凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制【含動(dòng)畫仿真】【含CAD圖紙】

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浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述報(bào)告 班 級(jí) 09機(jī)械類(4)班 姓 名 景坷 課題名稱 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制 文獻(xiàn)綜述 目 錄 1 前言 2 國(guó)內(nèi)凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 3 國(guó)外凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 4 凸輪機(jī)構(gòu)研究趨勢(shì) 5 總結(jié) 參考文獻(xiàn) （報(bào)告全文附后） 指導(dǎo) 教師 審批 意見(jiàn) 簽名： 年 月 日 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制 景坷 ( 09機(jī)械類（4）班 B09300412) 1 前言 凸輪機(jī)構(gòu)是工程中用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化的一種重要驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)，在輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標(biāo)準(zhǔn)零件制造、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域運(yùn)行的工作機(jī)械中獲得廣泛應(yīng)用。凸輪機(jī)構(gòu)之所以能夠得到如此廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗哂袀鲃?dòng)、導(dǎo)向和控制等功能。當(dāng)它作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，可以產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：當(dāng)它作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí)，可使工作機(jī)械的動(dòng)作端產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡：當(dāng)它作為控制機(jī)構(gòu)時(shí)，可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)。隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率，對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能指標(biāo)提出更高的要求，作為機(jī)械設(shè)備核心部件的凸輪機(jī)構(gòu)而言，必須進(jìn)一步提高其設(shè)計(jì)水平，在解析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和推廣應(yīng)用。因此，開(kāi)展對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的研究，對(duì)于揭示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)分析有著重要的實(shí)際意義。 2 國(guó)內(nèi)凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年的歷史，目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。1983年全國(guó)第三屆機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)上關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的論文只有8篇，涉及設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、分析、廓線的綜合等四個(gè)研究方向。到了．1988年第六屆會(huì)議，已有凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文20篇，增加了動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等研究方向。而1990年第七屆會(huì)議，凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文22篇，又增加了CAD／CAM、誤差分析等研究方向。近幾年，對(duì)凸輪分度機(jī)構(gòu)方面的研究也不斷深入，并發(fā)表了一系列論文，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的共軛曲面原理、專家系統(tǒng)等方面也有了相當(dāng)?shù)难芯俊，F(xiàn)在凸輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、紡織機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、印刷機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，與先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較在的差距，尤其是在對(duì)振動(dòng)的研究、凸輪機(jī)構(gòu)的加工及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面。 3 國(guó)外凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 在歐美各國(guó)，很多學(xué)者為凸輪機(jī)構(gòu)的研究作出了貢獻(xiàn)。早在三十年代，F(xiàn)．D．Furman就寫了一本系統(tǒng)介紹凸輪設(shè)計(jì)的著作，當(dāng)時(shí)的研究工作主要集中在低速凸輪機(jī)構(gòu)，而且主要分析的是運(yùn)動(dòng)規(guī)律。到了四十年代，人們開(kāi)始對(duì)配氣凸輪機(jī)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行深入研究，并從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)渡到有理論根據(jù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。四十年代末，J．A．Hron~等人已經(jīng)注意到從動(dòng)件的剛度對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)有明顯的影響。五十年代初，D．B．Mitchell最先對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。后來(lái)不少學(xué)者采用多種儀器，如高速攝影機(jī)、加速度分析儀和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀等，對(duì)高速凸輪的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，并獲得了許多重要成果。 隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，凸輪機(jī)構(gòu)的CAD／CAM獲得巨大成功，凸輪機(jī)構(gòu)的研究經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到優(yōu)化設(shè)計(jì)，從單純的運(yùn)動(dòng)分析到動(dòng)力學(xué)研究，從手工加工到CAM等發(fā)展階段。僅八、九十年代，就有P．Diemtma，J．K．Mills ，Y．Peng ，V．Y ．Belrstij ，Y．W．Chan等人先后發(fā)表了有關(guān)凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的論文，而Tsay，Bagci，Camil，Yilmaz，Yuksel，A．I．Mahyuddin，Cardona，Aiberto，T．L．Drenser 等人先后發(fā)表了有關(guān)凸輪振動(dòng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等動(dòng)力學(xué)性能方面的論文。 歐美各國(guó)的學(xué)者還特別注重研究文獻(xiàn)的收集整理，P．W．Jensen在其專著《凸輪設(shè)計(jì)與制造》中幾乎列出了1984年以前的、有記載的、可以找得到的所有的文獻(xiàn)資料，共1817篇。根據(jù)該書和1984年以后出版的《Ei》，對(duì)歐美各國(guó)自1950年以來(lái)在各研究方向所發(fā)表的論文數(shù)量作了初略的統(tǒng)計(jì)，總結(jié)得出四十年來(lái)歐美各國(guó)凸輪機(jī)構(gòu)研究的特點(diǎn)大致如下； (1)論文數(shù)量多，研究范圍廣。 (2)研究的連續(xù)性和發(fā)展性強(qiáng)。在每個(gè)研究方向上每年都有相當(dāng)數(shù)量的論文發(fā)表，而且關(guān)于新技術(shù)應(yīng)用的論文數(shù)量也逐年增多。如五十年代至六十年代，有關(guān)設(shè)計(jì)加工及刀具的論文是大量的，而有關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)的論文幾乎沒(méi)有。到了七十至八十年代，這方面的論文顯著增多，而到了九十年代，有關(guān)凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方面的研究論文大量發(fā)表，同時(shí)有關(guān)高速凸輪機(jī)構(gòu)的新的分析方法和改善其動(dòng)力學(xué)性能方面的研究論文也不斷涌現(xiàn)。因此可以認(rèn)為，凸輪機(jī)構(gòu)的研究是持續(xù)且有發(fā)展的。 (3)研究工作隨著新技術(shù)、新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用而深化。倒如凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，早期的優(yōu)化 目標(biāo)極為簡(jiǎn)單，主要是確定最小基圓半徑。隨著優(yōu)化方法和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，優(yōu)化目標(biāo)的選擇也越來(lái)越復(fù)雜，如可以是最小體積、最小接觸應(yīng)力、最長(zhǎng)壽命、從動(dòng)件最小振動(dòng)、最高效率、最小功耗等。 (4)基礎(chǔ)理論的研究持續(xù)穩(wěn)定。雖然凸輪機(jī)構(gòu)的研究不斷有新的擴(kuò)展，但是對(duì)其基礎(chǔ)理論如從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等方面的研究論文仍有相當(dāng)多的數(shù)量，這是因?yàn)楫?dāng)其他方面的研究需要深化和擴(kuò)展時(shí)，往往由于基礎(chǔ)理論研究得不夠而難以繼續(xù)。倒如采用優(yōu)化方法，如果數(shù)學(xué)模型誤差很大，再好的優(yōu)化方法也得不到好的結(jié)果。 日本也特別重視凸輪機(jī)構(gòu)的研究，有很多從事凸輪機(jī)構(gòu)研究的專家，早期有小才川介、中開(kāi)英一等，現(xiàn)在有牧野洋、西岡雅夫 筱原茂之等}還有許多專門生產(chǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的公司，如大冢公司、三共制作所、 和凸輪公司等。日本經(jīng)常舉行討論凸輪機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)會(huì)議。在有關(guān)的國(guó)際性刊物上也經(jīng)?？吹饺毡驹谕馆啓C(jī)構(gòu)研究方面的論文。日本近期在凸輪技術(shù)的發(fā)展上所做的工作主要有以下幾個(gè)方面： (1)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，以適應(yīng)新的要 求。 (2)加強(qiáng)了凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)方面的研究．提高了機(jī)構(gòu)的速度，發(fā)展了高速凸輪。他們已經(jīng)生產(chǎn)出分度數(shù)每分鐘8000次的分度凸輪機(jī)構(gòu)。 (3)研制新的凸輪加工設(shè)備，以適應(yīng)新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品 實(shí)現(xiàn)了凸輪機(jī)構(gòu)的小型化和大型化，已經(jīng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了世界上最小和最大的蝸桿凸輪機(jī)構(gòu)，中心距前者為28mm，后者為800mm。 (4)加強(qiáng)凸輪機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，發(fā)展成批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)凸輪機(jī)構(gòu)。 (5)發(fā)展凸輪機(jī)構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)。 日本學(xué)者特別注重將各方面的研究成果應(yīng)用到實(shí)際的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中去，如他們充分地認(rèn)識(shí)到凸輪機(jī)構(gòu)作為控制機(jī)構(gòu)具有高速下的穩(wěn)定性、優(yōu)良的再現(xiàn)性、良好的運(yùn)動(dòng)特性和可靠性、易于實(shí)現(xiàn)同步控制、剛度高等優(yōu)越性，因而十分重視將凸輪機(jī)構(gòu)與電子技術(shù)相結(jié)合，在控制機(jī)構(gòu)上作廣泛的研究，從而拓寬了凸輪機(jī)構(gòu)的用途。 4 凸輪機(jī)構(gòu)研究趨勢(shì) 雖然已有很多學(xué)者對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究做了相當(dāng)多的工作，但在各研究方向仍有許多可繼續(xù)進(jìn)行的工作，并有一些研究工作有待開(kāi)發(fā)。從設(shè)計(jì)的角度考慮，大致有以下幾點(diǎn)： (1)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(guò)多，近似較多，并影響到其他方面(如CAD的應(yīng)用等)的研究。 (3)發(fā)展通用而有效的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(kāi)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)問(wèn)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。 5 總結(jié) 雖然國(guó)內(nèi)外的研究成果很多，但是還有很多問(wèn)題沒(méi)有解決，今后的研究會(huì)朝更多方面進(jìn)行，諸如利用計(jì)算機(jī)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真和測(cè)試分析，提高壽命凸輪廓線設(shè)計(jì)，減磨措施，高速凸輪設(shè)計(jì)。要解決這些問(wèn)題，還需要我們?nèi)プ龊芏嘌芯俊? 通過(guò)收集各方面的資料和初期規(guī)劃，我已經(jīng)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)有了初步的了解，相信經(jīng)過(guò)自己的努力和老師的指導(dǎo)下，我能吧它做好，雖然問(wèn)題會(huì)在做的過(guò)程中不斷出現(xiàn)，相信我能做好一切。 參考文獻(xiàn) [1] 劉昌祺，（日）牧野洋，曹西京，凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]，北京市：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，1. 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