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平行分度凸轮机构的轮廓设计和动力学分析

作　者: 潘同庆
导　师: 常宗瑜
学　校: 中国海洋大学
专　业: 工程热物理
关键词: 平行分度凸轮机构轮廓设计动力学分析间隙无线加速度传感器间歇运动带牙排的滚子链热分析
分类号: TH112.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

平行分度凸轮机构是自动机械中实现间歇步进运动的关键部件,在食品、药品、印刷等行业得到广泛的应用。为了对平行分度凸轮的进行廓形优化设计和改善平行分度凸轮机构的动力学性能,本文以平行分度凸轮机构为研究对象,对平行分度凸轮轮廓设计,动力学分析和热分析。在平行分度凸轮机构轮廓设计方面,本文基于指数积方法推导了平行分度凸轮的理论轮廓和实际轮廓的方程,并用C语言编写了平行分度凸轮廓线生成程序,在程序中可以实现运动规律的选取和平行分度凸轮参数的改变。在MATLAB中运用复极矢量法和极坐标转换程序将从C语言中生成的凸轮轮廓数据以图形显示的方式,显示出直观的平行分度凸轮运动二维平面图和运动仿真图形,从而验证凸轮轮廓设计程序的正确性。在动力学方面,本文利用单边接触模型建立平行分度凸轮机构的动力学方程,利用动力学分析仿真软件—ADAMS,考虑平行分度凸轮中的间隙,建立平行分度凸轮的动力学模型,并施加接触约束和添加负载,输入运动转速后对平行分度凸轮机构进行动力学模拟仿真。通过对分度盘和负载盘的角加速度曲线进行分析,验证动力学模型建立的正确性。改变间隙,负载,输入转速的大小,得出这些参数的改变对平行分度凸轮机构动力学性能的影响。改变动力学模型中的凸轮轮廓廓形,分析加工质量和制造误差等对平行分度凸轮机构动力学性能的影响。本文对某型号全自动模切机的滚子链-牙排系统的动力学响应进行了实验研究,首次采用无线加速度测量系统得到了牙排在不同速度、不同工位下的三个方向加速度响应。通过对加速度信号的分析,获得了牙排进纸的间歇运动规律,并分析了速度、加工位置等因素对动力学影响,为进一步提高机器的性能提供了依据。在热分析方面,用Solidworks建立平行分度凸轮机构的三维实体模型,导入ANSYS中,进行材料参数的选择和网络划分,定义边界条件和热载荷输入,对平行分度凸轮机构的本体温度场进行分析,分析接触面产生的摩擦热对平行分度凸轮机构的接触力载荷分布和动力学性能的影响。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
1. 绪论  11-22
  1.1 引言  11
  1.2 分度凸轮机构发展和分类  11-13
  1.3 国内外研究现状  13-20
    1.3.1 分度凸轮轮廓设计研究现状  13-15
    1.3.2 分度凸轮机构动力学分析研究现状  15-19
    1.3.3 分度机构热分析  19-20
  1.4 本文研究主要内容  20-22
2 平行分度凸轮机构的轮廓方程求解与推导  22-33
  2.1 平行分度凸轮机构的基本型式与工作特点  22-23
  2.2 凸轮廓线的形成与方程的建立  23-25
  2.3 平行分度凸轮机构轮廓的约束条件  25-27
    2.3.1 平行分度凸轮的外径条件  25-26
    2.3.2 平行分度凸轮的防止根切条件  26
    2.3.3 平行分度凸轮的压力角条件  26-27
  2.4 基于指数积方法的平行分度凸轮机构的轮廓方程推导  27-33
    2.4.1 指数积方法的理论推导  27-30
    2.4.2 指数积公式在平行分度凸轮机构中的应用  30-33
3. 平行分度凸轮廓线生成及运动仿真系统的开发与设计  33-40
  3.1 平行分度凸轮机构轮廓的设计方法和步骤  33-34
  3.2 凸轮机构运动规律的选取  34-37
    3.2.1 最常用的简谐组合运动规律有如下四种  34-36
    3.2.2 通用简谐组合运动规律  36-37
  3.3 利用C 语言生成平行分度凸轮机构轮廓  37-38
  3.4 MATLAB 中生成平行分度凸轮轮廓曲线图  38-40
4. 平行分度凸轮机构的动力学分析  40-60
  4.1 单边接触模型和平行分度凸轮机构动力学方程的建立  40-41
  4.2 动力学分析软件—AMAMS 概述  41-43
  4.3 利用ADAMS 进行平行分度凸轮机构建模的步骤  43-45
  4.4 含间隙的平行分度凸轮机构的动力学问题分析  45-51
    4.4.1 间隙为0.01mm 时平行分度凸轮机构动力学响应分析  46-49
    4.4.2 间隙变化对平行分度凸轮机构动力学的影响分析  49-51
  4.5 负载大小变化对平行分度凸轮机构动力学性能的影响  51-52
  4.6 输入转速改变对平行分度凸轮机构动力学性能的影响  52-53
  4.7 凸轮轮廓廓形误差对平行分度凸轮机构动力学性能的影响  53-58
    4.7.1 凸轮轮廓某一段与滚子啮合的曲线廓形发生变化  55-56
    4.7.2 凸轮轮廓与滚子啮合的三段曲线均发生变化  56-58
  4.8 平行分度凸轮动力学分析结论  58-60
5 平行分度凸轮机构的实验研究  60-69
  5.1 实验装置和实验过程  60-62
  5.2 实验过程和结果分析  62-68
    5.2.1 牙排整个工艺周期的振动情况  63-65
    5.2.2 间歇输送机构的运动规律分析  65-66
    5.2.3 间歇输送机构的停歇段的分析  66-68
  5.3 结论  68-69
6 平行分度凸轮温度场分析  69-81
  6.1 平行分度凸轮机构瞬态温度的热平衡方程与边界条件  69-70
  6.2 平行分度凸轮机构滚子本体温度的热平衡方程与边界条件  70-71
  6.3 平行分度凸轮机构温度场有限元模型的建立和分析  71-77
    6.3.1 平行分度凸轮机构三维实体模型的导入和划分网络  72-75
    6.3.2 施加载荷和热边界条件  75-76
    6.3.3 ANSYS 求解和绘制温度场框图  76-77
  6.4 热载荷计算  77-81
    6.4.1 滑动摩擦热计算  77-78
    6.4.2 平行分度凸轮机构温度场有限元计算  78
    6.4.3 平行分度凸轮机构温度场结果分析  78-81
7 结论与展望  81-84
  7.1 本文总结  81-82
  7.2 工作展望  82-84
参考文献  84-88
致谢  88-89
个人简历  89
硕士期间论文发表情况  89
奖励情况  89

平行分度凸轮机构的轮廓设计和动力学分析

内容摘要

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