂共轭凸轮仿真 . 25 于 曲线拟合 . 26 臂共轭凸轮轮廓计算 . 27 章小结 . 29 第4章 动共轭凸轮机构分析与设计 . 30 动共轭凸轮机构 . 30 动共轭凸轮运动规律设计 . 30 浙江理工大学本科毕业设计 5 弦运动规律 . 30 次多项式运动规律 . 32 位移运动规律 . 33 动共轭凸轮分析方法 . 33 动共轭凸轮测绘 . 33 动共轭凸轮仿真 . 34 动共轭凸轮轮廓计算 . 35 章小结 . 36 第5章 轭凸轮设计软件设计 . 37 Q 共轭凸轮设计软件简介 . 37 件简介 . 37 Q 共轭凸轮设计软件简介 . 37 Q 共轭凸轮设计软件结构设计 . 38 全套图纸，加 414951605 菜单界面 . 39 臂共轭凸轮的参数设置 . 39 动共轭凸轮的参数设置 . 40 形绘制和数据导出界面 . 41 章小结 . 42 第6章 共轭凸轮运动仿真与校核 . 43 轭凸轮运动仿真 . 43 轭凸轮曲率校核 . 45 轮共轭度校核 . 48 章小结 . 49 第7章 总结与展望 . 50 参考文献 . 51 致 谢 . 54 附录 1 轭凸轮设计软件程序 . 55 1 主菜单 . 55 2 参数输入界面 . 56 列共轭凸轮反求及设计软件开发 6 3 图形绘制和数据输出界面 . 86 附录 2 凸轮曲线拟合的 序 . 169 1 0169凸轮 . 169 2 0120凸轮 . 172 3 0119凸轮 . 179 4 0100. 181 3 0100. 184 6 选综凸轮 . 188 7 提综凸轮 . 189 全套图纸，加 414951605 浙江理工大学本科毕业设计 7 第 1章 绪论 题的背景与意义 纺织工业一直是我国国民经济的支柱产业，为国民经济的发展做出了重大贡献。纺织机械作为纺织业中控制左右纺织产品产量和质量的直接作用者，一直以来都被视为促进纺织企业发展、提升纺织产业国际竞争力的关键因素。我国是一个纺织机械生产大国，拥有多达 700 多家的纺织器材生产企业，每年生产的品种之多、数量之大，堪称世界第一。然而，从每年高达 3040 亿美元的设备进口不难看出，我国纺织机械相比于世界水平还有很大差距 1。 多臂机（ 为纺织机械中的一种重要纺织配套装备，对提高纺织机械的产品产量和产品质量有着至关重 要的作用。其核心部件 高精度的共轭凸轮的设计和制造一直是各大科研院校和制造厂家所要攻克的难点。其复杂的计算过程，给设计师带来了不小的麻烦，增加了设计周期。为了解决鹤群机械有限公司臂机共轭凸轮设计和 轭凸轮优化的问题，开展 列共轭凸轮分析设计并开发设计软件的研究课题有着重要的研究意义和实用价值。 图 织机械 列共轭凸轮反求及设计软件开发 8 国内外凸轮机构研究 全套图纸，加 414951605 凸轮机构是一个具有曲线轮廓或凹槽的常用构件，只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动 规律，而且响应快速，机构简单紧凑 2。由于其平稳性好、运动特性好、重复精度高、构件少、体积小、寿命长等优点，因而在各种机械中被广泛应用。 共轭凸轮是凸轮的组合形式，也称复式凸轮，由主、副凸轮合为一体构成一对共扼凸轮。自瑞士苏尔泽 (司把共轭凸轮专利技术应用于织机开始，共轭凸轮机构已在织机的几大机构上得到了应用。综框的上下运动、筘座的前后摆动。剑杆的往复运动等往复式的运动均能由共轭凸轮实现 3。 外凸轮机构研究 在欧美各国，凸轮机构的研究从单纯的运动分析到动力学研究，从经验设计到优化设计， 从手工加工到 展，很多学者为此做出贡献。三十年代，主要的研究分析对象是低速凸轮机构的运动规律。至四十年代，凸轮机构的研究从经验设计过渡到有理论依据的动力学分析和运动学。六十年代，出现了比较完整的运动规律设计， 其著作中对高速凸轮机构中采用的多项式运动规律做了详细的论述。八、九十年代， 学者先后发表了多篇有关凸轮机构优化设计方面、凸轮振动和动态响应等动力学性能方面的论文 4。后来多种仪器，如高速摄影机、动态应变仪和加速度分析仪等的应用，促进了高速凸轮的动 力学研究。 此外，日本也特别重视凸轮机构的研究，不少专家学者和凸轮制造公司为此做出贡献。精密间歇机械凸轮分度器专业生产厂家 株式会社三共制作所（ 对凸轮有 50 年的研究、开发、生产的历史。山梨大学牧野洋教授研发了几乎包括全部凸轮曲线的三角函数通用凸轮曲线。日本学者注重将研究成果应用到实际产品的开发中，重视凸轮机构与电子技术的结合，拓宽了凸轮机构的应用范围。 浙江理工大学本科毕业设计 9 内凸轮机构研究 我国对凸轮机构的研究有多年的历史，自 80 年代以来取得较大的成果： 1983年全国第三届机构学学术研究会上，仅 8 篇有关凸轮机 构的论文。至 1988 年第六届会议，已经增加到 20 篇。 1990 年第七届会议，论文数增加至 22，并且增加了 研究方向 5。 90 年代，各大高等院校对凸轮研究做出巨大贡献：如上海交通大学、合肥工业大学等在凸轮理论应用研究方面取得较大科研成果；天津大学关于分度凸轮机构的研究，取得国家自然科学基金的支持；陕西大学因“高速高精度间歇转位凸轮分度机构 得陕西科技进步二等奖 6。 尽管如此，与世界先进国家相比较，我国对凸轮的研究、设计、制造和应用还存在较大的差距，特别是对于共轭凸轮的轮廓曲线 设计以及凸轮轮廓曲面的制造。共轭凸轮应根据剑杆的运动特性和动作配合要求来设计，主要采用逆向设计的思维进行凸轮轮廓的设计，然后进行曲线和曲面的功能优化分析 7。 轮机构的计算机辅助设计 计算机辅助设计简称 是以人为主导，利用计算机（软件和硬件）进行工程设计的一个系统。 在科学技术与生产的迅猛发展、要求对传统设计方法进行根本性变革的背景下产生的，计算机软硬件技术的发展又为其产生与发展提供了可靠而雄厚的基础 8。 随着现代机械向小型化、多功能、结构简 单、使用方便、安全可靠、性价比好等优良方面发展，以凸轮为核心的各类自动化机械迅速发展，遍布各行各业。然而其设计过程极为复杂，需要进行大量的重复性运算，因此实现凸轮机构的计算机辅助设计就非常必要。目前，有关凸轮机构 文献很大，但是这些系统核心技术不以商品软件的形式出现，知识被少数企业掌握，令 术不能得到有效地推广。 要研究内容 1)查阅相关的文献资料，到公司参观调研。了解多臂机的基本设计思路和步骤然后对国内外的凸轮研究现状进行分析比较，得出我国凸轮设计所存在的主要列共轭凸轮反求及设计软件开发 10 问题及未来的发展方向。 2)对摆 臂共轭凸轮和直动共轭凸轮分别进行原理分析 3)摆臂共轭凸轮和直动共轭凸轮的计算公式及数据 4)软件的开发方案 5)软件的界面设计 6)软件的试用及检验校核 浙江理工大学本科毕业设计 11 第 2章 列共轭凸轮 新昌鹤群机械有限公司新研发的由电子控制的高速积极式多臂机，其中主要运用提综凸轮和选综凸轮两对共轭凸轮。 新昌鹤群机械有限公司生产的折入边装置，包括钩针杆伸缩凸轮（ 0120L）、钩针伸缩杆转动凸轮（ 0119L）、上剪刀杆伸缩凸轮（ 0100下剪刀杆伸缩凸轮（ 0100夹纱器杆伸缩 凸轮（ 0169）。 综机构 1、 2共轭凸轮 3、 4摆臂 5滑槽 6滑动杆 7偏心轮 8连杆 9提综臂 10大圆盘 图 综凸轮机构简图 如图 示为提综机构简图，凸轮 1、 2 是一对共轭凸轮，以 于大圆盘 10，摆臂 3、 4 以 动。当动力输入主轴动大圆盘 10 转动，接着由 和滑槽 5 带动连杆 7、 8、 动，使得提综臂 9 作往复摆动，令综框产生上升或下降的开口运动。 列共轭凸轮反求及设计软件开发 12 图 综凸轮三维模型 图 综凸轮实物 浙江理工大学本科毕业设计 13 综机构 1 吸铁摆臂； 2电磁铁； 3右信号弹簧支架结合件； 4右角形杆拉簧； 5右角形杆；6盘形连杆； 7提综臂； 8驱动盘； 9花键轴； 10偏向盘； 11离合爪； 12左角形杆； 13左角形杆拉簧； 14左信号弹簧支架结合件； 15复位弹簧； 16摆臂 图 综凸轮机构简图 选综机构的主要功能是控制提综臂是否随偏向盘运动，通过控制离合爪卡入驱动盘边缘部分的凹槽，从而控制偏向盘是否随驱动盘运动，达到控制提综臂的目的。 如图 示为选综凸轮机构简图。提综臂 7 随偏心 盘 10 运动，盘形连杆 6活套在偏心盘 10 上，通过离合爪 11 将偏心盘 10 和驱动盘 8 相作用。当电磁铁2 吸住吸铁摆臂 1 时，吸铁摆臂 1 顶住左角形杆 12 向下运动，则离合爪 11 和驱动盘 8 之间有两种可能： 1）上一纬综框不提升，离合爪 11 在左边，在复位弹簧15 的作用下，离合爪 11 的凸头压入驱动盘 8，使偏心盘 10 和驱动盘 8 作为一个刚体一起转动，从而带动提综臂做上下运动。 2）上一纬综框提示，离合爪 11 转到右边，在右角形杆作用下，凸头压入驱动盘 8，由于复位弹簧 15 的作用，右角形杆 5 将离合爪 11 上的凸头从驱动盘顶出，驱动盘 8 和偏心盘 10 分离，引起综框的提升状态。若电磁铁 2 不吸住吸铁摆臂 1，则离合爪 11 和驱动盘之间也列共轭凸轮反求及设计软件开发 14 有上述两种可能。 图 综凸轮三维模型 图 综凸轮实物 浙江理工大学本科毕业设计 15 入边装置 折入边常用于片梭织机，其主要是通过凸轮控制折边机构将引入梭口的纬纱两端纱尾（一般为 1015）钩入下一纬的梭口中，并与下一纬一起被打向织口，形成一种整齐的与有梭织机上类似的光边，又称钩入边。 图 剪刀杆伸缩共轭凸轮 列共轭凸轮反求及设计软件开发 16 图 剪刀杆 伸缩共轭凸轮 图 针伸缩杆转动共轭凸轮 浙江理工大学本科毕业设计 17 图 针杆伸缩共轭凸轮 章小结 本章主要介绍了 的提综和选综机构，分析其机构运动原理。并展示了 一系列需要优化拟合设计的共轭凸轮。将凸轮类型分为两大类：摆臂共轭凸轮和直动共轭凸轮。下面第三章和第四章将分别进行分析和设计。 列共轭凸轮反求及设计软件开发 18 第 3章 臂共轭凸轮机构分析与设计 臂凸轮主要包括 臂机中的提综凸轮和选综凸轮，以及 0169 凸轮。 臂共轭凸轮机构 图 示为一带有滚子 的摆动共轭凸轮机构， 凸轮中心， 摆臂旋转中心， 1 为主凸轮， 2 为副凸轮， 主摆臂， 副摆臂， A 和 B 分别为主副凸轮摆臂上的滚子， 为主副摆臂间的夹角，为主摆臂与中心连线的夹角。 图 臂共轭凸轮 浙江理工大学本科毕业设计 19 臂共轭凸轮运动规律设计 凸轮机构常用的运动规律主要有以下几种：（ 1）余弦加速度运动规律，又称为简谐运动规律，它的加速度按余弦规律变化，位移按简谐运动规律变化；（ 2）正弦加速度度运动规律，又称摆线运动规律，它的加速度按正弦规律变化，位移按摆线在纵坐标上的投影规律变化；（ 3） 3多 项式运动规律，它的位移按3多项式变化；（ 4）改进等速运动规律，这种运动规律中间有一段为等速运动规律，始末两段用其他曲线过渡，一般多用正弦加速度运动规律过渡，可避免冲击；（ 5）改进梯形加速度运动规律，这种运动规律由 5 段曲线组成，第一、三、五为正弦加速度运动规律，一般采用 ；而第二、四段为等加速度、等减速运动规律；（ 6）改进正弦加速度运动规律，这种运动规律由三段组成，在行程的中间一段为周期较长的正弦加速度运动规律，而在行程的始末两段为周期较短的正弦加速度运动规律 9。这样可使行程的始末部分 位移变化比较明显，便于制造和检测。同时可使行程中间部分的速度和加速度变化比较缓和，运动学性能更好。 本文主要采用逆向设计的思维进行凸轮轮廓的设计，然后进行曲线和曲面的功能优化分析。因此把运动规律分段拟合，对于每一分段，凸轮的速度在该段的起始和终点都是为 0，因此上升段和下降段均考虑用主要一个周期的正弦加速度运动规律或者 5 次多项式加速度运动规律加以拟合，部分凸轮在中间会有停顿（即位移不发生变化），本文中称之为等位移运动规律。下面文章中所涉及到的摆臂共轭凸轮及直动共轭凸轮都以这 3 种运动规律做曲线拟合 10-14。 弦运动规律 本文中的正弦运动规律表示凸轮摆臂的加速度规律满足正弦曲线，如图示为在升程过程中的正弦运动规律曲线， ）表示该段起点位移， ）表示终点位移， 1（）表示起点角度， 2（）表示终点角度。加速度曲线方程也即是： 1212s i n ( ) （ 3 则速度曲线方程为： 列共轭凸轮反求及设计软件开发 20 21 11212c o s ( ) 2v k C （ 3 位移曲线方程为： 221 1 1 2212( ) s i n ( ) 2S k C C （ 3 其中（）表示凸轮旋转角度， k 是正弦系数， 积分常数，是凸轮的角速度（ /s），经验算，的取值对加速度 凸轮转角、速度 凸轮转角、位移 凸轮转角的曲线没有影响，为方便计算，本文取 =36 /s。 以上曲线主要有 3 个常数 k、 求解，运用以下几个条件：（ 1）起点 1 角度时的位移为 2）终点 2 角度时的位移为 3）起点 1 角度时的速度为 0 或终点 2角度时的速度为 0。即： 11 1 222 1 222102S C （ 3 解得： 2112136 （ 3 212 1 121 （ 3 212217 2 3 6 () （ 3 如图示为在回程过程中的正弦运动规律曲线， ）表示该段起点位移，）表示终点位移， 1（）表示起点角度， 2（）表示终点角度。加速度曲线方程为： 1212s i n ( ) （ 3 速度曲线方程为： 浙江理工大学本科毕业设计 21 21 11212c o s ( ) 2v k C （ 3 位移曲线方程为： 221 1 1 2212( ) s i n ( ) 2 3 6S k C C （ 3 以上曲线主要有 3 个常数 k、 要求解，运用以下几个条件：（ 1）起点 1 角度时的位移为 2）终点 2 角度时的位移为 3）起点 1 角度时的速度为 0 或终点 2 角度时的速度为 0。即： 11 1 222 1 222102S C （ 3 解得： 2112136 （ 3 212 2 221 （ 3 212217 2 3 6 () （ 3 次多项式运动规律 本文中的正弦运动规律表示凸轮摆臂的位移规律满足正弦曲线，如图示为在升程过程中的正弦运动规律曲线， ）表示该段起点位移， ）表示终点位移， 1（）表示起点角度， 2（）表示终点角度。因此位移曲线方程为： 2 3 4 50 1 2 3 4 5( / ) ( / ) ( / ) ( / ) ( / )S C C C C C C （ 3 速度曲线方程为： 列共轭凸轮反求及设计软件开发 22 2 3 41 2 3 4 52 ( / ) 3 ( / ) 4 ( / ) 5 ( / )v C C C C C （ 3 加速度曲线方程为： 232 3 4 52 6 ( / ) 1 2 ( / ) 2 0 ( / )a C C C C （ 3 以上曲线主要有 6 个常数 要求解，运用以下几个条件：（ 1）起点 1角度时的位移为 2）终点 2 角度时的位移为 3）起点 1 角度时的速度为 0；（ 4）终点 2 角度时的速度为 0；（ 5）起点 1 角度时的加速度为 0；（ 6）终点 2 角度 时的加速度为 0。以上 6 个条件构成一个六元一次方程，由于计算量大且不易求解，此处借助 解方程，代码如下： c0 c1 c2 c3 c4 c5 t1 t2 s1 s2 v1 v2 a1 c0,c1,c2,c3,c4,c0+c1*t1+c2*+c3*+c4*+c5*=c0+c1*t2+c2*+c3*+c4*+c5*=.