基于Pro/E的平面盘形滚子凸轮机构参数化优化设计

摘要

本文简要介绍了国内外平面凸轮机构CAD的研究现状，阐述了开发平面凸轮机构CAD的必要性，分析了国内平面凸轮机构CAD存在的问题和发展趋势。对平面凸轮机构设计的有关理论及计算方法如凸轮机构运动规律、通用凸轮轮廓曲线、平面凸轮机构的弹性系统模型、优化设计的数学模型等进行了研究和分析；在MATLAB和Pro/E设计软件的基础上，进行通用凸轮曲线设计、凸轮机构参数化设计、凸轮机构运动仿真等较为详细地研究与分析。
　　 针对目前在绘图软件中创建平面盘形凸轮廓线的过程繁琐且不易创建、设计平面盘形凸轮所需参数多且多数在三维模型上不可见凸轮CAD系统没有商品化的问题，本课题利用Pro/ENGINEER中提供的可程序化的工具Pro/PROGRAM，结合MATLAB的GUI开发一个符合用户需求的平面盘形凸轮CAD系统。该系统首先提供凸轮曲线的设计界面。在用户输入凸轮基本参数后，系统自动生成凸轮轮廓曲线，然后将其以.ibl格式导入Pro/ENGINEER进行调用。然后在Pro/E中打开三维参数化组件模型，修改参数后再生，就获得了更新后的凸轮组件。最后在Mechanism模块下进行凸轮机构动力学分析和仿真。
　　 论文的主要研究结果有：
　　 1.通过分析凸轮机构从动件运动规律建立通用凸轮曲线数学模型及曲线生成程序，通过输入初始值、边界条件和七个时间参数，凸轮曲线设计程序可以自动生成位移、速度、加速度和跃度曲线，同时可计算出凸轮曲线的特性值Sm、Vm、Am、Jm。最后用模糊评价法综合评价了这些运动规律，并得到了合理的评价结果。
　　 2.设计平面凸轮机构压力角、基圆半径、偏距、滚子半径和曲率半径等基本尺寸，并且总结其计算方法。
　　 3.建立凸轮机构动力学模型，提取主要参数，在MATLAB下编制了凸轮机构的弹性系统设计程序。并在文中简略介绍编写程序的思路。
　　 4.建立直动滚子凸轮机构优化设计的数学建模。说明其设计变量、目标函数、约束条件是如何确定。然后利用MATLAB下的遗传算法工具箱进行了计算，并且用直观的图形反映了运算结果。
　　 5.建立凸轮组件三维实体参数化模型。根据用户输入的凸轮基本参数，自动生成满足用户设计需求的凸轮三维实体模型。并在Mechanism模块下进行仿真。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第1章绪论

1.1课题背景及研究的意义

1.1.1凸轮机构研究的意义

1.1.2我国凸轮机构及其CAD/CAM的研究现状

1.1.3国外凸轮机构及其CAD/CAM的研究现状

1.1.4我国在平面盘形凸轮机构设计系统中存在的问题

1.2研究课题的目的

1.2.1建立理论上的平面盘形凸轮机构设计系统

1.2.2通过运用各种软件工具，分模块逐个实现平面盘形凸轮机构设计系统

1.3本文的主要研究内容

1.4课题意义

1.5本章小结

第2章平面凸轮机构从动件的运动曲线设计

2.1凸轮曲线设计

2.1.1通用凸轮曲线的特点

2.1.2通用凸轮曲线表达式

2.2参数化用户设计程序

2.3其他类型运动规律设计

2.4凸轮机构从动件的运动曲线在Matlab下编程并生成.ibl文件

2.5评价决策

2.5.1最大无量纲速度

2.5.2最大无量纲加速度

2.5.3最大无量纲跃度

2.5.4最大无量纲转矩

2.5.5评价机制

2.6本章小结

第3章凸轮机构基本尺寸设计

3.1凸轮轮廓的计算

3.1.1偏置直动滚子从动件凸轮

3.1.2摆动滚子从动件凸轮

3.2压力角的计算

3.2.1直动滚子从动件盘形凸轮

3.2.2摆动滚子从动件盘形凸轮

3.3基圆半径rb的确定

3.4中心距c和摆杆长度lf的确定

3.5凸轮曲率半径ρ和滚子半径rf的确定

3.5.1凸轮曲率半径ρ

3.5.2滚子半径rf

3.6本章小结

第4章平面盘形滚子凸轮机构的弹性动力学分析

4.1凸轮机构动力学建模

4.1.1构件的动力学模型

4.1.2常用构件的动力学模型

4.2凸轮机构按弹性系统的设计

4.2.1引言

4.2.2 V空间的定义及设计

4.2.3实验法求等效刚度或阻尼系数

4.3本章小结

第5章凸轮机构优化设计

5.1凸轮机构优化设计的数学模型

5.2凸轮机构优化设计程序

5.3本章小结

第6章凸轮机构的参数化设计

6.1凸轮机构零件的参数化设计

6.1.1凸轮设计思路

6.1.2凸轮设计参数

6.1.3用参数化法建立凸轮本体模型

6.2零件装配

6.3本章小结

第7章凸轮机构运动仿真

7.1连接Pro/ENGINEER与Pro/MECHANICA

7.2直动滚子从动件平面回转凸轮机构运动仿真的建立

7.2.1建立驱动

7.2.2建立凸轮从动机构连接

7.2.3定义分析

7.2.4干涉检测

7.2.5测量结构

7.3本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录