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）任務(wù)書 景坷 同學(xué)（ 機(jī)制設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) / 班級(jí)： 09（4） ） 現(xiàn)下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書，望能保質(zhì)保量地認(rèn)真按時(shí)完成。 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 主要任務(wù)與 目標(biāo) 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。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率，對機(jī)械設(shè)備的性能指標(biāo)提出更高的要求，就凸輪機(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)上開展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和推廣應(yīng)用。 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： 1、了解凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及特性測試試驗(yàn)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、實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份； 3、相關(guān)測試用傳感器、型號(hào)選定及安裝機(jī)架設(shè)計(jì)； 4、凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì) 目標(biāo)：設(shè)計(jì)一臺(tái)小型 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), 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性參數(shù)可測試。 主要內(nèi)容與基本要求 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、了解凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及特性測試試驗(yàn)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、實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份； 3、相關(guān)測試用傳感器、型號(hào)選定及安裝機(jī)架設(shè)計(jì)； 4、凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì) 基本要求： 要求學(xué)生掌握： Auto CAD畫圖軟件及PRO/E畫圖軟件。 要求學(xué)生掌握： Auto CAD畫圖軟件及PRO/E畫圖軟件 按照課題內(nèi)容，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)要求的各種文檔，包括文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告、外文翻譯及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文等。 嚴(yán)格按照進(jìn)度安排，保質(zhì)保量完成所承擔(dān)的任務(wù)；遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)定。 主要參 考資料 及文獻(xiàn) 閱讀任務(wù) 查閱與課題有關(guān)的文獻(xiàn)（論文、書籍或手冊等）不少于10篇（部），寫出符合要求的文獻(xiàn)綜述報(bào)告。主要參考文獻(xiàn)如下： [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. [2] 趙韓，丁爵曾，粱錦華．凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，1993 [3] Mills J K,Optimal design and sensitivity analysls of flexible cam mechanisms[J], Mech Mach Theory，1993 [4] Hongsen Y.Variable-speed method for improving motion characteristics of cam systems．J Mech Des[J]，Trans AS—ME．1996 [5] Tidwell P H.Synthesis of wrapping cams．J Mech Des[J]，Trans ASME，1994 [6] 世薄．平行分度凸輪機(jī)構(gòu)[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)，1994，12(10), 13～17 外文 翻譯任務(wù) 閱讀2篇以上（10000字符左右）的外文材料，完成2000漢字以上的英譯漢翻譯。英文文獻(xiàn)：（1）Optimisation Methods for Cam Mechanisms （2）A Hybrid Approach for Cam Shape Design and Profile Machining of General Plate Cam Mechanisms 計(jì)劃進(jìn)度： 起止時(shí)間 內(nèi)容 2012.12.17-2012.12.21 畢業(yè)設(shè)計(jì)前期資料準(zhǔn)備、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書、外文翻譯任務(wù)布置 2012.12.22-2013.1.13 文獻(xiàn)閱讀、外文翻譯、綜述報(bào)告、開題報(bào)告 2013.1.14-2013.1.18 綜述報(bào)告、外文翻譯、開題報(bào)告，開題答辯 2013.1.19-2013.3.15 總體方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，三維零件圖，開題答辯 2013.3.16-2013.4.15 裝配圖、運(yùn)動(dòng)仿真、二維零件圖、中期檢查 2013.4.16-2013.5.03 二維零件圖、裝配圖、論文撰寫 2013.5.04-2013.5.10 論文修改、評(píng)閱、論文第一次答辯 2013.5.11-2013.5.30 論文第二次、第三次答辯 實(shí)習(xí)地點(diǎn) 指導(dǎo)教師 簽 名 年 月 日 系 意 見 系主任簽名： 年 月 日 學(xué)院 蓋章 主管院長簽名： 年 月 日 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) 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 開題報(bào)告 目 錄 1 選題的背景與意義 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.2 凸輪機(jī)構(gòu)試驗(yàn)平臺(tái)研究意義 1.1.3 凸輪設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)軟件 2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題 2.1 基本內(nèi)容 2.2 擬解決的主要問題 3 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果 3.1 研究思路方案 3.2 可行性分析 3.3 預(yù)期研究成果 4 研究工作計(jì)劃 參考文獻(xiàn) （開題報(bào)告全文附后） 成績： 答 辯 意 見 答辯組長簽名： 年 月 日 系 主 任 審 核 意 見 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) 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)上開展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和推廣應(yīng)用。因此，開展對凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的研究，對于揭示機(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。 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 我國對凸輪機(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)國家相比，我國對凸輪機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較在的差距，尤其是在對振動(dòng)的研究、凸輪機(jī)構(gòu)的加工及產(chǎn)品開發(fā)等方面。 在歐美各國，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，人們開始對配氣凸輪機(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最先對凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。后來不少學(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，對高速凸輪的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測量，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》，對歐美各國自1950年以來在各研究方向所發(fā)表的論文數(shù)量作了初略的統(tǒng)計(jì)，總結(jié)得出四十年來歐美各國凸輪機(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)的選擇也越來越復(fù)雜，如可以是最小體積、最小接觸應(yīng)力、最長壽命、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。 1.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)研究趨勢 雖然已有很多學(xué)者對凸輪機(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)問題本身的復(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。 1.1.3 凸輪設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)軟件 凸輪機(jī)構(gòu)分類如圖1-1 圖1-1 凸輪機(jī)構(gòu)的分類 設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)工作要求確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后再按照這一運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪廓線。 凸輪廓線的設(shè)計(jì)方法有作圖法和解析法，其基本原理相同。 為了便于在圖紙上繪制出凸輪的輪廓曲線，可采用反轉(zhuǎn)法。圖1-2表示的是對心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例來說明其基本原理。 圖1-2 反轉(zhuǎn)法畫凸輪 真實(shí)運(yùn)動(dòng)：凸輪以等角速度ω 繞軸 O 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)從動(dòng)件在導(dǎo)路中上、下往復(fù)移動(dòng)。 反轉(zhuǎn)法：整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)（-ω）的轉(zhuǎn)動(dòng)→凸輪靜止固定不動(dòng)→→從動(dòng)件隨導(dǎo)路一起以角速度（-ω）轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又按原來的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對導(dǎo)路作移動(dòng)→→→從動(dòng)件尖端參與復(fù)合運(yùn)動(dòng)所劃出的軌跡即為凸輪廓線。 凸輪機(jī)構(gòu)的形式多種多樣，反轉(zhuǎn)法原理適用于各種凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。 1． 作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線 1.對心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 已知:基圓半徑ro、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng);試設(shè)計(jì)凸輪廓線。如圖1-3所示。 圖1-3 對心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 2. 偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì)如圖1-4所示。 圖1-4 偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 3.平底從動(dòng)件 平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)思路與上述滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)相似,不同的是:應(yīng)畫出一系列平底，作平底直線族的包絡(luò)線，即得到凸輪的實(shí)際廓線。如圖1-5所示。 圖1-5 平底從動(dòng)件凸輪輪廓線設(shè)計(jì) 4.擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 圖示為一尖端擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。已知凸輪軸心與從動(dòng)件轉(zhuǎn)軸之間的中心距為a凸輪基圓半徑為rb，從動(dòng)件長度為l，凸輪以等角速度ω 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如1-6所示。設(shè)計(jì)該凸輪的輪廓曲線。 注意：圖中凸輪廓線與擺桿AB在某些位置已經(jīng)相交。故在考慮機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)將從動(dòng)件做成彎桿形式，以避免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中凸輪與從動(dòng)件發(fā)生干涉。 圖1-6 擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 5. 圓柱凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)是一種空間凸輪機(jī)構(gòu)。其輪廓曲線為一條空間曲線，不能直接在平面上表示。但是圓柱面可以展開成平面，圓柱凸輪展開后便成為平面移動(dòng)凸輪。平面移動(dòng)凸輪是盤形凸輪的一個(gè)特例。因此可用前述盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的原理和方法，來繪制圓柱凸輪輪廓曲線的展開圖。 1）直動(dòng)推桿圓柱端面凸輪設(shè)計(jì) 實(shí)際上，在作推桿位移線圖時(shí)，若取橫軸長為圓柱體周長的話，即畫出該凸輪的理論廓線。如圖1-7所示。 圖1-7 直動(dòng)推桿圓柱端面凸輪設(shè)計(jì) 2） 擺動(dòng)推桿圓柱凸輪設(shè)計(jì) 圖1-8 擺動(dòng)推桿圓柱凸輪設(shè)計(jì) 二．用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線 用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線，就是根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，求出凸輪廓線的方程式，并精確地計(jì)算出凸輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。 設(shè)計(jì)凸輪的軟件 為了必須進(jìn)一步提高凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，在解析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了許多計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，基于pro/e，solidwork，UG，MachineCam，F(xiàn)eatureCAM，CAXA，MATLAB等 1.1.4凸輪加工方法 凸輪加工的關(guān)鍵是型面加工。加工凸輪型面的方法可分為兩類：一類是用手工、機(jī)床掛輪和數(shù)控機(jī)床等直接加工；另一類是用仿形法間接加工。仿形法生產(chǎn)率高，適于成批大量生產(chǎn)。由于按靠模仿形時(shí)，靠模的制造誤差和仿形過程的誤差，都會(huì)影響到工件加工精度，所以凸輪的直接加工法一般要比間接加工法容易控制加工精度，生產(chǎn)率一般較低，多用于單件、小批生產(chǎn)。但數(shù)控機(jī)床加工也用于中批生產(chǎn)。 一:直接加工法 (1) 按劃線加工 按劃線加工是指加工好凸輪基準(zhǔn)面后，由鉗工劃出凸輪工作型面線，然后按線粗銑或鉆孔后鋸開，最后由鉗工修挫成形，用金屬板劃線后按線檢驗(yàn)。此法生產(chǎn)率低，只適宜單件生產(chǎn)精度較低的凸輪。 (2)在銑床上用分度頭及掛輪銑 凸輪工作型面為阿基米德螺旋線和漸開線時(shí)，可在銑床上利用分度頭和掛輪銑削，如圖1-9所示。加工時(shí)，工件裝在分度頭上，并與水平線傾斜。角，工作臺(tái)由絲杠掛輪傳動(dòng)。隨著分度頭的旋轉(zhuǎn)，分度頭與工作臺(tái)帶動(dòng)凸輪坯逐漸向銑刀靠近，從而銑出各種型面曲線。分度頭主軸傾斜角是為了確定掛輪齒數(shù)時(shí)便于計(jì)算和利用一套掛輪銑出多種曲線而設(shè)的。這種凸輪型面加工方法因受傳動(dòng)精度等影響，型面精度不很高，主要用于不淬硬凸輪的加工和型面磨削前的預(yù)加工 圖1-9 用分度頭和掛輪銑削銑凸輪 (3)用數(shù)控機(jī)床加工 隨著數(shù)控機(jī)床的日益發(fā)展和普及，中小批量凸輪越來越多地利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。在數(shù)控機(jī)床上加工凸輪型面時(shí)，先根據(jù)凸輪型面的參數(shù)編制程序，輸入到數(shù)控裝置中，控制機(jī)床的縱橫進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，完成凸輪型面的自動(dòng)加工。其精度和可靠性大為提高。 二：仿型加工法 仿型加工法也叫復(fù)制加工，它是按靠模或樣板凸輪的原型加工。廣泛應(yīng)用于凸輪的中批及大批生產(chǎn)中。 屬于仿形法加工的有：靠模車削、仿形銑削和仿形磨削?，F(xiàn)代的凸輪仿形法加工，多用液壓仿形銑床、光電跟蹤仿形銑床和傷形磨床等加工。 （1） 靠模車凸輪 在普通車床上，利用仿形裝置可以加工具有封閉輪廓的盤形和圓柱形的凸輪，如圖1-10所示。 圖1-10靠模車凸輪 圖中在普通車床上安裝了帶有滾子的靠模裝置，通過靠模2把凸輪工作表面尺寸轉(zhuǎn)換到刀具的運(yùn)動(dòng)上去，橫拖板上的滾子3借助于彈簧的作用始終保持與靠模接觸。切削時(shí)縱向進(jìn)給自動(dòng)(或手動(dòng))進(jìn)行，而橫向進(jìn)給由靠模控制，從而加上出成型工作表面。 （2） 仿形銑凸輪 利用靠模夾具銑削凸輪的工作情況可參見圖1-11 圖1-11 仿形銑凸輪 機(jī)械式仿形加工凸輪時(shí)，靠模磨損快，加工精度低?，F(xiàn)代的仿形銑床，采用液壓或電液仿形系統(tǒng)，光電跟蹤仿形系統(tǒng)等。采用液壓或電液仿形銑床時(shí)，由于靠模所受壓力極小，使用壽命長，因而可以采用鑄鐵、鋁合金、木材、石膏等容易加工的材料制造。采用光電跟蹤仿形時(shí)，由于光電系統(tǒng)可跟蹤白色背景上的黑線、工藝人員只需繪制凸輪的輪廓圖，就可按圖進(jìn)行輪廓仿形加工。 （3）仿形磨削凸輪 仿形磨削用于加工凸輪型面已淬硬且粗糙度要求小，輪廓功線的向徑精度要求較高的凸輪。 仿形磨削可在通用機(jī)床上安裝仿形裝置和磨頭進(jìn)行加工，亦可在專門的仿形磨床上加工，它們的構(gòu)造與工作原理基本上與仿形銑削相同。 使用數(shù)控機(jī)床加工凸輪目前漸漸增多，是一種較新的加工方法。 三：用專用靠模、專用夾具枉普通立銑床上銑削 在立銑床上松開刀架橫向進(jìn)給的螺絲，靠配通產(chǎn)生的力迫使?jié)L于一直靠緊靠模。這種方法在工廠既沒靠模銑床， 又沒有數(shù)控機(jī)床的條件下而生產(chǎn)批量又較大的場合下使用。 四：在萬能銑床上加工 從動(dòng)桿作勻速運(yùn)動(dòng)的凸輪，盤狀凸輪的輪廓曲線是阿基米德螺線，圓柱凸輪的槽展開圖為一斜直線。 這兩種凸輪的輪廓曲線可以在萬能銑床上加工，只要計(jì)算好配換齒輪，刀具即能按上述曲線運(yùn)動(dòng)，加工比較方便。 1.2 凸輪機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)研究意義 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，將凸輪的設(shè)計(jì)、分析，優(yōu)化及測試進(jìn)行一系列的綜合性實(shí)驗(yàn)，不僅可供學(xué)生使用，增強(qiáng)他們的綜合設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、分析和解決問題能力，而且還可以為凸輪機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步研究提供一個(gè)平臺(tái)。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以研究凸輪的輪廓曲線，分析各種運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，然后進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，凸輪機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)研制對于凸輪機(jī)構(gòu)的深入研究和生產(chǎn)制造都會(huì)起著重要的作用。 2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題 2.1 基本內(nèi)容 本課題主要內(nèi)容有： 1、了解凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及特性測試試驗(yàn)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、實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械裝配圖一份及主要零件加工圖若干份； 3、相關(guān)測試用傳感器、型號(hào)選定及按裝機(jī)架設(shè)計(jì)； 4、凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)。 2.2 擬解決的主要問題 設(shè)計(jì)一臺(tái)小型凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái), 完成凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性參數(shù)可測試。利用計(jì)算機(jī)對凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后，通過計(jì)算機(jī)對凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真和測試分析，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)仿真和測試分析有效的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際的緊密結(jié)合。從而深入了解不同規(guī)律的盤形凸輪和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。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)上開展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和推廣應(yīng)用。 3 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果 3.1 研究思路方案 3.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)工作的基本原理 凸輪機(jī)構(gòu)的類型眾多，輪廓曲線通常也比較復(fù)雜，本課題所選用的是最常用的盤形凸輪機(jī)構(gòu)，直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪，如圖3-1所示。當(dāng)凸輪l繞軸O旋轉(zhuǎn)時(shí)，推動(dòng)從動(dòng)件2沿導(dǎo)軌3(機(jī)架)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。通常，凸輪為機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件。 圖3-1 凸輪機(jī)構(gòu) 3.1.2 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)組成 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)框圖如圖3-2所示，它由以下設(shè)備組成： 1、凸輪綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)（凸輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)）。 2、凸輪軸角位移傳感器、角度盤, 各 1個(gè)，測量凸輪回轉(zhuǎn)軸角位移。 3、直動(dòng)從動(dòng)件位移傳感器、百分表, 各 1個(gè)，測量直動(dòng)從動(dòng)件位移。 4、擺動(dòng)從動(dòng)件角位移傳感器。 5、凸輪運(yùn)動(dòng)精密測量儀（單片機(jī)系統(tǒng)）。 6、計(jì)算機(jī) 7、打印機(jī) 圖3-2 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)框圖 3.2 可行性分析 凸輪機(jī)構(gòu)是最簡單的平面機(jī)構(gòu)之一。在前人研究工作基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)論文進(jìn)行凸輪機(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，在基本原理上是可行的。 本設(shè)計(jì)的工作主要涉及力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識(shí),CAD等設(shè)計(jì)軟件，本人已學(xué)習(xí)了這些相關(guān)課程，并取得了較好的成績，掌握了本設(shè)計(jì)所需的基本知識(shí)。 指導(dǎo)老師及其課題組在相關(guān)研究方面具有很多成功的經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)的研究方法思路經(jīng)過深思熟慮，切實(shí)可行，能夠確保畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。 3.3 預(yù)期研究成果 完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)相應(yīng)傳感器的按裝設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)能較好的滿足設(shè)計(jì)要求。 ４ 研究工作計(jì)劃 起止時(shí)間 內(nèi)容 2012.11.17~2012.12.03 調(diào)研、信息匯總，文獻(xiàn)查閱分析 2012.12.07~2013.01.03 外文翻譯、文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告，并熟悉理論力學(xué)、機(jī)械原理等相關(guān)知識(shí) 2013.01.04~2013.01.14 提交開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述及外文翻譯 2013.01.16~2013.01.16 開題答辯 2013.01.18~2013.03.10 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)的整體方案設(shè)計(jì) 2013.03.11~2013.03.28 試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)及零部件設(shè)計(jì) 2013.03.29~2013.04.11 試驗(yàn)平臺(tái)裝配 2013.04.12~2013.04.24 繪制裝配圖及主要零件圖 2013.04.25~2013.05.02 結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)及畢業(yè)論文撰寫 2013.05.03~2013.05.10 完成并提交畢業(yè)論文 2013.05.11~2013.05.24 整理材料準(zhǔn)備答辯 2013.05.25~2013.05.29 論文答辯 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. [2] 趙韓，丁爵曾，粱錦華．凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，1993 [3] 吳努，沈世?。叫蟹侄韧馆啓C(jī)構(gòu)[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)，1994，12(10), 13～17 [4] 吳努，沈世?。喂曹椡馆喌脑O(shè)計(jì)[J]．機(jī)槭設(shè)計(jì)，1994，11(5)：20~22 [5] Mills J K,Optimal design and sensitivity analysls of flexible cam mechanisms[J], Mech Mach Theory，1993 [5] Hongsen Y.Variable-speed method for improving motion characteristics of cam systems．J Mech Des[J]，Trans AS—ME．1996 [6] Tidwell P H.Synthesis of wrapping cams．J Mech Des[J]，Trans ASME，1994 [7] Gonzalez P，Antonio M．Synthesis of cam—ocillating roller-follower mechanisms,a unfied approach,Mechanism Design and Synthesis[J],ASME Des Eng Div Publ DE，1992 [9] 牧野洋．自動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版杜，1980F．D [10] 趙韓，丁爵曾，粱錦華．凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，1993 15 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 國內(nèi)凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 3 國外凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 4 凸輪機(jī)構(gòu)研究趨勢 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 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)上開展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和推廣應(yīng)用。因此，開展對凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的研究，對于揭示機(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 國內(nèi)凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 我國對凸輪機(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)國家相比，我國對凸輪機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較在的差距，尤其是在對振動(dòng)的研究、凸輪機(jī)構(gòu)的加工及產(chǎn)品開發(fā)等方面。 3 國外凸輪機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 在歐美各國，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，人們開始對配氣凸輪機(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最先對凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。后來不少學(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，對高速凸輪的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測量，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》，對歐美各國自1950年以來在各研究方向所發(fā)表的論文數(shù)量作了初略的統(tǒng)計(jì)，總結(jié)得出四十年來歐美各國凸輪機(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)的選擇也越來越復(fù)雜，如可以是最小體積、最小接觸應(yīng)力、最長壽命、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 雖然已有很多學(xué)者對凸輪機(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)問題本身的復(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) 雖然國內(nèi)外的研究成果很多，但是還有很多問題沒有解決，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)。要解決這些問題，還需要我們?nèi)プ龊芏嘌芯俊? 通過收集各方面的資料和初期規(guī)劃，我已經(jīng)對凸輪機(jī)構(gòu)有了初步的了解，相信經(jīng)過自己的努力和老師的指導(dǎo)下，我能吧它做好，雖然問題會(huì)在做的過程中不斷出現(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. [2] 趙韓，丁爵曾，粱錦華．凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，1993 [3] 吳努，沈世?。叫蟹侄韧馆啓C(jī)構(gòu)[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)，1994，12(10), 13～17 [4] 吳努，沈世?。喂曹椡馆喌脑O(shè)計(jì)[J]．機(jī)槭設(shè)計(jì)，1994，11(5)：20~22 [5] Mills J K,Optimal design and sensitivity analysls of flexible cam mechanisms[J], Mech Mach Theory，1993 [6] Hongsen Y.Variable-speed method for improving motion characteristics of cam systems．J Mech Des[J]，Trans AS—ME．1996 [7] Tidwell P H.Synthesis of wrapping cams．J Mech Des[J]，Trans ASME，1994 [8] Gonzalez P，Antonio M．Synthesis of cam—ocillating roller-follower mechanisms,a unfied approach,Mechanism Design and Synthesis[J],ASME Des Eng Div Publ DE，1992 [9] 牧野洋．自動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版杜，1980F．D [10] 趙韓，丁爵曾，粱錦華．凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，1993 4