毕业设计（论文）-等宽凸轮机构运动仿真.docx

毕业设计（论文）说明书设计（论文）题目：等宽凸轮机构仿真学院名称：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：学生姓名：学号：指导教师：202X年月日摘要在机械设备中凸轮机构的运用十分广泛，因其结构设计简单、可以实现不同速度之间的传递等的优点得到广大设计人员青睐。而等宽凸轮机构作为凸轮机构的一种，具有一定的特殊性。本论文主要是通过对凸轮机构的发展历史对凸轮机构介绍其工作原理、日前运用的情况以及今后发展的方向，通过对等宽凸轮机构的结构分析以及运动轨迹的分析计算，建立数学模型，得到最优值，避免凸轮设计不当造成的速度突变以及非正常磨损。通过对凸轮机构的三为建模,借助三维软件solidworks建模并进行运动仿真，模拟凸轮机构的运动轨迹，根据有限元分析软件对零件强度进行校核，得到最优解。关键词：等宽凸轮运动分析仿真有限元分析abstractInmechanicalequipment,cammechanismiswidelyused.Becauseofitssimplestructureandsimpledesign,itcangettheadvantagesoftransmissionbetweendifferentspeeds.Thecammechanismasacammechanism,hasacertainparticularity.Thispaperismainlybasedonthehistoricaldevelopmentofcammechanismofcammechanismandintroducesitsworkingprinciple,theuseofthecurrentsituationandfuturedirectionofdevelopment,throughtheanalysisofthestructureofcammechanismandanalysisoftrajectorycalculation,mathematicalmodel,theoptimalvalue,avoidtheimproperdesignofthecamspeedmutationandabnormalwear.Bymodelingthecammechanismthree,modelingandmotionsimulationwiththehelpof3DSoftwareSolidworks,themotiontrajectoryofthecammechanismissimulated,andthestrengthofthepartsischeckedaccordingtothefiniteelementanalysissoftware,andtheoptimalsolutionisobtained.Keywords:simulationfiniteelementanalysisofcammotionanalysis目录摘要abstract第一章绪论11.1 引言11.2 国内外凸轮结构的发展概况21.2.1 国外等宽凸轮机构的发展状况21.2.2 我国的凸轮发展现状213等宽凸轮机构的发展历史及发展方向3第二章凸轮机构的分析32.1 凸轮机构的分类及特点32.1.1 凸轮机构的组成32.2 推杆的常用运动轨迹4222二次多项式运动轨迹（加速减速轨迹）52.3 凸轮机构与其他机构的比较82.3.1 凸轮机构与气缸动作的比较82.3.2 凸轮与连杆结构的比较92.4 等宽凸轮机构的原理及其应用102.4.1 等宽凸轮的运动及原理10第三章等宽凸轮机构的结构设计113.1 等宽凸轮的设计113.1.2 凸轮机构的压力角和自锁143.1.3 机构尺寸与压力角的关系143.1.4 滚子半径的校核153.1.5 基圆半径的选择163.2 电机扭矩计算16第四章等宽凸轮机构的三维建模及仿真164.1 软件介绍164.2 SolidWorks三维设计软件的常用命令简述184.2.1.草图绘制命令184.2.2特征绘制命令194.2.3银金、焊件等其它特征绘图命令204. 2.4迈迪数据库等插件操作214.3 等宽凸轮机构的主要部件三维建模22431等宽凸轮的建模22432轴的三维建模244.3.3等宽凸轮机构的装配244.4 等宽凸轮机构的运动仿真动画25致谢27参考文献28第一章绪论1.1 引言近些年来，随着我国经济水平的提高，我国已成为全世界机械制造和使用大国。机械设备的设计制造随着技术水平的提高种类也越来越多，不管在传统设备还是一些先进的自动化设备当中，凸轮机构因其设计结构简单，设计方便,功能复杂，可以实现旋转运动转变直线运动，通过凸轮尺寸的变化改变运动的速度和方向，可以做到垂直、水平等位置的移动，在传统的冲床等大型设备、包装机械、自动化非标设备、食品印刷等设备中应用广泛。凸轮机构是由凸轮,从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。而等宽凸轮机构作为凸轮机构之一，因其特有的特性应用广泛，最常用的和普遍的是柱塞泵等往复运动的机构设备中。其上下两个触电之间的距离为一定值，不论凸轮现在处如凸轮机构的哪一位值，其两处点的距离均相等为一定值，即凸轮180度是前后180的镜像轨迹。因其特有的特性，可以时间柱塞泵两个空腔件循环交替工作，实现效率的最大化。等宽凸轮机构因其工作稳定性优于气动和液压运动，其工作性能可靠、设计简单、可以实现不同的运动速度之间的变化被广泛应用。在对凸轮机构的研究学术上也十分重要，所以说对等宽凸轮机构的设计研究意义非凡。1.2 国内外凸轮结构的发展概况1.2.1 国外等宽凸轮机构的发展状况欧美各国为等宽凸轮机构的研究具有历史性的作用，早在三十年代，一些国外的学者已经对凸轮机构的研究十分重视，也取得了相当的成就。F.D.Furman就系统的介绍了低速凸轮机构的运行动作规律，为凸轮机构的发展起到了奠基石的作用。四十年代已经同过对凸轮机构的研究在动力学和运动学的基础上进行了全面的分析。五十年代，根据高速摄像系统和加速度分析仪对凸轮机构的运行轨迹进行全面剖析，进行了较为准旗的测量，取得了举世瞩目的成绩。随着计算机水平的提高，借助先进的CAD等设计软件对凸轮机构进行全面分析，从单纯的运动分析到动力学的研究，发展成借助先进的设计软件对凸轮机构进行优化设计。在高速凸轮运动方面，欧美等过也获得了巨大的成功,通过傅氏级数理论的提出是高速运动凸轮获得重大突破。最近德美等学者在高速运动凸轮的研究又有重大突破，通过采用谐分析，谐综合等的方法将高度凸轮机构的运动学性能有很大改善。122我国的凸轮发展现状我国对凸轮机构的研究已经有数年的历史，随不如欧美等国对凸轮机构研究的深入，但已经取得了长足的发展，从83年学术会中两篇凸轮机构的学术研究论文，仅仅五年时间，对凸轮相关的成功学术研究论文已经达到二十多篇，到90年我国也已经采用先进的CAD/CAM等技术对凸轮机构进行全面的分析研究。现今，我国对凸轮机构的研究也更加深入、系统化，而且已经将对凸轮机构的研究普遍应用于许多设备当中，比如包装机械、非标自动化设备、食品机械、道路交通设备、印染机械等等多种领域，已经取得了相当可观的成就。但因我国对凸轮机构的研究较晚，与欧美日等科技先进大国的相比之下还存在相当大的差距，在解决震动、发热以及加工工艺等问题方面还落后于欧美日等国，这也是我们目前前进的动力方向，我们也要付诸行动，努力赶超。1.3 等宽凸轮机构的发展历史及发展方向凸轮机构因其机构简单、设计简单、可以实现多种运动等优点，被广泛的应用于多种领域。早在三十年代人们机已经开始对凸轮机构的研究与制造，其技术随着科技水平的提升也在不管进步。凸轮机构在中低速运行的技术已经相当成熟，因其凸轮机构的特有弊端，再高速运转当中，摩擦严重发热的问题导致一些高速设备中难以运用凸轮机构。目前，国内外已经借助先进的技术制造水平和智能的优化分析软件和动力学特性加紧对高速凸轮的研究，这也是以后凸轮机构的发展方向。等宽凸轮机构的发展方向1 .在对运动规律方面要寻求更加有效的方式方法。2 .发展有效的CAD系统，使其更加智能、更加先进。3 .引入凸轮计算机模型，将凸轮设计更加系统化。4 .对高速凸轮的研究，解决凸轮高速运动中的弊端。第二章凸轮机构的分析2.1 凸轮机构的分类及特点2.1.1 凸轮机构的组成凸轮机构一般由凸轮、机架、推杆组成，其优点为推杆在凸轮表面滚动或滑动，通过凸轮的转动获得预期设计凸轮轮廓线的运动轨迹。缺点是由于凸轮和推杆为点接触或线接触容易磨损，智能适合在传动力不大的场合使用。2.1.2 凸轮机构的分类L按凸轮的形状可分为圆柱凸轮和盘型凸轮2 .按推杆的形状分为：平底推杆、滚子推杆、尖角推杆。平底推杆：平底推杆与凸轮垂直接触，接触面较大，在不考虑摩擦的情况下,受力均匀，转动平稳，容易形成润滑油膜，保护接触面。滚子推杆：在推杆底部装有滚动轴承，推杆与凸轮面的接触形式由滑动摩擦变为滚动摩擦，减小摩擦力，提高使用寿命。尖角推杆：尖角推杆与凸轮面的接触为点接触，可以再较小空间内实现与凸轮面的接触，但其磨损严重智能适用于负载力不大的场合。3 .按从动件的运动方式可分为：直线往复运动和摆动凸轮机构。2.2推杆的常用运动轨迹2.2.1 多项式运动轨迹其公式为：S=C0+C1+G2+-+Cnn推程：s=kbV=a=0回程：s=(l-°)v=ho'a=Q下图为其运动轨迹方程，有图可见其速度冲击力较大。图221多项式运动轨迹图2.2.2 二次多项式运动轨迹(加速减速轨迹)推程增速方程：s=2h7o2V =ih02a=4702回程减速速方程：s=h-2h(0-)7o2V =Ah(0-)/o2a=<lh()VJ由下图可见其冲击没有多项式运动方程那么大，具有柔性冲击。2.2-2二次多项式运动轨迹2.2.3 余弦运动轨迹方程余弦运动轨迹方程又称为简谐运动轨迹方程其推程方程为：s=hL-cos(1150)2V=祝/sirIOrS/&)/2&a=11zhafcos(50)25q其回程运动方程为：S=瓦l+cos(SS'o)2V=-成rsin(乃55'o)2b'o>a=-112h2cos(t5'0)2J,J由此可见其运动冲击次数减少，基本为柔性冲击。2.2-3余弦运动轨迹方程224正弦加速度运动方程正弦加速度运动方程又称为摆线运动轨迹方程其方程式主要为：推程运动轨迹方程：S=h(&)-sm(2JJ0)/2疔V=haj-cos(2J/&)/&a=2h1sin(211/0)/回程运动轨迹方程：5=l-(J/J,o)+sin(25/5'o)/211V=dcos(2J/(5'o)-1/<5'0>a=-211harsin(2;r5/5'o)/5'；有下图正弦加速度运动堆积图可以看出正弦加速度方程几乎没有冲击力。V-=2ha=6.zhco'/o2.2-4正弦加速度运动方程2.3 凸轮机构与其他机构的比较2.3.1 凸轮机构与气缸动作的比较1、结构运动特性：凸轮机构结构紧凑，可靠性高，可以