高速凸轮机构动力学试验台平台研制【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 学 毕 业 设 计 说 明 书 设计 1： 1459919609 2： 1969043202 学 院： 专 业： 题 目： 高速凸轮机构动力学试验平台研制 指导教师： 职称 : 职称 : 20*年 *月 *日 浙江理工大学本科毕业设计（论文）任务书 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 件绘制机械 装配图一份及主要零件加工图若干份，并利用件建立三维模型。 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 。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 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 件绘制 机械装配图一份及主要零件加工图若干份，并利用件建立三维模型。 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： 图软件 及 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 D2007， 7. 3赵韩，丁爵曾，梁锦华 M等教育出版社，1993， 2. 4H. S. . C. f f n 5K. Y. J. H. . H. f A 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 业设计前期资料准备、毕业设计任务书、外文翻译任 务布置 献阅读、外文翻译、综述报告、开题报告 述报告、外文翻译、开题报告，开题答辩 体方案设计结构设计，三维零件图，开题答辩 配图、运动仿真、二维零件图、中期检查 维零件图、装配图、论文撰写 文修改、评阅、论文第一次答辩 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 充值后就可以下载此设计说明书。全套资料包含有相应的明书（附带：任务书、开题报告、文献综述、外文翻译）和 纸（共计 16 张图纸）及 图若干张。 需要全套资料的朋友请 加 1： 1459919609 或 2：1969043202， 需 要其他设计题目直接联系！ 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告 班 级 姓 名 课题名称 高速凸轮机构动力学试验平台研制 开题报告 目 录 1 选题的背景 2 国内外研究现状和发展趋势 内对这方面的研究 外对这方面的研究 轮机构的研究发展趋势 3 研究的基本内容与拟解决的主要问题 究的基本内容 解决的主要问题 4 研究方案、实施方法、可行性分析及预期研究成果 究方案 行性分析 期研究成果 5 研究工作计划（进度安排） 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 高速凸轮机构动力学试验平台研制 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 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 : 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。 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 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 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。 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 等等。这些都是国内研究的热门 3。 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 对高速凸轮机构的动力学问题的研究 摩擦及其实验方面的研究、 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、 稳定性方面的研究、 ,等人先后发表 计算机辅助设计方面、计算机辅助制造方面和 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 28者为 800加强凸轮机构的标准化。发展凸轮机构的统 8。 (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 (应用等 )的研究。 (3)发展通用而有效 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 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 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 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 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 研究的基本内容与拟解决的主要问题 究的基本内容 本课题重点完成实验台传动电机及调速方法选择、相应传感器的按装设计、机械结构设计，其主要内容有： 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 件 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 绘制机械装配图一份及主要零件加工图若干份，并利用 件建立三维模型。 4、 高速凸轮机构动力学 建模 分析。 解决的主要问题 目前大部分的凸轮试验台仅仅针对凸轮的运动规律进行分析，这些完全是建立在主动件是弹性体的基础上。即凸轮机构在低转速、系统刚性较大、运动构件质量较轻等情况时，可忽略构件弹性变形的影响，可将整个系统近似简化为一 个刚性系统。在此种情况下，凸轮廓线和系统的机械传动比决定了工作端的运动规律。如果机械传动比为常数，则工作端和凸轮端的运动规律保持一定的比例关系。将凸轮机构作为刚性系统处理时，不涉及弹性变形，完全是一个单纯的刚体运动学问题。 但是当凸轮机构的运转速度较高时，系统中从动件的惯性力剧增，构件弹性变形的影响会导致工作端运动规律偏离预定的要求，产生不容忽视的动态运动偏差，甚至会激起强烈的震动、噪声，加剧凸轮副的磨损，因此，分析高速运转的凸轮机构时，必须进行动态分析和动态设计。 因此，在设计高速凸轮动力学试验台时，在考 虑现存在的凸轮试验台基础之上，主要去改变试验台的组成以实现对凸轮的动力分析是设计的关键。在解决核心问题的同时，应解决： 1、电动机带凸轮转动时，使用同步带带传动，这样就可以保证电机转动与凸轮轴转动的同步性，既传动比固定。 2、传感器的类别很多，如何选用合适的位移传感器及加速度传感器；如何安装传感器，传感器的选择与安装方位对数据的采集、传送都有影响。 3、整个系统的设计、如何实现数据采集与传送。 4 研究方案、实施方法、可行性分析及预期研究成果 究方案 图 验台简图 如图为初步设计试验台简图 。使用同步带，让电机带动凸轮轴转动，凸轮转动再通过摇臂使守弹簧压下的推杆来回上下运动。位移传感器可测出相应的数据。实验时，可通过使用不同的凸轮与从动件测试。记录实验数据，与理论运动规律比较，从而得到系统刚度与凸轮轮廓对高速凸轮系统动态性能的影响。从而设计出更符合实际应用的凸轮系统 9。 为了更有效率的完成预期工作，首先要对其进行理论建模分析。设计出更适合高速凸轮系统的凸轮，从动件（考虑机构的弹性变形，弹簧振动的影响）。然后再通过试验台进行验证。 验台研究的实施方案及实施方法 对于试验台的设计，首 先要掌握该试验台的原理，在此基础之上，找到能够实现规定的运动规律的方案。 第一步，查找国内外对凸轮机构运动及动力特性试验台研制的相关文章和资料，并整理和提取出核心内容； 第二步，根据实际的需求，列出一些能够实现该项目要求的方案； 第三步，从这些已经列出的方案中选出一种最佳的方案，其中方案的选择要从多 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 方面考虑，如可行性、可靠性、经济性等； 第四步，根据已选定的方案，利用 件绘制机械装配图一份及主要零件加工图若干份，并利用 近 年来，随着机械制造技术、计算机技术等的发展，高速凸轮的运用越来越普遍，关于凸轮机构运动仿真分析的研究也比较多。这就使凸轮试验台的研制成为可能。 在近现代的工业生产中，为了提高生产效率和机械的额定负载，对机构运动精度的要求越来越严。这使得凸轮机构的理论研究和生产实践都发生了深刻的变化。得益于日益完善的现代加工技术，传统加工方法对凸轮设计的限制正逐渐消失。尤其是数控加工设备的大量应用，为可以加工出任意形状的的图轮廓线创造了有力条件，并且还可以将设计和加工直接联系起来，不需要计算出廓线坐标或者绘出廓线图形，而是由 计算机和数控中心直接根据所赋原始参数进行加工 10。 可见，凸轮机构的研究前景广阔。同时凸轮机构试验台方案实现容易，硬件实施简单、控制方案可靠，而且是目前凸轮机构试验台的主流方案，对于其动力学部分，也只是在原有方案上改变构件的布置即可实现，因此具有现实的可行性。 最后该项目研制的凸轮动力学试验台，虽然是新开发的具有特殊动能的试验台，但是它是建立在凸轮静力分析试验台基础上的，对于后者的试验台，国内外已大量存在，其基本趋于成熟。况且我校已有一定的研究，在国内也存在一大部分院校开发设计了此试验台，经过多年的努力 与发展，目前在凸轮试验台设计与序编制方面已有一定突破，同时，此类试验台在科研与工业领域也得到了普遍应用。 从凸轮试验台的要求出发，掌握机构设计的一般流程，完成的机构的设计计算（该机构有一定的通用性），确定零件的参数，绘制机构图纸。 度安排） 起止时间 内容 2012 年 11 月上旬 下达毕业论文任务 2012 年 12 月 20 日 完成中外文资料收集 2012 年 12 月 28 日 完成外文翻译、文献综述 2013 年 1 月 10 日 完成开题报告 2013 年 1 月 15 日 完 成开题答辩 2013 年 4 月上旬 完成二维工程图纸的设计 2013 年 4 月下旬 完成三维零部件设计并装配，努力实现仿真 2013 年 4 月 31 日 完成论文初稿 2013 年 5 月下旬 完成论文定稿 2013 年 5 月底 完成论文答辩 2013 年 6 月（离校前） 论文修改（优秀论文压缩为规定字数），交纸质和 电子稿 参考文献 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 D2007， 7. 3赵韩，丁爵曾，梁锦华 构设计 M等教育出版社， 1993， 2. 4 m lM&1993 5 f of a 992 u E， 1992 6 Y 0of 1991 7W cm 1996 8莫亚梅 D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 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 电学院 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. 浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告 班 级 姓 名 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 内对这方面的研究 外对这方面的研究 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 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 高速凸轮机构动力学试验平台研制 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 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 : 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。 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。 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、凸轮机构的计 、 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。 外对这方面的研究 国外对凸轮机构的研究有如下表现 : 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 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 摩擦及其实验方面的研究、 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、 ,等人先后发表 T 有关凸轮机构优化设计方面的论文、 计算机辅助设计方面、 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28者为 800加强凸轮机构的标准化。发展凸轮机构的统 8。 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 (应用等 )的研究。 (3)发展通用而有效 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 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 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 C A M 的一体化。 (8)凸轮机构作为引导机 构的研究和应用 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 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 D2007， 7. 3赵韩，丁爵曾，梁锦华 M等教育出版社， 1993， 2. 4 m lM&1993 5 f of a 992 u E， 1992 6 Y 0of 1991 7W cm 1996 8莫亚梅 D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 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. 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、