凸轮机构优化设计及CAD软件包的研究.pdf

电舾学习 凸轮机构优化设计及C AD 软件包的研究 哈 尔滨 市 工 商银 行 王兰 哈 尔滨 工 业 大 学 王知 行 摘要 率文全面 地介绍了凸 轮机构优化设计及c A D 软件包的功能和特点 并列举实 倒说 明其应用 舌 第 i期 在机械化 自动化的工业设备r 凸轮机构得到 了 泛的应J f j 随着生产的发展 财凸 轮机构的设计提出了计算精度高 设计周期短等新的要求 这一要求是传统的凸轮廓线设计 方法 图解法所 无法完成的 由于 微型计算机的使用 推广和普及 解析法就逐渐 成为凸 轮机构设计 的有效方法 它 可以充分满足计算 精度 高 设计周期短 的要求 但是 要使用计 算机设 计 设计程序 的编制 L 作又给设计者带来许 多困难 本软件包就是为解决T程技术人 员的这一难题 促进生 产的发展而研制的 本软件包为设计 者提供 丁计算精 商 设计时间矩 通用性强而n使用简便 的凸轮机十 优化设计及 C AD程 睁 它的容艟火 凸轮机构类型全 既包括平面凸轮机构 中的各种 移动 从动件 摆动从动件凸轮钒构以及共轭凸轮机构设计程序 又包括空间凸轮机构 中的移动和 摆动 圆柱凸轮机构设程序程序 还包括一些典型凸轮机构 的优化设计程序 使用者甚至不要熟 悉算法 语亩 5 J 要根据设计过程中的汉字提示 如键盘输入你选择的凸轮机构类型及 已知设计 数据 计算机就能求 必要的设计参数和令人满意的设计结果 包括凸轮 的全部 几 J 尺寸 加工时刀具中心的轨 迹曲线 并能画出加 用的设 计图纸 二 硬 件配置及C A D 类型 近年来 微机 C AD 系统 发展很快 为 r便 于在国内推广使J j 本软件选J j 凼内比较普 及的 I B MP C XT微型计算机及与其匹配的打印机和绘图机作 为硬件系统 C AD 的类型是采 人机对话交互式 自动 没计型 没计过程是 设计者根据 人机刈 话t f I 的汉字提示 通过键盘选定要设计 的凸轮机构的类型 然后再根据提示要求 逐项由键盘输 入 已知 的设计数据 计算机即根据 已获得 的信息 f 1 动执行程序 进行机构设计参数的计算 或优化 并能将数据 图表等 显示 出来 自动进行各坝设计计算工作 最后根据设计者的要 求 打印 l 设计结果 许可绘 I 轮 f 作 软件包的功能与特点 l 软件也 中的所有程J 均采 j H B AS I C语 编写 采川 C C DO S汉 操 作系 统 配置 Au l o cAD绘 软件 人机对话均采用汉字提示 设计者只要根擗提示要求输入设 计数 计算机即叮完成设 计 作 还可按照设计者要求的凸轮转角 间隔 r 最小间隔为l 在打印 20 维普资讯 机上打印输 出凸轮轮廓 曲线的直角坐标值 极坐标值 刀具中心轨迹的商角 标值 以及机构的 运动参数 还可以狂屏幕一 人 动仆运动规律线 i l l l 轮睥线 干 饥 示意 在A u t o CAD绘 软件 的支撑 l 还 町以在绘 图机 f 二 按照 已经计锋f 的参数绘 制I I f 轮 i 作 f 标注 尺寸 公麓及粗糙度 并能 用汉 牿 写出技术条件 1 I 轮机构的类型 软件 包中包括盘形凸轮 中的直动滚予从动件 直动平 底从动件 摆动滚予从动件 摆动 平底从动件 以及共轭 凸轮的凸轮轮廓 曲线设 计 还包括圆柱凸轮 中的直动滚子从动件和摆动滚予从动件凸轮轮廓曲线 的设 计 设计者只要根据人机埘活的提示要求 键盘输入你所选择的I f 轮机构类 型的代号 程 序即可按要求 自动进行设计计算 2 从动件运动规律 的选择 软件包中建立 了一一 个从动件运动规律予程序库 种不 同的运动规律用汉 字以陶袭 闷录 形式 显示在 屏幕上 各种运动规律均按严格的数学公式推导 采用无鼍纲形式表示 便于各 种凸轮机构设 计共刷 对 于凸轮的升程 段 除 了提供等速 等加速等减速 余弦加速度 正弦加 速度 第一号 立方曲线 第 二号立方 曲线 双谐曲线 3 4 5次多项式 改进梯形加速度 改进正弦加 速度 改进等速余弦加速度和改进等速正弦加速 度等1 2 种运动规律外 还提供 了半余弦加速度 和半正弦加速度运动规律 以供设计者按 自己的特殊要求与等速运动规律一起组成任意转角 和升程 的等速余弦加速度和等速正弦加速度运动规律 对于回程段 程序 中也提供 了等速 等加速 等减速 余弦加速度 正弦加速度和 3 4 5 次多项式运动规律 同时还提供 了半余弦加速度和半正弦加 速度运动规律 可与等速运 动规律组成等速余弦加速度和等速正弦加速度运动规律 程序库 中的等速 等加速等减速 余弦加速度 正弦加速度 第一号立方曲线 第二 号 立方 曲线 双谐曲线 3 4 5次多项式等运动规律还可按设计者的不 同要求 或按升程段 和回程段的不 同要求组合成任意的组合式运动规律 设计时 设计者只要按屏幕显示的运动规律类型 由键盘输入选择的运动规律类型代号 其相应的凸轮转角和升程 程序即可 自动检索组合 进行计算 3 凸轮机构的优化设计软件 包中安排 了两类优化设计问题 1 按照许用压力角确定 凸轮 的最小尺寸 对于直动滚子从动件盘形 凸轮 机构 在保证许用压力角 升程和回程 的 的前提 下 根 据最大偏距 与最小基 网半径的关系 采用一维优化求极值的方法 可 以同时优化出最小慕网 半径 r 和相应的偏距值 e 对手摆动滚子从动件盘形凸轮机构 按推程许用压力角和回程许用压力角相等和不相等 的两种情况 分别建立 目标 函数和 约束条件 采用内点罚 函数法 优 化计算 lq i 凸轮的最小基 圆半径r 和摆杆长度 或 中心距 o 对于共轭凸轮 机构 优化方法与摆动滚予从动件 凸轮相 同 使用者只需根据计算机屏幕提示 出键盘回答是否需要优化基圆半径 若需要 输入 许用压力角等参数后 程序即可 自动进行优化计算 并显示优化 计算结果 若不需要优化最 小基圆半径 程序自动转入按所输入的已知参数进行设计计算 21 维普资讯 2 以升程效率为 目标函数 优化整个 凸轮 机构 以凸轮机构的升程传动效率最佳 为目标 函数 可 以兼顾到许用压力角 力等多方面的因素 比单纯考虑压力角更为合理 更接近实际 对 于直动滚子从动件盘形凸轮机构 可 以同时优化出 凸轮基圆半径 径 从动件导路长发及其最大悬臂值 接触应力 摩擦 偏距值 滚子半 对于摆动滚子从动伴盘形凸轮机构 可同时优化出 凸轮基圆半径 摆杆长度 机构中 心距及滚子半径 优化计算之后 程序可将优化结果作 为已知参数 自动转入设计计算 算 出凸轮轮 廓曲线 以及所需数据 4 表格数据的存贮与检索 对于 凸轮工作 图上需要的标注的尺寸 公差及粗糙度等 均编制成子程序 设计时 使 用者只要根据屏幕提示 从键盘输入 已知参数及设计要求 的精度等级 程序即可 自动准确地 检索数据 并进行标注 5 工作图的绘制及汉字标注 凸轮工作 图的绘 制是由 Au t o C AD软件支撑的 软件包中含有 B AS I C语言 Au t o C AD 的接 口软件 可将设计计算数据传入绘 图程序 实现参数化绘 图 使用 卜 分方便 工作图上还可以用汉字标 出技术条件等项内容 凸轮机构设计流程图如 图 l所示 堕 j 广 再 卜 丽 瓦蕊 忧i 艺 柏尺寸 否 强 滚号从 H输入 设 计 熏蓑 参 鼓 H 屯 化 装 出 A 亟立互 至 一 季 r 0 一基嗣半 径 P 一 偏距 一从动件 导路 长度 f 动 件患 长度 6 一 滚予从动 件宽度 r r 一 滚子半 径 一摆杆 中心 凸轮中心 间的距离卜一 摆杆长 度 圈 1 下转 第2 6 页 2 2 维普资讯 2 大大提高了评阅速度 一般一 使用一 台计算机评阅 可相 当3 0 至5 o 人的工作量 3 可提供大量有 用的信息 方便选拔人材 并可进行教学信息反馈 4 减少人为干扰 防止违纪现象出现 提 高考试可 信度 5 节省人方 物力 财力 提高经济效益 一般情况下 匕 人工评阅节省8 O 左右 6 在操作上 非专业人员 艄 加培训 便能熟练地使用本系统 实践证明 本系统基本满足高考标准化考试客观题评阅要求 实现了高考自动化阅卷的 目的 有助于 标准化考试推广以及考试制度和考试形式的改革 同时它也将在推进考试管理 科学化中发挥重要作用 上接 第2 2 页 四 设计举例 例题 已知凸轮转速 2 0 0 r P m 且为顺时针转动 滚 子半径 r l o mm 从动件 以正弦加速度规律上升 其推程运动角为1 8 0 升程 8 0 ram 远休止角为 3 0 回程时 从 动件以余弦加速度运动 回程运动角为 9 0 推程许用压力角 0 回程 许用压力角 7 0 试确定直动滚子从动件盘形凸轮 的最小基 圆半径 及偏距 并求出该凸轮 的理论轮廓 实际轮 廓廓线和刀具中心轨迹的坐标值 绘制出凸轮的零件 图 解 根据设计要求 需要用优化方法求出凸轮的最小基圆半径及其对应的偏距 设计过 程如图1的流程图所示