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jx143 高速 凸轮 动力学 试验台 研制 kt rw fy proe

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【JX143】高速凸轮动力学试验台研制[KT+RW+FY+PROE],jx143,高速,凸轮,动力学,试验台,研制,kt,rw,fy,proe

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31, 4, 3971996 1996 0945)000870946 $ N F F N . S. . C. 0101, . H. 1016, 994; 6 995) Alin a is at a of is of by is an we to a of an of to an as an a is to of to of of , of c, d, e, n, x, of of , of of of to T, of , of h of of of h T, %, %, of of a , in a st of nd of to tst of f nd of f n a by is to by as of of to is of It is to be to In be 397 398 et A is to be at a in a of as to is an of In we an by of in a in 1 a in to is of a 2 of by of in of an et 3. of of is to of a of to a a An is up in a is to or a s(t), is a of (t). it be s(t) =f(O(t) (1) (t) is at t. v(t), of is v(t) = f(O)o(t) (2) f(O)=)/co(t)=dO(t)/dt is a(t), j(t), a(t) = f(O)t) + f(O)dg(t) (3) j(t) = f(O)t) + 3f(O)co(t)cb(t) + f (O)6J(t) (4) f(O) = )/, f(O) = )/, (t) = t)/c3(t) = t)/. 1)-(4) co(t) s(t), v(t), a(t), j(t). if co(t) is a be h be of as an in . = t/r, = 0/8, h. we 0, 1, 0, r, 0, 1, 0,/ e0, 1, 0, h. 1)-(4) be in of as s(t) S(T)=g(),)= h (5) V(T) = g(y )T) (6) A (T) = g(y) g(y)il(T) (7) J(T) = g (y) 3(T) + 3g (7)tI(T) + g(y)(T) (8) ) = T)/d T is (T), A (T), (T) of 1) 8) be s = 9) h v =- v (10) T of on 99 h a =A (_hj j - . (12) at a f(T)= 1, ), ), J(T), of be V(T) = g(7) (13) ) = g(7) (14) J(T) = g() (15) (T) = T. (T) a of a be if we f(T). to of f(T) be so V(l 0, of is As a ) to of (a) (I) of of 0. 5)-(8) of in in S(T) = 1 - g() (22) V(T) = ,) (23) A (T) = - g(?) - g()(T) (24) J(T) = ,) - 3g(r)n(T)t(T) - g(r)t)(T). (25) It is to of in to in we If is in of a of ) in f(T) a a a fZ(t) is a In or a) g) to of we ), 1: . . d t i t i T 0 T a T b 1 1. in or of on (W) 0 2. in 401 fJ(T) .,. 051 ,. 2 (27) x = y = 0, 2, 4 . (28) x y on of e). e to f) is 30 e = (b) 5 (29) we d, b tO of f(T) 1. is of we b = 1 In is in c) g) 26)-(29), we f(T), 2, as ) = 2n(2T 3 - 3T 2) + 1 + n. (30) d) 30), we y(T) n(T 4 - 2T 3) + (1 + n)T (31) c) g), we (T) = 12n(T 2- T) (32) 8 .0 . . I I t t) 0 1 1+1+2+3 1+2+3+4. of a ed of on 03 g 110 105 100 95 90 85 I I I I 0 O. 12 s) D .,) 35 30 25 20 15 10 5 0 I I s) 300 00 100 ,0 . o 300 I I I s) ,000 2,500 0 O 00 00 U . / / r t / 0.(5 011 12 - . a) of on p. 409 408 et to of by be by a 4. T 5, 6, is in of is 9. In to ( to SP to In 0 #is in so be 0 25 20 8 t - b) of on p. 409 600 400 200 46000 012 - c) of on p. 409 0. of on 09 an DC on of is up of of in to a of be by 353 as 8. is o 1 , * 1 l k , : , :, , 20 11 12 - d) of 10d. i v d 1 :J 150 0J)5 I t ,I, Ii - e) of 10e. ., 0.5 10. of a n = 0, d = e = 200 410 et a 80 7, we of to C of of n = 0, d = 0.1 at 00 50 0 1, of 0 1 of is 170 160 2 150 8 140 130 120 ,V,:J,;,., ,., , ! . d . ! , ?, / -. , /. 4 ,I , , ,/ / , / h / , , i , i 1 110 11 13 - - . a) of on p. 412. ,j v 30 25 20 15 10 01 i ,2 ,35 - - mb) of on p. 412. of on 11 40( 30( 200 100 0 200 45000 11 12 0. c) of on p. 412. k/ 013 0.5 ( B e .=o ,o 1 , , ; 0.)5 011 12 13 - d) of 1 on p. 412. 412 et v 10 jV i, !i o. 5 12 0. 013 e) of of a n = 0, d = e = 150 n of on of we an to of of to we is an is up of is of is to of 12. H. A. 1956). 2. D. . K. 1976). 3. H. S. M. H. M. K. . H. 3 2, 1993). 4. C. K. . 5. 0990). 6. s (1991). 7. R. H. S. C. . C. 9, I (1992). 27, 5, 5292000 2000 in 093000930)00126F A . Y. J. H. . H. 373- I, 051 000; 4 000) is a of at a of of a is to a 1. In of a is at a of a or a in a by a a 2. a of a 3. as in a on of a In is on of a is a to of is to of of of a a of 2 kV 0 kA of of 29 530 J. H. . H. a CB is as 0 I) is by 1). 1) 1) to a of 1). of 0 It is by to It be s 200 s. m - /. : ., )( w . !v h,4 ) I , X o t . i - I - / a) b) 1 (. 50 0 50 X 0 60 40 20 40 80 350 0 50 X 11 38 K. Y. J. H. . H. 20 210 200 : 190 180 E 170 04 , ?t 05 . o r 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 5 . . t i 0 5 10 15 20 25 30 35 40 8 160 15o I 14o t 13% 10 15 2o 2 so o of % 12 10 15 20 25 30 35 40 13 of 5000 . 0000 o 5000 5 10 15 20 25 30 35 40 14 0 1 . 0 5 10 of % 15 of 外 文 翻 译 姓名 ： 毕昌洪 学号： 学院 ： 机械设计制造及自动化 毕业设计 题目： 高速凸轮机构动力学试验平台研制 原文 1： F F N 文 1： 凸轮速度对凸轮 统影响的实验研究 原文 2： F A 文 2： 一个非恒定角速度的弹簧致动的高速凸轮机构的设计 凸轮速度对凸轮系统影响的实验研究 H. S. M. C. 国台湾台南 70101号国立成功大学 机械工程系 M. H. 国台湾台南 71016号永康昆山商业与技术学院 （ 收稿： 1994年 9月 9 日；发表： 1995年 10 月 26日 ） 摘要： 传统上，在一个凸轮系统，一旦确定凸轮位移曲线的设计 ,从动件是以恒定的速度和运动特性运动的。从运动学角度看，通过改变输入速度是一个改善从动件运动特征的可行方法。本文中，我们说明如何找到一个多项式的速度轨迹来减少运动特性的峰值。此外，通过约束和系统设 计程序产生一个适当的凸轮角速度轨迹的方法正在开发。设计实例说明了这个程序 能 为变速凸轮系统的速度得到适当的速度轨迹。此外，一个带有伺服控制器 的 实验装置正在开发 用 来研究这种方法的可行性。实验数据表明，结果是非常接近那些理论。 术语 A, c, d, e, n, x, J, 的时间 T, V, 1 2 3 4 1 2 3 4 引言 在一个凸 轮系统 中， 惯性力所产生的负载是容易变形和 产生 振动 的。而且急动所产生的负载也 可能造成振动，这些都会影响凸轮 的工作 。因此，设计的运动曲线 来 尽量减少动态加载 对 高速凸轮机构 很重要。 众所周知，速度和加速度曲线 需要 是 连续 的 且 有较小的峰值。此外， 急动 曲线应该是有限 性 的。 在设计一个凸轮机构是凸轮速度往往被假定是不变的。 然而， 从动件的 运动特 性 是 随 凸轮速度变化 而变化的。想要达到理想的运动状态是一个合成有较好动态特性的新曲线的应用。 在本文中，我们提出一个通过改变转速 的方法 。 在凸轮系统设计中用变速的观念很少在文献中有研究。 罗特 巴特 1 设计了一个 变速 凸轮机构 ， 在其中 凸轮的输入是输出一 个急回机构 。 特萨和马太福音 2 通过考虑变速凸轮的案例导出了从动件的运动方程 。 选择消除从动件不连续运动特性的适当角度是 人设计的 3 。从运动学角度讲，这项工作的任务是找到减少从动件运动峰值的凸轮速度。 此外，通过约束和系统设计程序产生一个适当的凸轮角速度轨迹的方法正在开发。 设计实例说明，对于一个给定的从动系统程序设计适合的角速度。 一个 实验 凸轮 系统是建立在其中一个伺服电机控制生成所需的速度轨迹 来进行 性能评估 上的 。 运动方程 对于一 个凸轮系统，从动件的位移 s（ t）是凸轮旋转角度（ t）的应变量。在算术上，他们可以这样表达： 旋转角度（ t）在 动件的速度 v（ t）是： f（） =） /且加速度 （ t） =且对应的从动件加速度 a（ t）和 j（ t）是： 方程 14 呈现了凸轮输入角速度 （ t）和从动件运动参数 s（ t）， v(t) ， a（ t）的关系。很明显，如果（ t）是 连续的，它们就很简单。令 h 是凸轮在时间 t 内转过角时从动件的位移。让 T=t/ ， = / ， S=s/h 。 我 们 有。那么方程 14 可以写成如下的标准形式： s(t) 是标准的凸轮角速度， V（ T）， A（ T），和 J（ T）分别是标准的速度，加速度和从动件的急动值方程 18关系可以 表示成： 当凸轮以连续速度工作时，（ T） =1，从动件的标准的速度 T），加速度 T），和 T）可以写成： 则（ T） =T。 （ T）的设计准则 对于一个给定的凸轮从动件系统，如果我们正确的控制输入速度轨迹，由恒定速度导致的标准速度，加速度，急动值的峰值可能减小。例如，为了减小标准速度的峰值，（ T）能能够改变，那么 ，则 c。那么，从方程 6，13我们知道（ T）必须满足下面条件： 为了减小标准加速度的峰值， 是，当在标准时间 方程 7和 14的基础上，（ T）应该这样选： 请注意 必须为非零。相似的，如果要求 ，则 么从方程（ 8）和（ 15）知，（ T）需要满足： 当 为了避免从动件的过度振动，（ T）的谐波应该越小越好。这里，我们选择一个合适的速度轨迹。 由于速度和加速度曲线，方程（ 6）和（ 7），要求是连续的，且急动值曲线，方程（ 9），也需要有限的，那么（ T）必须至少是二阶可微。 考虑到 （ T）的连续性，（ T）的斜率在 和 1是， 可能为了 0，即（ 0） =0， （ 1） =0。 而且，由于标准凸轮旋转角度的边界限制，（ 0） =0 和（ 1） =1， （ T）整合必须满足下列条件： 在一个变速凸轮从动件系统中，凸轮在时间周期中以角速度（ t）运转，转过角度为 （ t），我们得到： 由于 ，那么方程（ 20）实际等同于： 这里，我们只考虑 （ T） 0 的情况，凸轮速度方向不改变。因此选择（ T）来减小从动件峰值的标准是： (a) (I)为了减小标准速度的峰值： (了减小标准加速度的峰值： (了减小标准急动值的峰值： (b) （ T）至少二阶可微 (c) （ 0） =（ 1） =0 (d)根据边界条件 （ 0） =0和（ 1） =1，连续的 (e)（ T）有尽可能低的谐波 (f) (g)（ T） 0 让方程（ 5） 方程（ 8），在从动件的上升期，代表标准运动特性。那么，下降期的运动特性为： 很容易可以发现，标准速度，加速度，急动值在上升期和下降期是分别相等的。所以，我们有以下事实： 如果同样的位移曲线用在从动件的上升期和下降期，函数 （ T） 在两个阶段是相同的。 角速度 （ T） 考虑到一个有凸轮提供摆线运动的凸轮从动件系统，并且凸轮输入 （ T）是多项式。要在上升（或下降）时间，用标准（ a）和标准（ g）来减小运动曲线的峰值，我们选择如下多项式（ T）， 1: 图 . 1上升或下降时期的多项式角速度 图 . 2休止时间的多项式角速度 变速 定速 图 . 表 1摆线运动 定角速度 变角速度 相差 % 的峰值 的峰值 当 当 当恒定参数 d， e， x， y， b 是 要确定的。参数 T）的波动，根据准则（ g） -1d1。 为了满足设计准则（ b） （ d），要： 参数 x， y 是根据凸轮位移曲线决定于凸轮位移曲线和设计准则。参数 e 服从准则 f 如下： 显然我们可以在多项式（ T）图中，选择合适的 d， 由于摆线运动特性具有对称性，为了简单和对称我们让 另外，当从动件在休止阶段是，根据设计准则（ c），（ g）和方程（ 26），（ 29），我们得到 （ T）： 在设计准则（ d）和方程（ 30）条件下，我们 得到： 且从设计准则（ c）和（ g），我们得到： 图 角速度 位移 速度 加速度 急动值 变速 图 5：摆线凸轮运动（ n=0， d=0， 1， 00 -1n1 假设凸轮具有如下摆线运动： 因此 为了减小给定摆线凸轮运动的标准速度与加速度的峰值，我们认为要选取， ， ，d= x=y=2 把方程（ 34） （ 38）代用到方程（ 5） （ 8），我们的到像图 3所示标准的位移，速度，加速度和急动值。在图 3中，我们可以看到连续的标准的速度，加速度曲线和急动值曲线是有限的。表 1 中的 V， A，和 准速度和加速度的峰值减小了。 设计实例 设计一个满足如下条件的凸轮从动件系统： 当凸轮装过 60度时，径向滚子停止，且再下一个 120度做摆线运动，总共上升 30动件停止当凸轮在转 60度过程中，然后在最后的 120度做摆线运动退回 30 让 升阶段，第二个休止阶段，下降阶段的平均角速度。相似的让 1， 2， 3， 4凸轮旋转角度， 1， 2， 3，4分别是以上阶段的时间。然后我们得到以下事实： 其中 图 4所示的（ t）必须是连续的。根据方程（ 26） （ 29）和（ 30） （ 33），我们得到： 角速度 位移 速度 加速度 急动值 图 n=2， d= 00 （基圆与标准圆） 图 其中 1= /3， 2=2 /3， 3= /3， 4=2 /3， d= 00。凸轮的角速度，速度，加速度和从动件的急动值就能计算出来。图 5 可以看出凸轮从动件在定速 100的运转结果。相似的，图 6中 00且，图 5和图 6表面在变速和定速凸轮从动件系统中峰值出现的时间是不同的。这意味着，可以设计一个合理的速度来改变峰值出现的时间，以使凸轮从动件系统具有的更好的运动特性。 图 图 实验计划和步骤 这项研 究中用到了变速凸轮从动件实验系统和设备。实验用的盘形凸轮的直径，有 $50构成，有 60虑到静态平衡，如图 7所示盘形凸轮的质心是（ 0凸轮的厚度、质量、面积和惯性矩分别是 131082g 和 大的凸轮压力角是 18 度，那样设计可以正确承受侧向推力。如图 8 所示这个凸轮从动件系统是安装在一个与地基固定的框架上的。滚子从动件可在固定在导轨上的支架上水平移动，且可以由旋转的凸轮驱动。 从动件是一个长为 495径为 20子固定 在靠近凸轮端的棒子，直径为 22度为 10以绕着直径为 8 长度为 36滚子销旋转。由于凸轮从动件系统截面尺寸大且是由碳钢做的，所以被认为是刚性的。预设弹簧为规格 度为 6样就可以保证滚子从动件可以和凸轮始终保持接触。 因为凸轮轴和电机轴由刚性联轴器（刚性， 接的，所以凸轮角速度和点击转速要相同。因此要利用直流私服电机（三洋，点击， 850w， 1000 转每分）和图 8所示的驱动马达，它可以很容易的控制凸轮输入角速度来驱动凸 轮从动件系统。 图 10a 采用速度控制系统（ 4），可以最容易的通过电机来改变角速度的变化。在插件板上的 统板，是用在实时实验安装的。图 9 描述了实验系统的硬件配置。除了通过 输入 /输出模拟信号可以通过车载模数转换器（模数转换器）和数模转换器（数模转换器） 。 这些输入 和 输出通道的 分别是为了对 信号反馈 和 对 控制 装置 的控制 信号。在实时控制中，采样频率 60 每秒是合适的，那样遥控器可以连续的控制。 图 10b 图 10c 控制的输出响应 通过 机载模数转换器 测量，并存储在记忆板中。 驱动电机的转速是 从电机电压信号 ，即内置的转速，并输入到个人计算机 486来 完成 。加速度和位移可以通过如图 8所示的 加速度测量工具（ 353和线性编码器（ 图 10d 图 10e 来自加速度 仪 的 信号取决于电 源单元 (80利用最小二乘拟合方法 7 ，从位移信号获得从动件加速度，从加速度信号获得急动值。测量的数据传回电脑来进行性能评价。分别能从图 10， 11中得到凸轮在转速为 150和 200 n=0， d=然运转速度波动，但图 10， 11 表明在每个中期中实验与理论结果一致。本实验结果表面该方法是可行的。 图 11a 图 11b 图 11c 图 11d 图 11e 结论 在这项工作中，从运动学角度，根据 凸轮输入速度的控制，我们提出了一个来提高凸轮从动件系统的运动特性可行的方法。 通过约束和系统设计程序产生一个适当的凸轮角速度轨迹的方法正在开发 。实例表明，当速度加速度是连续，急动值是有限时，这个变速凸轮设计方法是有效的。另外，一个用来实验的变速凸轮从动件系 统已建立用来研究变速凸轮从动件系统。在每个周期的实验于理论结果都高度一致。实验结果表明，该方法是可行的。 文献 1. H. A. 1956). 2. D. . K. 1976). 3. H. S. M. H. M. K. . H. 3 2, 1993). 4. C. K. . 5. 0990). 6. s (1991). 7. R. H. S. C. . C. 9, I (1992). 一个非恒定角速度的弹簧致动的高速凸轮机构的设计 K. Y. J. H. S. H. 国大田科学技术院机械工程系 373- 1， 305 （ 收稿： 2000 年 6 月 11 日；发表： 2000 年 7 月 24 日 ） 引言 在高加速度速重载 运动和控制的 从动件 动态特性 方面 弹簧驱动凸轮机构是一个简单的和可靠的设备。这种机 够 是用于 在 真空完成开关动作在数十毫秒 1 的 电路断路器（开关）。在这一机 构重 ，因为预装弹簧 对凸轮的影响，凸轮角速度不是恒定的 。 这 方面看 ，传统的设计技术 认为 凸轮工作在 不恒定 恒定速度 条件下是 不 合适的 。设计一个弹簧 致动或可变 速 凸轮很少被研究。罗特巴特 设计了用使 用图形化的凸轮廓线综合 2得到的急回机构驱动的 变速凸轮。巴坎提出 用驱动凸轮系统的能量方程，通过简单的 普通计算 3 来设计的方法 。 后者只 考虑能量损失 方程里的损失能量。 本文提出了一个根据一个完整的驱动驱动的凸轮系统的动态模型来设计变速凸轮的方法。在得到的动态模型中，外部力和摩擦是合并的。 赖于要求在真空断路器 关闭 期间的从动件运动，使用一个多项式设计的。凸轮的运动和凸轮的形状都是根据 提出的设计方法得到的。分析了有 不同的凸轮惯性 的凸轮形状的影响， 最初的凸轮 要 修改以满足特定要求的凸轮旋转角度 。仿真设计的凸轮比原来的凸轮好的多。 1 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 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 。 2 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 3 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 浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告 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 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 验台研究的实施方案及实施方法 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 1 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 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 2 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 : 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 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 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、 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。 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 (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 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 4 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 5 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