高速凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)研制開題報(bào)告.doc

浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告班級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化09(4)班姓名畢昌洪課題名稱高速凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)研制開題報(bào)告目錄1選題的背景2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)2.1國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究2.2國(guó)外對(duì)這方面的研究2.3凸輪機(jī)構(gòu)的研究發(fā)展趨勢(shì)3研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題3.1研究的基本內(nèi)容3.2擬解決的主要問題4研究方案、實(shí)施方法、可行性分析及預(yù)期研究成果4.1研究方案4.2試驗(yàn)臺(tái)研究的實(shí)施方案及實(shí)施方法4.3可行性分析4.4預(yù)期研究成果5研究工作計(jì)劃（進(jìn)度安排）參考文獻(xiàn)（開題報(bào)告全文附后）成績(jī)：答辯意見答辯組長(zhǎng)簽名：年月日系主任審核意見簽名：年月日1高速凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)研制畢昌洪(機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化09(4)班B09300403)1.選題的背景與意義凸輪機(jī)構(gòu)是一種典型的常用機(jī)構(gòu),它可以將回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出為所需要的運(yùn)動(dòng)形式。由于它能以簡(jiǎn)單緊湊的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的預(yù)期運(yùn)動(dòng),并具有良好的重復(fù)精度和運(yùn)動(dòng)剛性,長(zhǎng)期以來被廣泛的應(yīng)用于各種機(jī)械。再加上凸輪機(jī)構(gòu)相對(duì)于其他機(jī)構(gòu)(比如連桿等)具有高可靠性、壽命長(zhǎng)、易于設(shè)計(jì)和能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),特別是在要求機(jī)構(gòu)產(chǎn)生給定的運(yùn)動(dòng)、速度和加速度時(shí),這個(gè)優(yōu)點(diǎn)更加明顯和突出1。由于以上優(yōu)點(diǎn),所以在紡織機(jī)械、包裝機(jī)與食品機(jī)械、自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)化專用機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)、轉(zhuǎn)轍器、內(nèi)燃機(jī)、建筑機(jī)械、礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)具等等機(jī)械產(chǎn)品中,凸輪被廣泛的應(yīng)用。而在以上應(yīng)用中,凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)速度隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展,和對(duì)機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)要求的提高,而表現(xiàn)出逐漸提高的趨勢(shì),從而導(dǎo)致系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的慣性力急劇增大,構(gòu)件的彈性形變也隨之變大。特別是當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行在共振頻率附近時(shí),凸輪機(jī)構(gòu)輸出端的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可能偏離預(yù)期的設(shè)計(jì)。針對(duì)高速凸輪在工程中出現(xiàn)的實(shí)際問題,人們從各種不同的角度去研究。但由于對(duì)工程問題實(shí)驗(yàn)研究的費(fèi)用較高,花費(fèi)時(shí)間較多,導(dǎo)致通過實(shí)驗(yàn)去研究相關(guān)問題的相對(duì)較少。本文希望能通過實(shí)驗(yàn),在這方面做出一點(diǎn)有益的工作2。2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)2.1國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究目前國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究有如下幾個(gè)方向:1.以彈性理論為基礎(chǔ),建立高速凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型及其運(yùn)動(dòng)微分方程,通過分析高速凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的運(yùn)動(dòng)方程式,并通過正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律得到了凸輪機(jī)構(gòu)輸出端的動(dòng)態(tài)響應(yīng),找到確定凸輪機(jī)構(gòu)輸出端運(yùn)動(dòng)規(guī)律?；蚴窃诮⒁粋€(gè)能較為準(zhǔn)確的描述凸輪動(dòng)力特性的多參數(shù)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,通過仿真分析,去得到高速凸輪機(jī)構(gòu)在不同的輪廓及結(jié)構(gòu)參數(shù)下的動(dòng)力學(xué)特性曲線。2.從凸輪廓線出發(fā),提出一些適合在高速條件下采用的推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律,而且還結(jié)合現(xiàn)代加工技2術(shù),創(chuàng)造出一些新型凸輪機(jī)構(gòu),以滿足高速工況。這個(gè)研究方向主要表現(xiàn)為:從簡(jiǎn)單地考慮幾何尺寸、運(yùn)動(dòng)分析和靜力分析,發(fā)展到考慮動(dòng)力學(xué)、潤(rùn)滑、誤差影響、彈性變形等。3.由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種機(jī)械軟件的廣泛應(yīng)用,再加上數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展,使人們擺脫了繁重的重復(fù)計(jì)算工作,并且在計(jì)算機(jī)的幫助下實(shí)現(xiàn)對(duì)凸輪研究的可視化。如凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、凸輪機(jī)構(gòu)的CAD/CAM設(shè)計(jì)、UG環(huán)境下基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真分析研究和數(shù)字化凸輪及其實(shí)現(xiàn),等等。這些都是國(guó)內(nèi)研究的熱門3。2.2國(guó)外對(duì)這方面的研究國(guó)外對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究有如下表現(xiàn):在歐美各國(guó),己有很多學(xué)者為凸輪機(jī)構(gòu)的研究作出貢獻(xiàn),并且這些研究成果也體現(xiàn)了歐美在凸輪方面研究的動(dòng)向。比如M.Chew,Y.5.Unlusoy等對(duì)高速凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問題的研究A.P.PiSan。在摩擦及其實(shí)驗(yàn)方面的研究、Tesar在其著作中對(duì)高速凸輪機(jī)構(gòu)采用的多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律有較詳細(xì)的論述、5.Tascan在穩(wěn)定性方面的研究、P.Diemtma,J.K.Mi11s4,Y.Peng5,v.Y.Belrstij6,Y.w.Chan7等人先后發(fā)表T有關(guān)凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的論文、V.D.Borisov在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面、H.J.wedenivski在計(jì)算機(jī)輔助制造方面和J.Angeles在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面等。最近,德國(guó)、英國(guó)在高速凸輪機(jī)構(gòu)的研究方面又有了新的突破,對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究采用了諧分析、諧綜合等分析設(shè)計(jì)方法,使得高速凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能有了很大的改善。日本在第二次世界大戰(zhàn)以后致力于發(fā)展實(shí)用的自動(dòng)設(shè)備,特別重視對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究。日本近期在凸輪技術(shù)的發(fā)展上所做的工作主要在以下方面,可以看出其實(shí)用化的目的非常明確:在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,致力于尋求凸輪機(jī)構(gòu)的精確解和使凸輪曲線多樣化、加強(qiáng)凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)的研究、研制新的凸輪加工設(shè)備、致力于輪機(jī)構(gòu)的小型化和大型化(已生產(chǎn)出世界上最小和最大的蝸桿凸輪機(jī)構(gòu),前者中心矩為28Inln,后者為800Inln)、加強(qiáng)凸輪機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化。發(fā)展凸輪機(jī)構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)8。2.3凸輪機(jī)構(gòu)的研究發(fā)展趨勢(shì)(l)在從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究方面,除了繼續(xù)尋找更好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律外,要研究有效的分析方法。(2)在幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究方面,要綜合考慮各種凸輪機(jī)構(gòu),盡可能導(dǎo)出普遍適用的計(jì)算公式。已有研究大多集中于平面和圓柱凸輪,而且是一種凸輪一種研究方法,因而設(shè)計(jì)公式過多,近似較多,并影響到其他方面(CAD的應(yīng)用等)的研究。3(3)發(fā)展通用而有效CAD系統(tǒng)。由于種種原因，計(jì)算機(jī)在凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用一直被局限于幾種平面和圓柱凸輪機(jī)構(gòu),且每一程序一般只能處理一、二種機(jī)構(gòu),對(duì)比較完整的CAD系統(tǒng)的研究,在近十幾年才開始,且很不完善。(4)引入專家系統(tǒng)或人工智能CAD系統(tǒng)。由于凸輪機(jī)構(gòu)不是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu),種類多,應(yīng)用廣,加之許多已有的知識(shí)不能公式化,所以應(yīng)用普通的CAD系統(tǒng),有時(shí)效果并不很理想。如果引入專家系統(tǒng),則可以獲得較為理想的結(jié)果。(5)動(dòng)力學(xué)研究的深化及研究成果的進(jìn)一步實(shí)用化。由于動(dòng)力學(xué)間題本身的復(fù)雜性,導(dǎo)致研究主要集中于低、中速凸輪機(jī)構(gòu),對(duì)高速凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究還不夠深入、完善,所以,人們對(duì)這些研究成果的可靠性存在懷疑,這些成果的應(yīng)用尚不廣泛。(6)加強(qiáng)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性的計(jì)算機(jī)模擬,以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短產(chǎn)品研制周期。(7)研究CAD/CAM的一體化。(8)凸輪機(jī)構(gòu)作為引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用3研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題3.1研究的基本內(nèi)容本課題重點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)及調(diào)速方法選擇、相應(yīng)傳感器的按裝設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容有：1、了解高速凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)研制、研究目的。理解各種典型凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，確定完整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體方案。2、相關(guān)測(cè)試用傳感器、型號(hào)選定及安裝機(jī)架設(shè)計(jì)。3、高速凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)臺(tái)各部分的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用AutoCAD軟件繪制機(jī)械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份，并利用Pro/Engineer軟件建立三維模型。4、高速凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模分析。3.2擬解決的主要問題目前大部分的凸輪試驗(yàn)臺(tái)僅僅針對(duì)凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，這些完全是建立在主動(dòng)件是彈性體的基礎(chǔ)上。即凸輪機(jī)構(gòu)在低轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)剛性較大、運(yùn)動(dòng)構(gòu)件質(zhì)量較輕等情況時(shí)，可忽略構(gòu)件彈性變形的影響，可將整個(gè)系統(tǒng)近似簡(jiǎn)化為一個(gè)剛性系統(tǒng)。在此種情況下，凸輪廓線和系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)比決定了工作端的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如果機(jī)械傳動(dòng)比為常數(shù)，則工作端和凸輪4端的運(yùn)動(dòng)規(guī)律保持一定的比例關(guān)系。將凸輪機(jī)構(gòu)作為剛性系統(tǒng)處理時(shí)，不涉及彈性變形，完全是一個(gè)單純的剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)問題。但是當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高時(shí)，系統(tǒng)中從動(dòng)件的慣性力劇增，構(gòu)件彈性變形的影響會(huì)導(dǎo)致工作端運(yùn)動(dòng)規(guī)律偏離預(yù)定的要求，產(chǎn)生不容忽視的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)偏差，甚至?xí)て饛?qiáng)烈的震動(dòng)、噪聲，加劇凸輪副的磨損，因此，分析高速運(yùn)轉(zhuǎn)的凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。因此，在設(shè)計(jì)高速凸輪動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)臺(tái)時(shí)，在考慮現(xiàn)存在的凸輪試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)之上，主要去改變?cè)囼?yàn)臺(tái)的組成以實(shí)現(xiàn)對(duì)凸輪的動(dòng)力分析是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在解決核心問題的同時(shí)，應(yīng)解決：1、電動(dòng)機(jī)帶凸