HQ3620旋轉(zhuǎn)式電子多臂機(jī)共軛凸輪運動規(guī)律分析及設(shè)計開題報告.doc

附件三：浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告班級機(jī)械設(shè)計制造及其自動化09（4）姓名林天錦課題名稱HQ系列共軛凸輪反求及設(shè)計軟件開發(fā)開題報告（包括選題意義與可行性分析、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題、總體研究思路及預(yù)期研究成果、研究工作計劃等內(nèi)容，非藝術(shù)類不少于3000字）目錄1選題的背景及意義1.1國內(nèi)外多臂機(jī)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.2國內(nèi)外凸輪研究狀況1.2.1國外凸輪研究狀況1.2.2國內(nèi)凸輪研究狀況1.3凸輪運動規(guī)律及設(shè)計方法1.4課題研究的意義2研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題2.1課題研究的基本內(nèi)容2.2擬解決的主要問題3研究思路、可行性分析及預(yù)期研究成果3.1研究思路3.2課題的可行性分析3.3預(yù)期研究成果4研究工作計劃5參考文獻(xiàn)成績：答辯意見（從選題、任務(wù)工作量、質(zhì)量預(yù)期、可行性等幾個方面）答辯組長簽名：年月日系主任審核意見簽名：年月日HQ3620旋轉(zhuǎn)式電子多臂機(jī)共軛凸輪運動規(guī)律分析及設(shè)計林天錦（機(jī)械設(shè)計制造及其自動化09(4)班B09300416）1選題的背景及意義1.1國內(nèi)外多臂機(jī)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢Hattersly(哈特斯萊)在1867年研制成功第一臺多臂機(jī)（復(fù)動式半開口梭口），一般稱之為Keighley(凱萊)多臂機(jī)。此后的近百年時間內(nèi)，雖然不斷進(jìn)行改進(jìn)，但沒有突破性的技術(shù)進(jìn)展，直至上世紀(jì)50年代這種情況才開始改變1。目前，瑞士的Staubli2公司是多臂機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域里最大的贏家，其在多臂機(jī)的研制上主要經(jīng)歷以下幾個階段：5060年代，典型產(chǎn)品型號為100型、200型、和300型；70年代，典型產(chǎn)品型號為550系列、1200系列、和1400系列（首次轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)式）；80年代至今，典型產(chǎn)品型號為2200系列、2500系列、2600系列3和2800系列。基于現(xiàn)代電子和計算機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展要求，我國在借鑒國外多臂機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上，努力開發(fā)適應(yīng)現(xiàn)代織物織造要求的先進(jìn)產(chǎn)品，當(dāng)前走在前沿的最具代表性的主要生產(chǎn)織造廠有以下幾家：1、常熟紡織機(jī)械廠有限公司己成為國內(nèi)最大的各類織機(jī)用系列多臂裝置提花裝置、凸輪開口裝置的專業(yè)制造和研發(fā)企業(yè)。該公司經(jīng)過滾動式的技術(shù)改造，裝備水平在國內(nèi)同行中處于領(lǐng)先，現(xiàn)在已經(jīng)具有年產(chǎn)十萬臺多臂開口裝置的生產(chǎn)能力。2、浙江新昌鶴群機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)的“鶴群”牌多臂機(jī)系列產(chǎn)品在國紡織行業(yè)中有很高的知名度，其生產(chǎn)的GT221/8,GT2003,GD618等多臂裝置系列產(chǎn)品以及ZRB561折入邊裝置系列產(chǎn)品都是國內(nèi)最具典型的。3、江蘇牛牌紡織機(jī)械有限公司是一家國家高新技術(shù)企業(yè)，創(chuàng)建于1988年，主要從事各種無梭織機(jī)開口裝置的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售。目前己發(fā)展成為國內(nèi)最大從事噴水織機(jī)、噴氣織機(jī)、劍桿織機(jī)開口裝置專業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)基地之一，年產(chǎn)系列積極式凸輪開口裝置、高速智能化多臂開口裝置達(dá)兩萬臺。圖1多臂機(jī)隨著計算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合新的機(jī)構(gòu)設(shè)計理論和相關(guān)輔助軟件的應(yīng)用，多臂機(jī)的發(fā)展方向可以按照以下趨勢發(fā)展:1.高速化是多臂機(jī)一直追求的發(fā)展目標(biāo)。Staubli公司新開發(fā)的550系列和2600系列機(jī)完全突破了H氏機(jī)的框框，如今把多臂機(jī)的機(jī)速提高到了IOOOr/min以上，已能適應(yīng)目前的織造要求，但為滿足未來發(fā)展目標(biāo)仍需不斷突破，比如當(dāng)前更高速的織機(jī)轉(zhuǎn)速需要達(dá)到1200r/min以上。2.電子化技術(shù)的融洽引進(jìn)對多臂機(jī)在運行和控制各方面起到直接重要作用，改善工人勞動強(qiáng)度和提高產(chǎn)品質(zhì)量都有不可或缺的作用。3.擴(kuò)大單一機(jī)構(gòu)產(chǎn)品適應(yīng)性，把單一產(chǎn)品推向外能化，降低因產(chǎn)業(yè)織物和特種織物的不斷更新而頻繁換用各種產(chǎn)品的復(fù)雜性，使單一產(chǎn)品朝向多功能化方向發(fā)展。能否設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運行穩(wěn)定和適應(yīng)輕重不同的織物是多臂機(jī)永遠(yuǎn)追求的目標(biāo)。1.2國內(nèi)外凸輪機(jī)構(gòu)研究凸輪機(jī)構(gòu)是一個具有曲線輪廓或凹槽的常用構(gòu)件，只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡單緊湊2。由于其平穩(wěn)性好、運動特性好、重復(fù)精度高、構(gòu)件少、體積小、壽命長等優(yōu)點，因而在各種機(jī)械中被廣泛應(yīng)用。共軛凸輪是凸輪的組合形式，也稱復(fù)式凸輪，由主、副凸輪合為一體構(gòu)成一對共扼凸輪。自瑞士蘇爾澤(Sulzer)公司把共軛凸輪專利技術(shù)應(yīng)用于織機(jī)開始，共軛凸輪機(jī)構(gòu)已在織機(jī)的幾大機(jī)構(gòu)上得到了應(yīng)用。綜框的上下運動、筘座的前后擺動。劍桿的往復(fù)運動等往復(fù)式的運動均能由共軛凸輪實現(xiàn)3。1.2.1國外多凸輪機(jī)構(gòu)研究在歐美各國，凸輪機(jī)構(gòu)的研究從單純的運動分析到動力學(xué)研究，從經(jīng)驗設(shè)計到優(yōu)化設(shè)計，從手工加工到CAM發(fā)展，很多學(xué)者為此做出貢獻(xiàn)。三十年代，主要的研究分析對象是低速凸輪機(jī)構(gòu)的運動規(guī)律。至四十年代，凸輪機(jī)構(gòu)的研究從經(jīng)驗設(shè)計過渡到有理論依據(jù)的動力學(xué)分析和運動學(xué)。六十年代，出現(xiàn)了比較完整的運動規(guī)律設(shè)計，Tesar在其著作中對高速凸輪機(jī)構(gòu)中采用的多項式運動規(guī)律做了詳細(xì)的論述。八、九十年代，J.Angeles、S.K.Saha等學(xué)者先后發(fā)表了多篇有關(guān)凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面、凸輪振動和動態(tài)響應(yīng)等動力學(xué)性能方面的論文4。后來多種儀器，如高速攝影機(jī)、動態(tài)應(yīng)變儀和加速度分析儀等的應(yīng)用，促進(jìn)了高速凸輪的動力學(xué)研究。此外，日本也特別重視凸輪機(jī)構(gòu)的研究，不少專家學(xué)者和凸輪制造公司為此做出貢獻(xiàn)。精密間歇機(jī)械凸輪分度器專業(yè)生產(chǎn)廠家株式會社三共制作所（SANKYO），對凸輪有50年的研究、開發(fā)、生產(chǎn)的歷史。山梨大學(xué)牧野洋教授研發(fā)了幾乎包括全部凸輪曲線的三角函數(shù)通用凸輪曲線。日本學(xué)者注重將研究成果應(yīng)用到實際產(chǎn)品的開發(fā)中，重視凸輪機(jī)構(gòu)與電子技術(shù)的結(jié)合，拓寬了凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍。1.2.2國內(nèi)凸輪機(jī)構(gòu)研究我國對凸輪機(jī)構(gòu)的研究有多年的歷史，自80年代以來取得較大的成果：1983年全國第三屆機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)研究會上，僅8篇有關(guān)凸輪機(jī)構(gòu)的論文。至1988年第六屆會議，已經(jīng)增加到20篇。1990年第七屆會議，論文數(shù)增加至22，并且增加了CAD/CAM等研究方向5。90年代，各大高等院校對凸輪研究做出巨大貢獻(xiàn)：如上海交通大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等在凸輪理論應(yīng)用研究方面取得較大科研成果；天津大學(xué)關(guān)于分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究，取得國家自然科學(xué)基金的支持；陜西大學(xué)因“高速高精度間歇轉(zhuǎn)位凸輪分度機(jī)構(gòu)CAD/CAM”獲得陜西科技進(jìn)步二等獎6。盡管如此，與世界先進(jìn)國家相比較，我國對凸輪的研究、設(shè)計、制造和應(yīng)用還存在較大的差距，特別是對于共軛凸輪的輪廓曲線設(shè)計以及凸輪輪廓曲面的制造。共軛凸輪應(yīng)根據(jù)劍桿的運動特性和動作配合要求來設(shè)計，主要采用逆向設(shè)計的思維進(jìn)行凸輪輪廓的設(shè)計，然后進(jìn)行曲線和曲面的功能優(yōu)化分析7。1.3凸輪運動規(guī)律及設(shè)計方法凸輪機(jī)構(gòu)常用的運動規(guī)律主要有以下幾種：（1）余弦加速度運動規(guī)律，又稱為簡諧運動規(guī)律，它的加速度按余弦規(guī)律變化，位移按簡諧運動規(guī)律變化；（2）正弦加速度度運動規(guī)律，又稱擺線運動規(guī)律，它的加速度按正弦規(guī)律變化，位移按擺線在縱坐標(biāo)上的投影規(guī)律變化；（3）3-4-5次多項式運動規(guī)律，它的位移按3-4-5次多項式變化；（4）改進(jìn)等速運動規(guī)律，這種運動規(guī)律中間有一段為等速運動規(guī)律，始末兩段用其他曲線過渡，一般多用正弦加速度運動規(guī)律過渡，可避免沖擊；（5）改進(jìn)梯形加速度運動規(guī)律，這種運動規(guī)律由5段曲線組成，第一、三、五為正弦加速度運動規(guī)律，一般采用Ta=1/8；而第二、四段為等加速度、等減速運動規(guī)律；（6）改進(jìn)正弦加速度運動規(guī)律，這種運動規(guī)律由三段組成，在行程的中間一段為周期較長的正弦加速度運動規(guī)律，而在行程的始末兩段為周期較短的正弦加速度運動規(guī)律。這樣可使行程的始末部分位移變化比較明顯，便于制造和檢測。同時可使行程中間部分的速度和加速度變化比較緩和，運動學(xué)性能更好7。凸輪廓線的設(shè)計方法有圖解法和解析法兩大類.圖解法一般采用反轉(zhuǎn)法，按比例作圖求解，繁瑣且誤差較大，工程實際中應(yīng)用較少，目前采用解析法設(shè)計凸輪廓線的一般編程算法為：首先輸入?yún)?shù)，然后用循環(huán)語句逐一判斷其是否在推程、遠(yuǎn)休止段、回程、近休止段中，接著選擇其從動件運動規(guī)律并計算位移等數(shù)據(jù)，最后繪出凸輪廓線67。國內(nèi)的凸輪設(shè)計和制造技術(shù)水平與國外相比還有一定的差距，特別是對于共軛凸輪的輪廓曲線設(shè)計以及凸輪輪廓曲面的制造。共軛凸輪應(yīng)根據(jù)劍桿的運動特性和動作配合要求來設(shè)計，主要采用逆向設(shè)計的思維進(jìn)行凸輪輪廓的設(shè)計，然后進(jìn)行曲線和曲面的功能優(yōu)化分析8。1.4課題研究的意義紡織業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)中的重要部門，對國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著巨大的影響。其中控制左右紡織產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的直接作用者紡織機(jī)械，一直以來都被視為促進(jìn)紡織企業(yè)發(fā)展、提升紡織產(chǎn)業(yè)國際競爭力的關(guān)鍵因素。多臂機(jī)作為紡織機(jī)械中的一種重要紡織配套裝備，在提高紡織產(chǎn)品生產(chǎn)效率和提升紡織產(chǎn)品質(zhì)量上都起到了至關(guān)重要的作用。但是，國內(nèi)的凸輪設(shè)計和制造技