盤形凸輪廓形曲線計算機輔助設(shè)計

盤形凸輪廓形曲線計算機輔助設(shè)計,凸輪,曲線,計算機輔助設(shè)計 本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告論 文 題 目：盤形凸輪廓形曲線計算機輔助設(shè)計 學(xué) 院：機械工程學(xué)院 專 業(yè) 、班 級： 學(xué) 生 姓 名：指導(dǎo)教師（職稱） 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)1.論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；2.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值；3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題；2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）；3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計）工作安排1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；2.論文（設(shè)計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。五、其他要求1.開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；2.開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。一、選題依據(jù)1論文（設(shè)計）題目盤形凸輪廓形曲線計算機輔助設(shè)計2研究領(lǐng)域計算機輔助設(shè)計3論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值凸輪機構(gòu)是由凸輪、從動件和機架組成的高副機構(gòu)。凸輪機構(gòu)中，只要凸輪廓線設(shè)計合理，便可使從動件按照任意給定的規(guī)律運動，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠的特點，同時凸輪機構(gòu)還兼有傳動、導(dǎo)向及控制機構(gòu)的各種功能。在以凸輪為中心的基礎(chǔ)上，已經(jīng)發(fā)展出成千上萬種高效、小型、精密、價廉的機械，例如內(nèi)燃機配氣系統(tǒng)、自動包裝機、自動成型機、自動裝配機、自動機床、紡織機械、農(nóng)業(yè)機械、印刷機械、自動辦公設(shè)備、自動售貨機、電子元件的自動加工機械、服裝加工機械掣等。凸輪按照形狀可分為：盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪。其中盤形凸輪是一個繞固定軸轉(zhuǎn)動并且具有變化向徑的盤形零件，如內(nèi)燃機配氣機構(gòu)中的凸輪。當(dāng)其繞固定軸轉(zhuǎn)動時，可推動從動件在垂直于凸輪轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)運動。平面盤形凸輪在結(jié)構(gòu)上比較簡單，但實際上凸輪機構(gòu)設(shè)計是一個多層次、多因素的復(fù)雜過程，對設(shè)計人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實際廓線要精確滿足從動件的運動要求。它是凸輪的最基本型式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最廣。根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件決定了凸輪機構(gòu)的型式及凸輪的基圓半徑等基本尺寸，那么只要選定了從動件的運動規(guī)律和轉(zhuǎn)向，就可以進行凸輪廓線的設(shè)計。通常凸輪廓線的設(shè)計方法有作圖法和解析法兩種。兩者所依據(jù)的設(shè)計原理基本相同。幾何法簡便、直觀，但其效率低，繪出的凸輪輪廓誤差大，難以獲得凸輪輪廓曲線上各點的精確坐標(biāo)。所以按幾何法所得輪廓數(shù)據(jù)加工的凸輪只能應(yīng)用于低速或不重要的場合。對于高速凸輪或精確度要求較高的凸輪，必須用解析法設(shè)計凸輪廓線。所謂用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動件的運動規(guī)律和已知的機構(gòu)參數(shù)，建立凸輪理論輪廓曲線、實際輪廓曲線以及加工刀具中心軌跡的坐標(biāo)方程，并精確地計算出凸輪輪廓曲線或刀具運動軌跡上各點的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓，以適合在數(shù)控機床上加工。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。目前精確設(shè)計輪廓的方法有包絡(luò)法、速度瞬心法、等距曲面法、共扼曲面法和相對速度法等等。早期的工程技術(shù)人員大多采用作圖法繪制凸輪輪廓，這種方法的效率低、精度差、很難精確地得到壓力角和曲率半徑等設(shè)計參數(shù)。在CAD二維設(shè)計階段，CAD的作用僅僅是使工程人員得以擺脫煩瑣、精度低的手工繪圖，可重復(fù)利用已有的設(shè)計方案。但一旦凸輪有某一個參數(shù)改變凸輪的廓形曲線就會隨之改變，需要重新設(shè)計，工作量大，比較麻煩。微機進入我國已有多年，計算機技術(shù)在我國已經(jīng)得到很大的發(fā)展。計算機具有強大的數(shù)值計算、邏輯判斷和圖形繪制功能，在有關(guān)軟件的支撐下，可以完成凸輪機構(gòu)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。利用計算機進行凸輪機構(gòu)設(shè)計，不僅可以大大提高設(shè)計速度、設(shè)計精度和設(shè)計自動化程度，而且可以采用動態(tài)仿真技術(shù)和三維造型技術(shù)，模擬凸輪機構(gòu)的工作情況，甚至可由設(shè)計數(shù)據(jù)形成數(shù)控加工程序，直接傳輸給制造系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造一體化，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代周期。使用計算機參數(shù)化設(shè)計，可以使凸輪機構(gòu)的設(shè)計能夠快速進行。只要由設(shè)計者輸入或者選擇相關(guān)的參數(shù)，就能夠自動的得到有關(guān)數(shù)據(jù)。目前全國范圍內(nèi)凸輪計算機輔助設(shè)計已經(jīng)有了大量的設(shè)計論文，但在精度、實用性等方面還是有所不足。4目前研究的概況和發(fā)展趨勢我國對凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究也有多年的歷史，對凸輪機構(gòu)的設(shè)計、運動規(guī)律、輪廓線、動力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計等方面的研究都有相關(guān)的論文發(fā)表。但是，與先進國家相比，我國對凸輪機構(gòu)的設(shè)計和制造上都還存在較大的差距，尤其在制造方面，國外也只是集中在少數(shù)的幾家公司和科研機構(gòu)中，而且由于技術(shù)保密等因素，具有一定參考價值的相關(guān)資料很少公開發(fā)表，這樣就在無形中制約著我國凸輪機構(gòu)設(shè)計和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸輪機構(gòu)必須依賴進口的被動局面。我國對凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究目前仍在繼續(xù)擴展和深入。1983年全國第三屆機構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會上關(guān)于凸輪機構(gòu)的論文只有8篇，涉及設(shè)計、運動規(guī)律、分析、廓線的綜合等四個研究方向。到了1988年第六屆會議，已有凸輪機構(gòu)方面的論文20篇，增加了動力學(xué)、振動、優(yōu)化設(shè)計等研究方向。而1990年第七屆會議，凸輪機構(gòu)方面又增加了CAD/CAM、誤差分析等研究方向。近幾年，對凸輪分度機構(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構(gòu)的共扼曲面原理山、專家系統(tǒng)等方面也有了相當(dāng)?shù)难芯俊，F(xiàn)在凸輪機構(gòu)已經(jīng)在包裝機械、食品機械、紡織機械、交通運輸機械、動力機械、印刷機械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，與先進國家相比，我國對凸輪機構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較大的差距。隨著CAD/CAM技術(shù)在機械領(lǐng)域應(yīng)用的日趨成熟和廣泛，在國內(nèi)也出現(xiàn)了一些研究凸輪機構(gòu)CAD/CAM系統(tǒng)的文獻也有新的突破，許多學(xué)者發(fā)表了關(guān)于凸輪機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、凸輪，采用面向?qū)ο蟮膮?shù)化程序設(shè)計方法，設(shè)計出了主要包括工作機構(gòu)運動循環(huán)圖和運動規(guī)律設(shè)計、從動件系統(tǒng)設(shè)計、凸輪機構(gòu)的運動學(xué)分析、條件校核、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及結(jié)果輸出等內(nèi)容的平面凸輪的CAD軟件，實現(xiàn)了凸輪的計算機輔助設(shè)計。文獻則是在凸輪機構(gòu)CAD系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究針對某種凸輪機構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)，實現(xiàn)了凸輪設(shè)計、凸輪數(shù)控加工一體化，進一步提高了凸輪CAD/CAM技術(shù)的實用性。但這些凸輪的CAD/CAM系統(tǒng)核心技術(shù)僅被某些企業(yè)所有，并未在市場上以商品軟件的形式出現(xiàn)。CAD技術(shù)是先進制造技術(shù)的重要組成部分，利用CAD技術(shù)可以起到提高企業(yè)的設(shè)計效率、優(yōu)化設(shè)計方案、減輕技術(shù)人員的勞動強度、縮短設(shè)計周期、加強設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化等作用。本文在研究基于特征的三維CAD理論的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一個擴充性、開放性、復(fù)用性和維護性良好的CAD軟件系統(tǒng)。并在CAD技術(shù)理論和CAD軟件體系結(jié)構(gòu)上，做出了許多具有重要意義的工作。平面盤形凸輪在結(jié)構(gòu)上比較簡單，但實際上凸輪機構(gòu)設(shè)計是一個多層次、多因素的復(fù)雜過程，對設(shè)計人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實際廓線要精確滿足從動件的運動要求。實現(xiàn)從動件運動規(guī)律主要依賴于凸輪輪廓曲線形狀，因而輪廓曲線設(shè)計是凸輪機構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。凸輪機構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)便是凸輪輪廓曲線的設(shè)計。傳統(tǒng)的凸輪輪廓設(shè)計方法通常采用作圖法或解析法。作圖法雖簡便易行，但其效率低，繪出的凸輪輪廓誤差大。所謂用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動件的運動規(guī)律和已知的機構(gòu)參數(shù)，求出凸輪廓線的方程式，并精確地計算出凸輪廓線上各點的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。目前精確設(shè)計輪廓的方法有包絡(luò)法、速度瞬心法、等距曲面法、共扼曲面法和相對速度法等等。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題（1）軟件總體功能設(shè)計和程序總體框架設(shè)計。（2）直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計，包括：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪。（3）擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計，包括：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪。主要對凸輪輪動規(guī)律進行分析，并運用解析法和作圖法設(shè)計出各類盤形凸輪的輪廓曲線，借助于vb編程減少計算量、加精確度，實現(xiàn)人機結(jié)合的理念。2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）1.緒論1.1凸輪結(jié)構(gòu)概述1.2凸輪結(jié)構(gòu)課題研究背景及意義1.3目前研究概況及未來發(fā)展趨勢2.從動件運動規(guī)律2.1等速度運動規(guī)律2.2等加速、等減速運動規(guī)律2.3五次多項式運動規(guī)律2.4正弦加速度運動規(guī)律2.5余弦加速度（簡諧）運動規(guī)律3.盤形凸輪的類型分析3.1對凸輪類型進行分析3.2對從動件進行分析3.3對運動形式進行分析4.盤形凸輪輪廓線的設(shè)計4.1反轉(zhuǎn)法概念及原理4.2尖頂直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計4.3滾子直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計4.4平底直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計4.5尖頂擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計4.6滾子擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計4.7平底擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計5.盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計5.1壓力角的設(shè)計及檢驗5.2盤形凸輪曲率半徑設(shè)計及檢驗5.3盤形凸輪系統(tǒng)開發(fā)6.總結(jié)3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果（1）根據(jù)課題要求對盤形凸輪機構(gòu)進行分析、設(shè)計與研究。（2）開發(fā)相關(guān)應(yīng)用軟件，提供VB程序源代碼、工程文件和可執(zhí)行文件，程序運行可靠。（3）翻譯相關(guān)外文資料。（4）完成畢業(yè)論文。三、論文（設(shè)計）工作安排1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）用解析法設(shè)計凸輪廓線并用VisualBasic語言來進行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。用解析法設(shè)計凸輪廓線的關(guān)鍵問題是將凸輪廓線表示為數(shù)學(xué)形式，這一過程稱為建立數(shù)學(xué)模型。Visual Basic 提供了繪圖功能，如果以足夠小的間距將凸輪輪廓上的點繪出，這一系列的點就構(gòu)成了凸輪輪廓曲線。建立凸輪輪廓曲線上點的坐標(biāo)表達式，利用方程算出計算各類凸輪的理論廓線和實際廓線。分析各類凸輪的從動件運動規(guī)律，通常從動件運動規(guī)律的選取與設(shè)計，是根據(jù)凸輪機構(gòu)的應(yīng)用工況以及要完成的運動功能來確定的。確定凸輪的轉(zhuǎn)動方向、基圓半徑之后就可以對凸輪廓線進行設(shè)計了。然后計算壓力角及曲率半徑并校核是否符合要求。本課題擬采用VisualBasic語言來進行凸輪的參數(shù)化設(shè)計，輸入凸輪相關(guān)基本參數(shù)，自動計算凸輪廓形任意點坐標(biāo)值，繪制凸輪廓形曲線，繪制凸輪運動線圖。程序?qū)⑻峁┝己玫娜藱C交互操作界面，為盤形凸輪廓形設(shè)計提供良好的電子設(shè)計平臺。2.論文（設(shè)計）進度計劃第1周：安排設(shè)計任務(wù)，布置設(shè)計要求第2周：分析設(shè)計題目，了解設(shè)計內(nèi)容，復(fù)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識第3周：查找設(shè)計資料，查找設(shè)計文獻第4周：撰寫開題報告，修改開題報告，開題答辯第5周：軟件總體方案設(shè)計，主界面設(shè)計第6周：尖頂直動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計第7周：滾子直動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計第8周：平底直動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計第9周：尖頂擺動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計第10周：滾子擺動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計第11周：平底擺動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計第12周：凸輪運動規(guī)律分析，作圖法和解析法設(shè)計凸輪廓線第13周：程序運行與調(diào)試第14周：撰寫設(shè)計說明書和外文翻譯第15周：修改設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯四、需要閱讀的參考文獻1宋敏.盤形凸輪廓線的計算機輔助設(shè)計研究J.科學(xué)技術(shù)與工程,2012(15):3645-3649.2張懿驊.織網(wǎng)機下鉤機構(gòu)凸輪輪廓曲線優(yōu)化J.機械工程與自動化,2016（06）:91-93.3張牧元.發(fā)動機配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計與研究J.汽車零部件,2016（06）:61-63.4冀曉紅.基于VB6.0和UG6.0的盤形凸輪機構(gòu)CAD系統(tǒng)設(shè)計J.機械研究與應(yīng)用,2013（06）:76-78.5李軍.基于MATLAB的平面盤形凸輪機構(gòu)參數(shù)化設(shè)計J.煤炭技術(shù),2011（03）:22-24.6王林艷.盤型凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)J.機械傳動,2010（08）:29-34.7谷敬宇.基于UG表達式的直動平底從動件盤形凸輪廓形設(shè)計J.中國制造業(yè)信息化,2009（09）:25-28.8馬寶麗.基于VB軟件的盤形凸輪機構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計與運動分析J.輕工機械,2010（06）:56-59.9諸彩琴.基于VB的共軛凸輪廓線的反求J.紡織學(xué)報,2009（01）:107-111.10陳軍.盤形凸輪的解析法設(shè)計及宏程序應(yīng)用研究J.機械工程師,2009（07）:109-110.11徐森亮.盤形凸輪輪廓曲線的參數(shù)化設(shè)計J.現(xiàn)代機械,2009（02）:08-10.12陳小燕.基于VBA的凸輪輪廓設(shè)計與結(jié)果輸出J.機械制造與自動化,2009（04）:31-33.13徐暢.基于VB的直動推桿盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計及分析J.機械,2009（08）:41-44.14 Hansong Xiao,Jean W. Zu. Cam profile optimization for a new cam driveJ. Journal of Mechanical Science and Technology, 2009, Vol.23 （10）:2592-2602.15 Cardona, E. Lens, N. Nigro. Optimal Design of CamsJ.Multibody System Dynamics, 2002, Vol.7 （3）: 285-305.16 Qin, W J, He, J Q. Optimum design of local cam profile of a valve trainJ. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 2010, Vol.224 （C11）: 2487-2492.17趙明生.機械工程師手冊M.機械工業(yè)出版社，2005年.18龐興華.機械設(shè)計基礎(chǔ)M.機械工業(yè)出版社，2010.文獻綜述一現(xiàn)階段相關(guān)研究及成果在我國已有了大量的論文對盤形凸輪廓線進行設(shè)計，現(xiàn)在的研究成果主要如下：1.盤形凸輪廓線的計算機輔助設(shè)計研究本篇文章作者用解析法設(shè)計凸輪廓線，他認(rèn)為關(guān)鍵問題是將凸輪廓線表示為數(shù)學(xué)形式，這一過程稱為建立數(shù)學(xué)模型。Visual Basic提供了繪圖功能，如果以足夠小的間距將凸輪輪廓上的點繪出，這一系列的點就構(gòu)成了凸輪輪廓曲線。建立凸輪輪廓曲線上點的坐標(biāo)表達式，就是所需的數(shù)學(xué)模型。輪廓曲線設(shè)計方法：以偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)為例進行其數(shù)學(xué)模型的建立，設(shè)計一偏置直動滾子從動件盤形凸輪廓線。凸輪基圓半徑Rb，滾子半徑R r，偏距值為E，從動件的運動規(guī)律s = s（）。理論輪廓方程：過凸輪的回轉(zhuǎn)中心O建立直角坐標(biāo)系XOY，設(shè)推程開始時從動件滾子中心處于B0點，B0點即為凸輪理論廓線上的起始點。凸輪理論廓線上任一點 B 的坐標(biāo)表達式為x=（s0+s）sin+Ecos，y=（s0+s）cosEsin。若E=0，上式即為對心直動滾子從動件凸輪的理論廓線方程。實際廓線方程：滾子從動件盤形凸輪的理論廓線與實際廓線為法向等距曲線。設(shè)凸輪理論廓線上點B的法線為nn，它與x軸的夾角為。法線nn與滾子圓相交于兩個B點，則凸輪實際廓線上B點的坐標(biāo)為:x=x +（-）rcos，y= y +（-）rsin。式中，“ ”號適用于理論廓線的內(nèi)等距曲線；“+”號適用于外等距曲線。2.織網(wǎng)機下鉤機構(gòu)凸輪輪廓曲線優(yōu)化本篇文章作者采用MATLAB對凸輪輪廓線進行輔助設(shè)計。用解析法設(shè)計了凸輪的輪廓曲線方程。為滿足織網(wǎng)機織網(wǎng)成型的工藝要求，首先分析下鉤機構(gòu)的工作原理，依據(jù)機構(gòu)的工作原理，設(shè)計下鉤機構(gòu)的工作循環(huán)圖，并具體分析鉤線段、拉線段、脫線段的運行過程。采用解析法推導(dǎo)出凸輪輪廓曲線方程，根據(jù)從動件運動規(guī)律選擇原則，選擇擺線修正等速運動規(guī)律，避免等速運動規(guī)律在開始和終點處速度發(fā)生突變、凸輪機構(gòu)受到剛性沖擊和柔性沖擊，使下鉤機構(gòu)具有良好的運動學(xué)性能。運用MATLAB對凸輪輪廓線進行輔助設(shè)計，得到下鉤機構(gòu)前后和上下凸輪的理論和實際輪廓曲線，為織網(wǎng)機凸輪輪廓線提供設(shè)計參考依據(jù)。輪廓曲線設(shè)計方法：凸輪的回轉(zhuǎn)中心點作為直角坐標(biāo)系的原點，a為凸輪軸心與擺桿軸心之間距離，L為擺桿長度，ro為基圓半徑。擺動滾子從動件的起始位置AOBO 反轉(zhuǎn)角后到達位置AB，凸輪與從動件的接觸點BO到達B點，對應(yīng)從動件的擺角為。設(shè)BO點的坐標(biāo)為(xBO，yBO)，B點坐標(biāo)為（x，y），點坐標(biāo)為（xA，yA）。AB的復(fù)合運動可用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和平移變換來實現(xiàn)，即：xcos() sin（）（xBO-0）+xAy=-sin()cos（）（yBO-a）+yA將xA=asin、yA=acos、xBO=- Lsin0 、yBO=a-Lcos0，0為推桿初始角，0arccos根號下（a2+L2-r02）/ （2aL）代入式（1），可得到理論輪廓線上任意一點B的坐標(biāo)：x=asin-Lsin（0），y=acos-L cos（0）。凸輪實際輪廓線與理論輪廓線法線方向距離等于滾子半徑r，只要沿理論輪廓線任意一點B的法線方向取距離為r，即得實際輪廓線上的相應(yīng)點B（x ，y）。理論輪廓線 點處法線n-n的斜率為：tan=dx/dy=-（dx/d）/（dy/d）=sin/cos，其中：為法線n-n與x軸夾角。dx/d=acos-Lcos（0）（/），dy/d=-asin+Lsin（0）（/）。sin=（dx/d）/根號下（dx/d）2+（dy/d）2），cos=（dy/d）/根號下（dx/d）2+（dy/d）2）則凸輪實際輪廓線上對應(yīng)點B的坐標(biāo)為：x= x-（+）rcos，y= y-（+）rsin。其中：“-”用于內(nèi)等距曲線；“+”用于外等距曲線3. 發(fā)動機配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計與研究 本篇文章作者詳細介紹了配氣凸輪輪廓曲線的設(shè)計原理，通過反轉(zhuǎn)法原理分別推導(dǎo)出配氣凸輪的理論輪廓曲線和實際輪廓曲線的直角坐標(biāo)表達式，利用SolidWorks三維軟件的二次開發(fā)對凸輪輪廓曲線進行參數(shù)化設(shè)計，最終得出配氣凸輪的三維實體模型，為發(fā)動機配氣凸輪廓線的設(shè)計提供了一種依據(jù)。 配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計的方法有2種:第一種方法稱之為作圖法，另一種方法稱之為解析法。比較而言，采用解析法設(shè)計配氣凸輪的輪廓曲線要優(yōu)于作圖法，但無論采用何種方法進行設(shè)計，兩種方法的設(shè)計原理都是相同的，稱之為“反轉(zhuǎn)法”。當(dāng)凸輪以角速度繞軸O轉(zhuǎn)動時，推桿在凸輪的高副元素(輪廓曲線)的推動下實現(xiàn)預(yù)期的運動。設(shè)想給整個凸輪機構(gòu)加上一個公共角速度，使其繞軸心O轉(zhuǎn)動，此時凸輪將靜止不動，而推桿一方面隨其導(dǎo)軌以角速度繞軸心O轉(zhuǎn)動，一方面又在導(dǎo)軌內(nèi)做預(yù)期的往復(fù)移動。推桿在這種復(fù)合運動中，其尖頂?shù)倪\動軌跡即為凸輪的輪廓曲線。根據(jù)上述分析，在進行凸輪輪廓曲線設(shè)計時，假設(shè)凸輪靜止不動，而推桿相對于凸輪作反轉(zhuǎn)運動，同時又在其軌道內(nèi)作預(yù)期運動，做出推桿在這種復(fù)合運動中的一系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪輪廓曲線。這種凸輪輪廓曲線設(shè)計方法即為 “反轉(zhuǎn)法”。4基于VB6_0和UG6_0的盤形凸輪機構(gòu)CAD系統(tǒng)設(shè)計本篇文章作者利用面向用戶的可視化軟件Visual Basic6.0 和 UG 6.0 進行盤形凸輪機構(gòu)CAD系統(tǒng)設(shè)計。輸入原始參數(shù)后，得到該參數(shù)下的凸輪廓線、機構(gòu)運動分析及運動仿真，大大縮短解析法設(shè)計凸輪廓線時數(shù)據(jù)處理時間，為高速高精度凸輪機構(gòu)的設(shè)計、制造和檢測提供了有利條件。使凸輪機構(gòu)的設(shè)計直觀化、實時化。通過實例驗證，該軟件界面友好，方便直觀，既可用于工程實際，又可滿足教學(xué)需要。5. 基于MATLAB的平面盤形凸輪機構(gòu)參數(shù)化設(shè)計本篇文章作者利用MATLAB語言編制了盤形凸輪機構(gòu)輪廓參數(shù)化設(shè)計的可視化程序，針對不同參數(shù)和推桿運動規(guī)律進行了推桿運動線圖、凸輪輪廓曲線和凸輪輪廓曲線壓力角的繪制仿真實驗，并且分析了不同參數(shù)的選取對這些圖形曲線繪制的影響。6. 盤型凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)本篇文章作者主要是對盤型凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)進行開發(fā)開發(fā)，盤形凸輪輪廓曲線是復(fù)雜的非圓平面曲線，為高效、精確的實現(xiàn)其設(shè)計自動化，利用Auto-CAD二次開發(fā)功能，開發(fā)了界面友好、擴展性強的盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，實現(xiàn)了參數(shù)的輸入、參數(shù)合理性校核、設(shè)計計算及繪圖輸出等功能。依據(jù)凸輪設(shè)計理論，研究了參數(shù)校核方法，導(dǎo)出了按照要求的曲線擬合精度確定步長值的算法。最后以偏置直動滾子推桿盤型凸輪輪廓曲線為例對系統(tǒng)進行了測試和驗證，并給出了運行結(jié)果。7. 基于UG表達式的直動平底從動件盤形凸輪廓形設(shè)計本篇文章作者根據(jù)直線包絡(luò)曲線知識，結(jié)合凸輪廓形的反轉(zhuǎn)法設(shè)計方法，導(dǎo)出直動平底從動件盤形凸輪廓形曲線的一般方程，并根據(jù)積分幾何學(xué)相關(guān)知識，給出凸輪廓形曲線保持外凸的充分必要條件。利用得出的結(jié)論，結(jié)合UG表達式的格式，編譯表達式，作出凸輪廓形曲線，為直動平底從動件盤形凸輪的CAD/CAE/CAM一體化設(shè)計建立了基礎(chǔ)模型，具有實際意義。8. 基于VB軟件的盤形凸輪機構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計與運動分析本篇文章作者以VB編程語言為工具，根據(jù)直動推桿的不同類型，分別對盤形凸輪機構(gòu)進行了參數(shù)化設(shè)計。此方法只需給出凸輪機構(gòu)的幾個相關(guān)參數(shù)，并選擇推程與回程的運動規(guī)律，就可方便快捷的設(shè)計出凸輪機構(gòu)。對比于傳統(tǒng)的繪圖法，提高了效率和準(zhǔn)確度，同時對其它類型的機構(gòu)分析也具有重要的參考意義。9. 基于VB的共軛凸輪廓線的反求本篇文章作者針對凸輪加工僅靠測量數(shù)據(jù)易造成誤差，影響其工作性能的情況，提出一種通過測量數(shù)據(jù)反求其廓線的方法，并開發(fā)出以VB為平臺的共軛凸輪反求系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用二階連續(xù)三次樣條插值函數(shù)對主凸輪輪廓線進行光順處理，改善廓線的曲率連續(xù)性，再利用共軛凸輪之間的機構(gòu)關(guān)系得到副凸輪的廓線值。借助 ProE的實體構(gòu)造及運動仿真功能，進行凸輪機構(gòu)的運動特性分析，通過分析其運動規(guī)律曲線，確定從動件的運動角及運動規(guī)律，最后實現(xiàn)對共軛凸輪的重新設(shè)計。10.盤形凸輪的解析法設(shè)計及宏程序應(yīng)用研究本篇文章作者用解析法建立凸輪廓線方程，并編制宏程序在數(shù)控機床上進行加工，克服了傳統(tǒng)的圖解法設(shè)計與仿形法加工的缺點，提高了凸輪機構(gòu)從動件的實際運動規(guī)律與預(yù)期運動規(guī)律的吻合性。11.盤形凸輪輪廓曲線的參數(shù)化設(shè)計本篇文章作者介紹運用UG軟件建立參數(shù)表達組，進行盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計。介紹了構(gòu)建盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計的步驟及構(gòu)建凸輪設(shè)計參數(shù)表達式主要依據(jù)。闡述了由S-Q函數(shù)建立各參數(shù)表達式組方法、各變量的含義及參數(shù)化凸輪輪廓曲線的創(chuàng)建方法和步驟。12. 基于VBA的凸輪輪廓設(shè)計與結(jié)果輸出本篇文章作者以Visual Basic for Application(VBA)為開發(fā)工具,研制出了用戶界面友好的直動式從動件盤形凸輪輪廓曲線的CAD系統(tǒng)，實現(xiàn)了AutoCAD與Word的“無縫”連接。該系統(tǒng)實現(xiàn)了凸輪機構(gòu)設(shè)計、繪圖、設(shè)計結(jié)果輸出一體化，能顯著提高設(shè)計的品質(zhì)與效率。13.基于VB的直動推桿盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計及分析本篇文章作者采用Visual Basic為開發(fā)語言，對盤形凸輪機構(gòu)系統(tǒng)進行設(shè)計。通過人機對話，可實時修改輸入?yún)?shù)及選擇從動件運動規(guī)律，從而使凸輪機械的設(shè)計直觀化、實時化。設(shè)計者在輸入原始參數(shù)后，就能得到該參數(shù)下的凸輪輪廓線及有關(guān)參數(shù)，將大大縮短解析法設(shè)計凸輪輪廓線時數(shù)據(jù)處理時間，提高設(shè)計工作效率。14.Cam profile optimization for a new cam drive（新凸輪驅(qū)動的凸輪輪廓優(yōu)化）本篇文章作者研究復(fù)雜的凸輪形狀優(yōu)化問題，用于新凸輪驅(qū)動發(fā)動機的獨特凸輪機構(gòu)。首先，通過分析獨特的凸輪機構(gòu)來定義優(yōu)化問題。通過將發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩定義為目標(biāo)函數(shù)并且將接觸應(yīng)力、曲率半徑和壓力角作為約束，分析在優(yōu)化問題中的多個設(shè)計規(guī)格。第二，分析場景通過操縱凸輪輪廓表示和優(yōu)化方法的不同組合來找到最好的凸輪輪廓。在凸輪輪廓合成中采用兩種類型的曲線表示，包括一般多項式樣條和B樣條。此外，應(yīng)用經(jīng)典優(yōu)化技術(shù)和基于遺傳算法（GA）的方法來解決復(fù)雜優(yōu)化問題。最后，在初始輪廓和最佳輪廓之間進行比較研究，以證明這些提出的設(shè)計方法在解決凸輪輪廓優(yōu)化問題的有效性。結(jié)果顯示，從B樣條表示和基于GA的方法的組合獲得最佳輪廓，與初始設(shè)計相比，所提出的優(yōu)化方法大大提高了發(fā)動機性能。15.Optimal Design of Cams（凸輪的最佳設(shè)計）本篇文章作者提出了一種使用約束優(yōu)化算法來設(shè)計電機發(fā)動機氣門列車的凸輪。所施加的約束是最大氣門升程和為正時，而目標(biāo)函數(shù)是對氣流打開的氣門面積最小化的時間積分。施加分段分析定義的加速度，使得控制加速度分布的時間常數(shù)被用作優(yōu)化的變量。該策略考慮了一些幾何約束，例如，避免進氣和排氣閥之間以及閥和活塞之間的干擾。此外，限制加速度的最小和最大值以避免機構(gòu)鏈中的力過大，并且防止凸輪和隨動件之間的分離的可能性。一旦確定了最佳升程廓線，則使用由運動鏈引入的幾何非線性的逆運動學(xué)分析來計算凸輪形狀。最后，在動力分析中驗證整個機構(gòu)以檢查設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的滿意度。進行與標(biāo)準(zhǔn)運動的比較。16. Optimum design of local cam profile of a valve train（氣門機構(gòu)的局部凸輪輪廓的最佳設(shè)計）本篇文章作者描述了通過參數(shù)化貝塞爾曲線模擬的氣門機構(gòu)的局部凸輪輪廓的優(yōu)化。通過使用ADAMS軟件構(gòu)建的多體系統(tǒng)動力學(xué)模型來模擬氣門機構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)。克里金法用于建立替代模型，其呈現(xiàn)了由多體系統(tǒng)動力學(xué)模擬產(chǎn)生的動態(tài)響應(yīng)與局部貝塞爾曲線的參數(shù)之間的關(guān)系。局部凸輪輪廓通過通用算法優(yōu)化，使得在閥打開階段的加速度峰值明顯減小。17.機械工程師手冊本書具體的介紹了凸輪的類型、基本結(jié)構(gòu)、運動規(guī)律、壓力角、基圓半徑、凸輪廓線和刀具、中心軌跡等內(nèi)容以及涉及到的各種算法。二.本課題采用的研究方法綜合比較上述文獻，最終決定用解析法設(shè)計凸輪廓線并用VisualBasic語言來進行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。原因如下：幾何法簡便、直觀，但其效率低，繪出的凸輪輪廓誤差大，難以獲得凸輪輪廓曲線上各點的精確坐標(biāo)。所以按幾何法所得輪廓數(shù)據(jù)加工的凸輪只能應(yīng)用于低速或不重要的場合。對于高速凸輪或精確度要求較高的凸輪，必須用解析法設(shè)計凸輪廓線。所謂用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動件的運動規(guī)律和已知的機構(gòu)參數(shù)，建立凸輪理論輪廓曲線、實際輪廓曲線以及加工刀具中心軌跡的坐標(biāo)方程，并精確地計算出凸輪輪廓曲線或刀具運動軌跡上各點的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓，以適合在數(shù)控機床上加工。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。計算量大這個問題可以用計算機輔助設(shè)計來彌補。所以選用解析法來設(shè)計凸輪廓線。VB能完成一般用戶要求的所有功能，在客戶端不需要安裝什么環(huán)境，簡單易學(xué)，操作簡單，界面簡潔一目了然，用起來方便，并且快速高效的產(chǎn)出率更是其他編程語言無法比擬的，所以選用VisualBasic語言來進行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。典型的凸輪結(jié)構(gòu)是由主動凸輪、從動推桿和機架所組成的三構(gòu)件高副機構(gòu)。凸輪機構(gòu)是生產(chǎn)中最常用的構(gòu)件之一，它廣泛用于內(nèi)燃機、輕工機械和自動機等各種機械。機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，設(shè)計較方便；幾乎能實現(xiàn)從動推桿為任何預(yù)期運動規(guī)律的往復(fù)移動或往復(fù)擺動；但高副元素接觸處的潤滑條件較差，接觸應(yīng)力大，易磨損；且當(dāng)凸輪機構(gòu)用于高速時，動力特性較復(fù)雜，相應(yīng)的機構(gòu)精確分析和設(shè)計也較困難。盤形凸輪分為直動推桿和擺動推桿。推桿運動規(guī)律是指推桿的角位移、角速度、角加速度等隨凸輪轉(zhuǎn)角或時間變化的規(guī)律。一般當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過一整周時推桿完成一個循環(huán)運動。在設(shè)計凸輪結(jié)構(gòu)前，一般先給定推桿的運動規(guī)律，因為推桿運動規(guī)律不僅關(guān)系到凸輪的廓線形狀和尺寸，同時還影響凸輪機構(gòu)的動力特性和使用。盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計：反轉(zhuǎn)法概念：以直動凸輪為例，在設(shè)計的時候，通常假定凸輪固定、推桿繞凸輪旋轉(zhuǎn)，并考察他們的相對運動。而推桿相對于凸輪旋轉(zhuǎn)的方向（假定的方向），與凸輪相對于機架的實際旋轉(zhuǎn)方向是相反的。故名“反轉(zhuǎn)法”。反轉(zhuǎn)法的原理：假想給整個凸輪機構(gòu)加一公共角速度-，不影響各構(gòu)件之間的相對運動。此時，則凸輪相對靜止不動，推桿一方面隨導(dǎo)軌以-繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動，另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)移動，推桿尖頂在這種復(fù)合運動中的運動軌跡即為凸輪輪廓曲線。圖解法是根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理作出從動件推桿尖頂在反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)的各位置，然后作出其高副元素所形成的曲線族，并作從動件高副元素所形成的曲線族的包絡(luò)線，即是所求的凸輪輪廓曲線。當(dāng)給整個機構(gòu)加一個共同的運動時，各構(gòu)件的絕對運動發(fā)生了變化，但各構(gòu)件的相對運動卻并不改變，各構(gòu)件的相對尺寸亦不改變。因而，對轉(zhuǎn)化后的機構(gòu)進行設(shè)計的結(jié)果與對原機構(gòu)進行設(shè)計的結(jié)果是相同的。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的方法就是機構(gòu)倒置或反轉(zhuǎn)法。反轉(zhuǎn)法的本質(zhì)就是改變參考系，是許多機構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計及機構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)分析的一種基本方法。其中,在凸輪機構(gòu)中的應(yīng)用最典型。凸輪機構(gòu)的設(shè)計原理對于凸輪機構(gòu)，如果根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定了凸輪機構(gòu)的形式、基本尺寸，推桿的運動規(guī)律和凸輪的轉(zhuǎn)向，凸輪機構(gòu)的設(shè)計就是凸輪輪廓曲線的設(shè)計了。凸輪輪廓曲線無論是采用解析法還是采用作圖法設(shè)計都采用“反轉(zhuǎn)法”原理。給整個凸輪機構(gòu)加一個與凸輪角速度等值反向的公共角速度-，使其繞軸心O轉(zhuǎn)動，根據(jù)相對運動原理，這時凸輪與推桿的相對運動不變，內(nèi)作預(yù)期的運動，推桿尖頂在這種復(fù)合運動中的軌跡就是所要求凸輪的廓線。反轉(zhuǎn)法原理的2種應(yīng)用：1. 偏置滾子直動推桿盤形凸輪機構(gòu)的輪廓曲線在求出壓力角及基圓半徑的基礎(chǔ)上根據(jù)公式求出理論廓線及實際廓線。（1） 對于對心推桿可在式中令e=0。（2） 實際廓線中滾子半徑rg前上下兩組符號分別對應(yīng)于外凸輪和內(nèi)凸輪兩種情況。（3） s（）為推桿運動規(guī)律。滾子中心（理論廓線）方程x=s0+s（）sin+ecosy=s0+s（）cos-esins0=根號下（r0-e）實際（工作）輪廓線方程xc=xrgy/根號下（x+y）yc=x-（+）rgx/根號下（x+y）x=s0+s（）cos+（ds/d-e）siny=-s0+s（） sin+（ds/d-e）cos2.平底直動推桿盤形凸輪機構(gòu)的輪廓曲線在求出壓力角及基圓半徑的基礎(chǔ)上根據(jù)公式求出理論廓線及實際廓線。（1） 平底底面長為L，L=2|（ds/d）|max+（25）mm（2） s（）為推桿運動規(guī)律推桿平底中點B的運動軌跡方程x=r0+s（）siny=r0+s（）cos工作廓線方程xc=r0+s（）sin+（ds/d）cosyc=r0+s（）con+（ds/d）sin審 核 意 見指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱）簽字： 年 月 日教研室主任意見簽字： 年 月 日學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見簽字： 年 月 日公章：