盤形凸輪廓形曲線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
盤形凸輪廓形曲線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),凸輪,曲線,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
大 連 大 學(xué) 2017屆學(xué)生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))中期檢查表 題 目 盤形凸輪廓形曲線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 于靖華 職稱 教授 學(xué)生姓名 王詩璇 閱讀文獻(xiàn)數(shù) 0 初稿完成時(shí)間 2017-05-18 工 作 量 較少 適中 √ 較多 出勤情況 較好 √ 一般 較差 工作進(jìn)度 快 按進(jìn)度進(jìn)行 √ 慢 任 務(wù) 書 有 開題報(bào)告 有 中期工作結(jié)論 優(yōu) 調(diào)整情況 無 教研室主任 意見 同意 教研室主任(簽名)：賈衛(wèi)平 日期：2017-04-22 學(xué)院意見 同意 教學(xué)院長(zhǎng)(簽名)：賈衛(wèi)平 日期：2017-04-24 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論 文 題 目：盤形凸輪廓形曲線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)學(xué) 院 ： 機(jī) 械 工 程 學(xué)院 專 業(yè) 、班 級(jí)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告要求
開題報(bào)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(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)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(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)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(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開題報(bào)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(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過；
3. 開題報(bào)告不合格或沒有做開題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報(bào)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(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（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)一格式打印）。
一、選題依據(jù)
1．論文（設(shè)計(jì)）題目
盤形凸輪廓形曲線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)2．研究領(lǐng)域
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
3. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)中，只要凸輪廓線設(shè)計(jì)合理，便可使從動(dòng)件按照任意給定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠的特點(diǎn)，同時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)還兼有傳動(dòng)、導(dǎo)向及控制機(jī)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(jià)廉的機(jī)械，例如內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)、自動(dòng)包裝機(jī)、自動(dòng)成型機(jī)、自動(dòng)裝配機(jī)、自動(dòng)機(jī)床、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、印刷機(jī)械、自動(dòng)辦公設(shè)備、自動(dòng)售貨機(jī)、電子元件的自動(dòng)加工機(jī)械、服裝加工機(jī)械掣等。凸輪按照形狀可分為：盤形凸輪、移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪。其中盤形凸輪是一個(gè)繞
固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且具有變化向徑的盤形零件，如內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的凸輪。當(dāng)其繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可推動(dòng)從動(dòng)件在垂直于凸輪轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。平面盤形凸輪在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，但實(shí)際上凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)多層次、多因素的復(fù)雜過程，對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實(shí)際廓線要精確滿足從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)要求。它是凸輪的最基本型式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和轉(zhuǎn)向，就可以進(jìn)行凸輪廓線的設(shè)計(jì)。通常凸輪廓線的設(shè)計(jì)方法有作圖法和解析法兩種。兩者所依據(jù)的設(shè)計(jì)原理基本相同。幾何法簡(jiǎn)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(diǎn)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(chǎng)合。對(duì)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(jì)凸輪廓線。所謂用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，建立凸輪理論輪廓曲線、實(shí)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(jì)算出凸輪輪廓曲線或刀具運(yùn)動(dòng)軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓，以適合在數(shù)控機(jī)床上加工。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對(duì)較小，但計(jì)算量大。目前精確設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)參數(shù)。在 CAD 二維設(shè)計(jì)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(jì)方案。但一旦凸輪有某一個(gè)參數(shù)改變凸輪的廓形曲線就會(huì)隨之改變，需要重新設(shè)計(jì)，工作量大， 比較麻煩。微機(jī)進(jìn)入我國(guó)已有多年，計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)得到很大的發(fā)展。計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以大大提高設(shè)計(jì)速度、設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度，而且可以采用動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)和三維造型技術(shù)，模擬凸輪機(jī)構(gòu)的工作情況，甚至可由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)形成數(shù)控加工程序，直接傳輸給制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以使凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠快速進(jìn)行。只要由設(shè)計(jì)者輸入或者選擇相關(guān)的參數(shù)，就能夠自動(dòng)的得到有關(guān)數(shù)據(jù)。目前全國(guó)范圍內(nèi)凸輪計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)有了大量的設(shè)計(jì)論文，但在精度、實(shí)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(shì)
我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究也有多年的歷史，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、輪廓線、動(dòng)力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的研究都有相關(guān)的論文發(fā)表。但是，與先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造上都還存在較大的差距，尤其在制造方面，國(guó)外也只是集中在少數(shù)的幾家公司和科研機(jī)構(gòu)中，而且由于技術(shù)保密等因素，具有一定參考價(jià)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(guó)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸輪機(jī)構(gòu)必須依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面。
我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。1983 年全國(guó)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)方面又增加了 CAD/CAM、誤差分析等研究方向。近幾年，對(duì)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(duì)凸輪機(jī)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(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(guó)家相比，我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)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(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用的日趨成熟和廣泛，在國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了一些研究凸輪機(jī)構(gòu) CAD/CAM 系統(tǒng)的文獻(xiàn)也有新的突破，許多學(xué)者發(fā)表了關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、凸輪，采用面向?qū)ο蟮膮?shù)化程序設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出了主要包括工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖和運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)、從動(dòng)件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、條件校核、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及結(jié)果 輸出等內(nèi)容的平面凸輪的 CAD 軟件，實(shí)現(xiàn)了凸輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)則是在凸輪機(jī)構(gòu) CAD 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究針對(duì)某種凸輪機(jī)構(gòu)的 CAD/CAM 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了凸輪設(shè)計(jì)、凸輪數(shù)控加工一體化，進(jìn)一步提高了凸輪 CAD/CAM 技術(shù)的實(shí)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(chǎng)上以商品軟件的形式出現(xiàn)。
CAD 技術(shù)是先進(jìn)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(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、減輕技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短設(shè)計(jì)周期、加強(qiáng)設(shè)計(jì)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(gè)擴(kuò)充性、開放性、復(fù)用性和維護(hù)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(jiǎn)單，但實(shí)際上凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)多層次、多因素的復(fù)雜過程，對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實(shí)際廓線要精確滿足從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)要求。
實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)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(jì)是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)便是凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的凸輪輪廓設(shè)計(jì)方法通常采用作圖法或解析法。作圖法雖簡(jiǎn)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(jì)凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動(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)值來擬合凸輪輪廓。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對(duì)較小，但計(jì)算量大。目前精確設(shè)計(jì)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(duì)速度法等等。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題
（1） 軟件總體功能設(shè)計(jì)和程序總體框架設(shè)計(jì)。
（2） 直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)，包括：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪。
（3） 擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)，包括：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪。主要對(duì)凸輪輪動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，并運(yùn)用解析法和作圖法設(shè)計(jì)出各類盤形凸輪的輪
廓曲線，借助于 vb 編程減少計(jì)算量、加精確度，實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合的理念。2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)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(shì)2.從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律
2.1 等速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律
2.2 等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律
2.3 余弦加速度（簡(jiǎn)諧）運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.盤形凸輪的類型分析
3.1 對(duì)凸輪類型進(jìn)行分析
3.2 對(duì)從動(dòng)件進(jìn)行分析
3.3 對(duì)運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行分析4.盤形凸輪輪廓線的設(shè)計(jì)
4.1 反轉(zhuǎn)法概念
4.2 反轉(zhuǎn)法原理
4.3 尖頂直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
4.4 滾子直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
4.5 平底直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
4.6 尖頂擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
4.7 滾子擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
4.8 平底擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)5.盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)
5.1 壓力角的設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)
5.2 盤形凸輪曲率半徑設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)
5.3 盤形凸輪系統(tǒng)開發(fā)6.總結(jié)
3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
（1） 根據(jù)課題要求對(duì)盤形凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)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(yùn)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(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）
用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線并用 Visual Basic 語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。用解析法設(shè)計(jì)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(diǎn)繪出，這一系列的點(diǎn)就構(gòu)成了凸輪輪廓曲線。建立凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式，利用方程算出計(jì)算各類凸輪的理論廓線和實(shí)際廓線。
分析各類凸輪的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通常從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選取與設(shè)計(jì)，是根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用工況以及要完成的運(yùn)動(dòng)功能來確定的。確定凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、基圓半徑之后就可以對(duì)凸輪廓線進(jìn)行設(shè)計(jì)了。然后計(jì)算壓力角及曲率半徑并校核是否符合要求。
本課題擬采用 Visual Basic 語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)，輸入凸輪相關(guān)基本參數(shù)，自動(dòng)計(jì)算凸輪廓形任意點(diǎn)坐標(biāo)值，繪制凸輪廓形曲線，繪制凸輪運(yùn)動(dòng)線圖。程序?qū)⑻峁┝己玫娜藱C(jī)交互操作界面，為盤形凸輪廓形設(shè)計(jì)提供良好的電子設(shè)計(jì)平臺(tái)。
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：安排設(shè)計(jì)任務(wù)，布置設(shè)計(jì)要求
第 2 周：分析設(shè)計(jì)題目，了解設(shè)計(jì)內(nèi)容，復(fù)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)
第 3 周：查找設(shè)計(jì)資料，查找設(shè)計(jì)文獻(xiàn)
第 4 周：撰寫開題報(bào)告，修改開題報(bào)告，開題答辯
第 5 周：軟件總體方案設(shè)計(jì)，主界面設(shè)計(jì)
第 6 周：尖頂直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第 7 周：滾子直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第 8 周：平底直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第 9 周：尖頂擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第 10 周：滾子擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第 11 周：平底擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第 12 周：凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析，作圖法和解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線
第 13 周：程序運(yùn)行與調(diào)試
第 14 周：撰寫設(shè)計(jì)說明書和外文翻譯
第 15 周：修改設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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文獻(xiàn)綜述
一．現(xiàn)階段相關(guān)研究及成果
在我國(guó)已有了大量的論文對(duì)盤形凸輪廓線進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)在的研究成果主要如下： 1.盤形凸輪廓線的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)研究
本篇文章作者用解析法設(shè)計(jì)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(diǎn)繪出，這一系列的點(diǎn)就構(gòu)成了凸輪輪廓曲線。建立凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式，就是所需的數(shù)學(xué)模型。
輪廓曲線設(shè)計(jì)方法：
以偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行其數(shù)學(xué)模型的建立，設(shè)計(jì)一偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 s = s（φ）。
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(shí)從動(dòng)件滾子中心處于 B0 點(diǎn)，B0 點(diǎn)即為凸輪理論廓線上的起始點(diǎn)。凸輪理論廓線上任一點(diǎn) B 的坐標(biāo)表達(dá)式為 x=（s0+s）sinφ+Ecosφ，y=（s0+s）cosφ－Esinφ。若 E=0，上式即為對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪的理論廓線方程。
實(shí)際廓線方程：滾子從動(dòng)件盤形凸輪的理論廓線與實(shí)際廓線為法向等距曲線。設(shè)凸輪理論廓線上點(diǎn) B 的法線為 nn，它與 x 軸的夾角為θ。法線 nn 與滾子圓相交于兩個(gè) B’點(diǎn)，則凸輪實(shí)際廓線上 B’點(diǎn)的坐標(biāo)為:x＇=x +（-）rcosθ，y＇= y +（-） rsinθ。式中，“－ ”號(hào)適用于理論廓線的內(nèi)等距曲線η＇；“+”號(hào)適用于外等距曲線η"。
2. 織網(wǎng)機(jī)下鉤機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線優(yōu)化
本篇文章作者采用 MATLAB 對(duì)凸輪輪廓線進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。用解析法設(shè)計(jì)了凸輪的輪廓曲線方程。為滿足織網(wǎng)機(jī)織網(wǎng)成型的工藝要求，首先分析下鉤機(jī)構(gòu)的工作原理， 依據(jù)機(jī)構(gòu)的工作原理，設(shè)計(jì)下鉤機(jī)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(yùn)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(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇原則，選擇擺線修正等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，避免等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律在開始和終點(diǎn)處速度發(fā)生突變、凸輪機(jī)構(gòu)受到剛性沖擊和柔性沖擊，使下鉤機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能。運(yùn)用 MATLAB 對(duì)凸輪輪廓線進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，得到下鉤機(jī)構(gòu)前后和上下凸輪的理論和實(shí)際輪廓曲線， 為織網(wǎng)機(jī)凸輪輪廓線提供設(shè)計(jì)參考依據(jù)。
輪廓曲線設(shè)計(jì)方法：凸輪的回轉(zhuǎn)中心Ｏ點(diǎn)作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，a 為凸輪軸心與擺桿軸心之間距離，L 為擺桿長(zhǎng)度，ro 為基圓半徑。擺動(dòng)滾子從動(dòng)件的起始位置 AOBO反轉(zhuǎn)δ角后到達(dá)位置 AB，凸輪與從動(dòng)件的接觸點(diǎn) BO 到達(dá) B 點(diǎn)，對(duì)應(yīng)從動(dòng)件的擺角為φ。設(shè) BO 點(diǎn)的坐標(biāo)為(xBO，yBO)，B 點(diǎn)坐標(biāo)為（x，y），Ａ點(diǎn)坐標(biāo)為（xA，yA）。AB的復(fù)合運(yùn)動(dòng)可用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和平移變換來實(shí)現(xiàn)，即：
［x］＝cos(δ＋Φ) sin（δ＋Φ）（xBO-0）+［xA］
［y］=-sin(δ＋φ)cos（δ＋φ）（yBO-a）+［yA］
將 xA=asinδ、yA=acosδ、xBO=- Lsinφ0 、yBO=a-Lcosφ0，φ0 為推桿初始角， φ0＝arccos 根號(hào)下（（a^2+L^2-r0^2）/ （2aL））代入式（1），可得到理論輪廓線上任意一點(diǎn) B 的坐標(biāo)：x=asinδ-Lsin（δ＋φ＋φ0），y=acosδ-L cos（δ＋φ＋φ0）。凸輪實(shí)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(diǎn) B 的法線方向取距離為 r，即得實(shí)際輪廓線上的相應(yīng)點(diǎn) B′（x′ ，y′）。理論輪廓線 Ｂ 點(diǎn)處法線 n-n 的斜率為：tanθ=dx/dy=-（dx/dδ）/（dy/dδ）=sinθ/cos θ，其中：θ為法線 n-n 與 x 軸夾角。dx/dδ=acosδ-Lcos（δ＋φ＋φ0）（１＋ｄ φ/ｄδ），dy/dδ=-asinδ+Lsin（δ＋φ＋φ0）（１＋ｄφ/ｄδ）。sinθ=（dx/d δ）/根號(hào)下（（dx/dδ）^2+（dy/dδ）^2），cosθ=（dy/dδ）/根號(hào)下（（dx/dδ）
^2+（dy/dδ）^2）則凸輪實(shí)際輪廓線上對(duì)應(yīng)點(diǎn) B′的坐標(biāo)為：x′= x-（+）rcosθ， y′= y-（+）rsinθ。其中：“-”用于內(nèi)等距曲線；“+”用于外等距曲線
3. 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)與研究
本篇文章作者詳細(xì)介紹了配氣凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)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(shí)際輪廓曲線的直角坐標(biāo)表達(dá)式，利用 SolidWorks 三維軟件的二次開發(fā)對(duì)凸輪輪廓曲線進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，最終得出配氣凸輪的三維實(shí)體模型，為發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪廓線的設(shè)計(jì)提供了一種依據(jù)。
配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)，兩種方法的設(shè)計(jì)原理都是相同的，稱之為“反轉(zhuǎn)法”。當(dāng)凸輪以角速度ω繞軸 O 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推桿在凸輪的高副元素(輪廓曲線)的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。設(shè)想給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度－ω，使其繞軸心 O 轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)凸輪將靜止不動(dòng)，而推桿一方面隨其導(dǎo)軌以角速度－ω繞軸心 O 轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面又在導(dǎo)軌內(nèi)做預(yù)期的往復(fù)移動(dòng)。推桿在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中，其尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪的輪廓曲線。根據(jù)上述分析，在進(jìn)行凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)時(shí)，假設(shè)凸輪靜止不動(dòng)，而推桿相對(duì)于凸輪作反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又在其軌道內(nèi)作預(yù)期運(yùn)動(dòng)，做出推桿在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(jì)方法即為 “反轉(zhuǎn)法”。
4. 基于 VB6_0 和 UG6_0 的盤形凸輪機(jī)構(gòu) CAD 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(jìn)行盤形凸輪機(jī)構(gòu) CAD 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。輸入原始參數(shù)后，得到該參數(shù)下的凸輪廓線、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及運(yùn)動(dòng)仿真，大大縮短解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)間，為高速高精度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)提供了有利條件。使凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)直觀化、實(shí)時(shí)化。通過實(shí)例驗(yàn)證，該軟件界面友好，方便直觀，既可用于工程實(shí)際，又可滿足教學(xué)需要。
5. 基于 MATLAB 的平面盤形凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)
本篇文章作者利用 MATLAB 語言編制了盤形凸輪機(jī)構(gòu)輪廓參數(shù)化設(shè)計(jì)的可視化程序，針對(duì)不同參數(shù)和推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了推桿運(yùn)動(dòng)線圖、凸輪輪廓曲線和凸輪輪廓曲線壓力角的繪制仿真實(shí)驗(yàn)，并且分析了不同參數(shù)的選取對(duì)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(jì)系統(tǒng)的開發(fā)
本篇文章作者主要是對(duì)盤型凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)自動(dòng)化，利用 Auto-CAD 二次開發(fā)功能，開發(fā)了界面友好、擴(kuò)展性強(qiáng)的盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的輸入、參數(shù)合理性校核、設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖輸出等功能。依據(jù)凸輪設(shè)計(jì)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(zhǎng)值的算法。最后以偏置直動(dòng)滾子推桿盤型凸輪輪廓曲線為例對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證，并給出了運(yùn)行結(jié) 果。
7. 基于 UG 表達(dá)式的直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪廓形設(shè)計(jì)
本篇文章作者根據(jù)直線包絡(luò)曲線知識(shí)，結(jié)合凸輪廓形的反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)方法，導(dǎo)出直動(dòng)平底從動(dòng)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(shí)，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(dá)式的格式，編譯表達(dá)式，作出凸輪廓形曲線，為直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪的 CAD/CAE/CAM 一體化設(shè)計(jì)建立了基礎(chǔ)模型，具有實(shí)際意義。
8. 基于 VB 軟件的盤形凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析
本篇文章作者以 VB 編程語言為工具，根據(jù)直動(dòng)推桿的不同類型，分別對(duì)盤形凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)。此方法只需給出凸輪機(jī)構(gòu)的幾個(gè)相關(guān)參數(shù)，并選擇推程與回程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就可方便快捷的設(shè)計(jì)出凸輪機(jī)構(gòu)。對(duì)比于傳統(tǒng)的繪圖法，提高了效率和準(zhǔn)確度，同時(shí)對(duì)其它類型的機(jī)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(duì)凸輪加工僅靠測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)反求其廓線的方法，并開發(fā)出以 VB 為平臺(tái)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(duì)主凸輪輪廓線進(jìn)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(jī)構(gòu)關(guān)系得到副凸輪的廓線值。借助 ProE 的實(shí)體構(gòu)造及運(yùn)動(dòng)仿真功能，進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性分析，通過分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線，確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)角及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)共軛凸輪的重新設(shè)計(jì)。
10. 盤形凸輪的解析法設(shè)計(jì)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(jī)床上進(jìn)行加工，克服了傳統(tǒng)的圖解法設(shè)計(jì)與仿形法加工的缺點(diǎn)，提高了凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律與預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律的吻合性。
11. 盤形凸輪輪廓曲線的參數(shù)化設(shè)計(jì)
本篇文章作者介紹運(yùn)用 UG 軟件建立參數(shù)表達(dá)組，進(jìn)行盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)。介紹了構(gòu)建盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)的步驟及構(gòu)建凸輪設(shè)計(jì)參數(shù)表達(dá)式主要依據(jù)。闡述了由 S-Q 函數(shù)建立各參數(shù)表達(dá)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(jì)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(dòng)式從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的 CAD 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了 AutoCAD 與 Word 的“無縫”連接。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪圖、設(shè)計(jì)結(jié)果輸出一體化，能顯著提高設(shè)計(jì)的品質(zhì)與效率。
13. 基于 VB 的直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及分析
本篇文章作者采用 Visual Basic 為開發(fā)語言，對(duì)盤形凸輪機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過人機(jī)對(duì)話，可實(shí)時(shí)修改輸入?yún)?shù)及選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而使凸輪機(jī)械的設(shè)計(jì)直觀化、實(shí)時(shí)化。設(shè)計(jì)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(jì)凸輪輪廓線時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)間，提高設(shè)計(jì)工作效率。14.Cam profile optimization for a new cam drive（新凸輪驅(qū)動(dòng)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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的獨(dú)特凸輪機(jī)構(gòu)。首先，通過分析獨(dú)特的凸輪機(jī)構(gòu)來定義優(yōu)化問題。通過將發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)設(shè)計(jì)規(guī)格。第二，分析場(chǎng)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(xiàng)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(jìn)行比較研究，以證明這些提出的設(shè)計(jì)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(jì)相比，所提出的優(yōu)化方法大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)性能。 15.Optimal Design of Cams（凸輪的最佳設(shè)計(jì)）
本篇文章作者提出了一種使用約束優(yōu)化算法來設(shè)計(jì)電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門列車的凸輪。所施加的約束是最大氣門升程和為正時(shí)，而目標(biāo)函數(shù)是對(duì)氣流打開的氣門面積最小化的時(shí)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(shí)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(jìn)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(jī)構(gòu)鏈中的力過大，并且防止凸輪和隨動(dòng)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(yùn)動(dòng)鏈引入的幾何非線性的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析來計(jì)算凸輪形狀。最后，在動(dòng)力分析中驗(yàn)證整個(gè)機(jī)構(gòu)以檢查設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的滿意度。進(jìn)行與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的比較。
16. Optimum design of local cam profile of a valve train（氣門機(jī)構(gòu)的局部凸輪輪廓的最佳設(shè)計(jì)）
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(jī)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(dòng)力學(xué)模型來模擬氣門機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(dòng)力學(xué)模擬產(chǎn)生的動(dòng)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(jī)械工程師手冊(cè)
本書具體的介紹了凸輪的類型、基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)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(xiàn)，最終決定用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線并用 Visual Basic 語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。原因如下：
幾何法簡(jiǎn)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(diǎn)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(chǎng)合。對(duì)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(jì)凸輪廓線。所謂用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，建立凸輪理論輪廓曲線、實(shí)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(jì)算出凸輪輪廓曲線或刀具運(yùn)動(dòng)軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓，以適合在數(shù)控機(jī)床上加工。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對(duì)較小，但計(jì)算量大。計(jì)算量大這個(gè)問題可以用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)。所以選用解析法來設(shè)計(jì)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(jiǎn)單易學(xué)，操作簡(jiǎn)單，界面簡(jiǎn)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 Visual Basic 語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。
典型的凸輪結(jié)構(gòu)是由主動(dòng)凸輪、從動(dòng)推桿和機(jī)架所組成的三構(gòu)件高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)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(jī)、輕工機(jī)械和自動(dòng)機(jī)等各種機(jī)械。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，設(shè)計(jì)較方便；幾乎能實(shí)現(xiàn)從動(dòng)推桿為任何預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律的往復(fù)移動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)；但高副元素接觸處的潤(rùn)滑條件較差，接觸應(yīng)力大，易磨損；且當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用于高速時(shí)，動(dòng)力特性較復(fù)雜，相應(yīng)的機(jī)構(gòu)精確分析和設(shè)計(jì)也較困難。
盤形凸輪分為直動(dòng)推桿和擺動(dòng)推桿。
推桿運(yùn)動(dòng)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(shí)間變化的規(guī)律。一般當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過一整周時(shí)推桿完成一個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪結(jié)構(gòu)前，一般先給定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因?yàn)橥茥U運(yùn)動(dòng)規(guī)律不僅關(guān)系到凸輪的廓線形狀和尺寸，同時(shí)還影響凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力特性和使用。
盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)：
反轉(zhuǎn)法概念：以直動(dòng)凸輪為例，在設(shè)計(jì)的時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)。而推桿相對(duì)于凸輪旋轉(zhuǎn)的方向（假定的方向），與凸輪相對(duì)于機(jī)架的實(shí)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(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加一公共角速度-ω，不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，則凸輪相對(duì)靜止不動(dòng)，推桿一方面隨導(dǎo)軌以-ω繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動(dòng)， 另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)移動(dòng)，推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)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(dòng)件推桿尖頂在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)機(jī)構(gòu)加一個(gè)共同的運(yùn)動(dòng)時(shí)，各構(gòu)件的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生了變化，但各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)卻并不改變，各構(gòu)件的相對(duì)尺寸亦不改變。因而，對(duì)轉(zhuǎn)化后的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的結(jié)果與對(duì)原機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的結(jié)果是相同的。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的方法就是機(jī)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(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的一種基本方法。其中,在凸輪機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用最典型。凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)，如果根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定了凸輪機(jī)構(gòu)的形式、基本尺寸，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪的轉(zhuǎn)向，凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)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(jì)都采用“反轉(zhuǎn)法”原理。給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加一個(gè)與凸輪角速度等值反向的公共角速度-ω，使其繞軸心 O 轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理， 這時(shí)凸輪與推桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變，內(nèi)作預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)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(shí)際廓線。
（1） 對(duì)于對(duì)心推桿可在式中令 e=0。
（2） 實(shí)際廓線中滾子半徑rg 前上下兩組符號(hào)分別對(duì)應(yīng)于外凸輪和內(nèi)凸輪兩種情況。
（3） s（Φ）為推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律。滾子中心（理論廓線）方程x=[s0+s（Φ）]sinΦ+ecosΦ y=[s0+s（Φ）]cosΦ-esinΦ s0=根號(hào)下（r02-e2）
實(shí)際（工作）輪廓線方程xc=x±rgy/ 根 號(hào) 下 （x2+y2） yc=x-（+）rgx/根號(hào)下（x2+y2）
x=[s0+s（Φ）]cosΨ+（ds/dΦ-e）sinΦ
y=-[s0+s（Φ）] sinΨ+（ds/dΦ-e）cosΦ 2.平底直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)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(shí)際廓線。
（1） 平底底面長(zhǎng)為 L，L=2|（ds/dΦ）|max+（2~5）mm
（2） s（Φ）為推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿平底中點(diǎn) B 的運(yùn)動(dòng)軌跡方程x=[r0+s（Φ）]sinΦ y=[r0+s（Φ）]cosΦ
工作廓線方程xc=[r0+s（Φ）]sinΨ+（ds/dΦ）cosΦ yc=[r0+s（Φ）]conΨ+（ds/dΦ）sinΦ
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見（對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱）
審
核
簽字： 年 月 日
意
見
教研室主任意見
簽字： 年 月 日
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見
簽字： 年 月 日公章：
本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論 文 題 目：盤形凸輪廓形曲線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 、班 級(jí)：
學(xué) 生 姓 名：
指導(dǎo)教師（職稱）
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告要求
開題報(bào)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(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)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(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2.論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題；
2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。
四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)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(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開題報(bào)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(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2.開題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過；
3.開題報(bào)告不合格或沒有做開題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4.開題報(bào)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(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（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)一格式打印）。
一、選題依據(jù)
1．論文（設(shè)計(jì)）題目
盤形凸輪廓形曲線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
2．研究領(lǐng)域
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
3．論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)中，只要凸輪廓線設(shè)計(jì)合理，便可使從動(dòng)件按照任意給定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠的特點(diǎn)，同時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)還兼有傳動(dòng)、導(dǎo)向及控制機(jī)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(jià)廉的機(jī)械，例如內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)、自動(dòng)包裝機(jī)、自動(dòng)成型機(jī)、自動(dòng)裝配機(jī)、自動(dòng)機(jī)床、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、印刷機(jī)械、自動(dòng)辦公設(shè)備、自動(dòng)售貨機(jī)、電子元件的自動(dòng)加工機(jī)械、服裝加工機(jī)械掣等。
凸輪按照形狀可分為：盤形凸輪、移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪。其中盤形凸輪是一個(gè)繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且具有變化向徑的盤形零件，如內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的凸輪。當(dāng)其繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可推動(dòng)從動(dòng)件在垂直于凸輪轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。平面盤形凸輪在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，但實(shí)際上凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)多層次、多因素的復(fù)雜過程，對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實(shí)際廓線要精確滿足從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)要求。它是凸輪的最基本型式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和轉(zhuǎn)向，就可以進(jìn)行凸輪廓線的設(shè)計(jì)。通常凸輪廓線的設(shè)計(jì)方法有作圖法和解析法兩種。兩者所依據(jù)的設(shè)計(jì)原理基本相同。幾何法簡(jiǎn)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(diǎn)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(chǎng)合。對(duì)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(jì)凸輪廓線。所謂用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，建立凸輪理論輪廓曲線、實(shí)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(jì)算出凸輪輪廓曲線或刀具運(yùn)動(dòng)軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓，以適合在數(shù)控機(jī)床上加工。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對(duì)較小，但計(jì)算量大。目前精確設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)參數(shù)。在CAD二維設(shè)計(jì)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(jì)方案。但一旦凸輪有某一個(gè)參數(shù)改變凸輪的廓形曲線就會(huì)隨之改變，需要重新設(shè)計(jì)，工作量大，比較麻煩。微機(jī)進(jìn)入我國(guó)已有多年，計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)得到很大的發(fā)展。計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以大大提高設(shè)計(jì)速度、設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度，而且可以采用動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)和三維造型技術(shù)，模擬凸輪機(jī)構(gòu)的工作情況，甚至可由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)形成數(shù)控加工程序，直接傳輸給制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以使凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠快速進(jìn)行。只要由設(shè)計(jì)者輸入或者選擇相關(guān)的參數(shù)，就能夠自動(dòng)的得到有關(guān)數(shù)據(jù)。目前全國(guó)范圍內(nèi)凸輪計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)有了大量的設(shè)計(jì)論文，但在精度、實(shí)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(shì)
我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究也有多年的歷史，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、輪廓線、動(dòng)力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的研究都有相關(guān)的論文發(fā)表。但是，與先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造上都還存在較大的差距，尤其在制造方面，國(guó)外也只是集中在少數(shù)的幾家公司和科研機(jī)構(gòu)中，而且由于技術(shù)保密等因素，具有一定參考價(jià)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(guó)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸輪機(jī)構(gòu)必須依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面。
我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。1983年全國(guó)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)方面又增加了CAD/CAM、誤差分析等研究方向。近幾年，對(duì)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(duì)凸輪機(jī)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(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(guó)家相比，我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)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(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用的日趨成熟和廣泛，在國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了一些研究凸輪機(jī)構(gòu)CAD/CAM系統(tǒng)的文獻(xiàn)也有新的突破，許多學(xué)者發(fā)表了關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、凸輪，采用面向?qū)ο蟮膮?shù)化程序設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出了主要包括工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖和運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)、從動(dòng)件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、條件校核、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及結(jié)果?輸出等內(nèi)容的平面凸輪的CAD軟件，實(shí)現(xiàn)了凸輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)則是在凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究針對(duì)某種凸輪機(jī)構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了凸輪設(shè)計(jì)、凸輪數(shù)控加工一體化，進(jìn)一步提高了凸輪CAD/CAM技術(shù)的實(shí)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(chǎng)上以商品軟件的形式出現(xiàn)。?
CAD技術(shù)是先進(jìn)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(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、減輕技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短設(shè)計(jì)周期、加強(qiáng)設(shè)計(jì)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(gè)擴(kuò)充性、開放性、復(fù)用性和維護(hù)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(jiǎn)單，但實(shí)際上凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)多層次、多因素的復(fù)雜過程，對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實(shí)際廓線要精確滿足從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)要求。
實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)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(jì)是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)便是凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的凸輪輪廓設(shè)計(jì)方法通常采用作圖法或解析法。作圖法雖簡(jiǎn)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(jì)凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動(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)值來擬合凸輪輪廓。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對(duì)較小，但計(jì)算量大。目前精確設(shè)計(jì)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(duì)速度法等等。?
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題
（1）軟件總體功能設(shè)計(jì)和程序總體框架設(shè)計(jì)。
（2）直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)，包括：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪。
（3）擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)，包括：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪。
主要對(duì)凸輪輪動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，并運(yùn)用解析法和作圖法設(shè)計(jì)出各類盤形凸輪的輪廓曲線，借助于vb編程減少計(jì)算量、加精確度，實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合的理念。
2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)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(shì)
2.從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律
2.1等速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律
2.2等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律
2.3五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律
2.4正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律
2.5余弦加速度（簡(jiǎn)諧）運(yùn)動(dòng)規(guī)律
3.盤形凸輪的類型分析
3.1對(duì)凸輪類型進(jìn)行分析
3.2對(duì)從動(dòng)件進(jìn)行分析
3.3對(duì)運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行分析
4.盤形凸輪輪廓線的設(shè)計(jì)
4.1反轉(zhuǎn)法概念及原理
4.2尖頂直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
4.3滾子直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
4.4平底直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
4.5尖頂擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
4.6滾子擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
4.7平底擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計(jì)
5.盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)
5.1壓力角的設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)
5.2盤形凸輪曲率半徑設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)
5.3盤形凸輪系統(tǒng)開發(fā)
6.總結(jié)
3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果?
（1）根據(jù)課題要求對(duì)盤形凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)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(yùn)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(jì)）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）
用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線并用Visual?Basic語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。
用解析法設(shè)計(jì)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(diǎn)繪出，這一系列的點(diǎn)就構(gòu)成了凸輪輪廓曲線。建立凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式，利用方程算出計(jì)算各類凸輪的理論廓線和實(shí)際廓線。
分析各類凸輪的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通常從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選取與設(shè)計(jì)，是根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用工況以及要完成的運(yùn)動(dòng)功能來確定的。確定凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、基圓半徑之后就可以對(duì)凸輪廓線進(jìn)行設(shè)計(jì)了。然后計(jì)算壓力角及曲率半徑并校核是否符合要求。
本課題擬采用Visual?Basic語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)，輸入凸輪相關(guān)基本參數(shù)，自動(dòng)計(jì)算凸輪廓形任意點(diǎn)坐標(biāo)值，繪制凸輪廓形曲線，繪制凸輪運(yùn)動(dòng)線圖。程序?qū)⑻峁┝己玫娜藱C(jī)交互操作界面，為盤形凸輪廓形設(shè)計(jì)提供良好的電子設(shè)計(jì)平臺(tái)。
2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第1周：安排設(shè)計(jì)任務(wù)，布置設(shè)計(jì)要求
第2周：分析設(shè)計(jì)題目，了解設(shè)計(jì)內(nèi)容，復(fù)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)
第3周：查找設(shè)計(jì)資料，查找設(shè)計(jì)文獻(xiàn)
第4周：撰寫開題報(bào)告，修改開題報(bào)告，開題答辯
第5周：軟件總體方案設(shè)計(jì)，主界面設(shè)計(jì)
第6周：尖頂直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第7周：滾子直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第8周：平底直動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第9周：尖頂擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第10周：滾子擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第11周：平底擺動(dòng)推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計(jì)
第12周：凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析，作圖法和解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線
第13周：程序運(yùn)行與調(diào)試
第14周：撰寫設(shè)計(jì)說明書和外文翻譯
第15周：修改設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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文獻(xiàn)綜述
一．現(xiàn)階段相關(guān)研究及成果
在我國(guó)已有了大量的論文對(duì)盤形凸輪廓線進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)在的研究成果主要如下：
1.盤形凸輪廓線的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)研究
本篇文章作者用解析法設(shè)計(jì)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(diǎn)繪出，這一系列的點(diǎn)就構(gòu)成了凸輪輪廓曲線。建立凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式，就是所需的數(shù)學(xué)模型。
輪廓曲線設(shè)計(jì)方法：
以偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行其數(shù)學(xué)模型的建立，設(shè)計(jì)一偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律s = s（φ）。
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(shí)從動(dòng)件滾子中心處于B0點(diǎn)，B0點(diǎn)即為凸輪理論廓線上的起始點(diǎn)。凸輪理論廓線上任一點(diǎn) B 的坐標(biāo)表達(dá)式為x=（s0+s）sinφ+Ecosφ，y=（s0+s）cosφ－Esinφ。若E=0，上式即為對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪的理論廓線方程。
實(shí)際廓線方程：滾子從動(dòng)件盤形凸輪的理論廓線與實(shí)際廓線為法向等距曲線。設(shè)凸輪理論廓線上點(diǎn)B的法線為nn，它與x軸的夾角為θ。法線nn與滾子圓相交于兩個(gè)B’點(diǎn)，則凸輪實(shí)際廓線上B’點(diǎn)的坐標(biāo)為:x＇=x +（-）rcosθ，y＇= y +（-）rsinθ。式中，“－ ”號(hào)適用于理論廓線的內(nèi)等距曲線η＇；“+”號(hào)適用于外等距曲線η"。
2.織網(wǎng)機(jī)下鉤機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線優(yōu)化
本篇文章作者采用MATLAB對(duì)凸輪輪廓線進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。用解析法設(shè)計(jì)了凸輪的輪廓曲線方程。為滿足織網(wǎng)機(jī)織網(wǎng)成型的工藝要求，首先分析下鉤機(jī)構(gòu)的工作原理，依據(jù)機(jī)構(gòu)的工作原理，設(shè)計(jì)下鉤機(jī)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(yùn)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(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇原則，選擇擺線修正等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，避免等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律在開始和終點(diǎn)處速度發(fā)生突變、凸輪機(jī)構(gòu)受到剛性沖擊和柔性沖擊，使下鉤機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能。運(yùn)用MATLAB對(duì)凸輪輪廓線進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，得到下鉤機(jī)構(gòu)前后和上下凸輪的理論和實(shí)際輪廓曲線，為織網(wǎng)機(jī)凸輪輪廓線提供設(shè)計(jì)參考依據(jù)。
輪廓曲線設(shè)計(jì)方法：凸輪的回轉(zhuǎn)中心Ｏ點(diǎn)作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，a為凸輪軸心與擺桿軸心之間距離，L為擺桿長(zhǎng)度，ro為基圓半徑。擺動(dòng)滾子從動(dòng)件的起始位置AOBO 反轉(zhuǎn)δ角后到達(dá)位置AB，凸輪與從動(dòng)件的接觸點(diǎn)BO到達(dá)B點(diǎn)，對(duì)應(yīng)從動(dòng)件的擺角為φ。設(shè)BO點(diǎn)的坐標(biāo)為(xBO，yBO)，B點(diǎn)坐標(biāo)為（x，y），Ａ點(diǎn)坐標(biāo)為（xA，yA）。AB的復(fù)合運(yùn)動(dòng)可用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和平移變換來實(shí)現(xiàn)，即：
［x］＝cos(δ＋Φ) sin（δ＋Φ）（xBO-0）+［xA］
［y］=-sin(δ＋φ)cos（δ＋φ）（yBO-a）+［yA］
將xA=asinδ、yA=acosδ、xBO=- Lsinφ0 、yBO=a-Lcosφ0，φ0為推桿初始角，φ0＝arccos根號(hào)下（（a^2+L^2-r0^2）/ （2aL））代入式（1），可得到理論輪廓線上任意一點(diǎn)B的坐標(biāo)：x=asinδ-Lsin（δ＋φ＋φ0），y=acosδ-L cos（δ＋φ＋φ0）。凸輪實(shí)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(diǎn)B的法線方向取距離為r，即得實(shí)際輪廓線上的相應(yīng)點(diǎn)B′（x′ ，y′）。理論輪廓線 Ｂ 點(diǎn)處法線n-n的斜率為：tanθ=dx/dy=-（dx/dδ）/（dy/dδ）=sinθ/cosθ，其中：θ為法線n-n與x軸夾角。dx/dδ=acosδ-Lcos（δ＋φ＋φ0）（１＋ｄφ/ｄδ），dy/dδ=-asinδ+Lsin（δ＋φ＋φ0）（１＋ｄφ/ｄδ）。sinθ=（dx/dδ）/根號(hào)下（（dx/dδ）^2+（dy/dδ）^2），cosθ=（dy/dδ）/根號(hào)下（（dx/dδ）^2+（dy/dδ）^2）則凸輪實(shí)際輪廓線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)B′的坐標(biāo)為：x′= x-（+）rcosθ，y′= y-（+）rsinθ。其中：“-”用于內(nèi)等距曲線；“+”用于外等距曲線
3. 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)與研究
本篇文章作者詳細(xì)介紹了配氣凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)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(shí)際輪廓曲線的直角坐標(biāo)表達(dá)式，利用SolidWorks三維軟件的二次開發(fā)對(duì)凸輪輪廓曲線進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，最終得出配氣凸輪的三維實(shí)體模型，為發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪廓線的設(shè)計(jì)提供了一種依據(jù)。
配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)，兩種方法的設(shè)計(jì)原理都是相同的，稱之為“反轉(zhuǎn)法”。當(dāng)凸輪以角速度ω繞軸O轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推桿在凸輪的高副元素(輪廓曲線)的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。設(shè)想給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度－ω，使其繞軸心O轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)凸輪將靜止不動(dòng)，而推桿一方面隨其導(dǎo)軌以角速度－ω繞軸心O轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面又在導(dǎo)軌內(nèi)做預(yù)期的往復(fù)移動(dòng)。推桿在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中，其尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪的輪廓曲線。根據(jù)上述分析，在進(jìn)行凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)時(shí)，假設(shè)凸輪靜止不動(dòng)，而推桿相對(duì)于凸輪作反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又在其軌道內(nèi)作預(yù)期運(yùn)動(dòng)，做出推桿在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(jì)方法即為 “反轉(zhuǎn)法”。
4．基于VB6_0和UG6_0的盤形凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(jìn)行盤形凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)。輸入原始參數(shù)后，得到該參數(shù)下的凸輪廓線、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及運(yùn)動(dòng)仿真，大大縮短解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)間，為高速高精度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)提供了有利條件。使凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)直觀化、實(shí)時(shí)化。通過實(shí)例驗(yàn)證，該軟件界面友好，方便直觀，既可用于工程實(shí)際，又可滿足教學(xué)需要。
5. 基于MATLAB的平面盤形凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)
本篇文章作者利用MATLAB語言編制了盤形凸輪機(jī)構(gòu)輪廓參數(shù)化設(shè)計(jì)的可視化程序，針對(duì)不同參數(shù)和推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了推桿運(yùn)動(dòng)線圖、凸輪輪廓曲線和凸輪輪廓曲線壓力角的繪制仿真實(shí)驗(yàn)，并且分析了不同參數(shù)的選取對(duì)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(jì)系統(tǒng)的開發(fā)
本篇文章作者主要是對(duì)盤型凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)自動(dòng)化，利用Auto-CAD二次開發(fā)功能，開發(fā)了界面友好、擴(kuò)展性強(qiáng)的盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的輸入、參數(shù)合理性校核、設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖輸出等功能。依據(jù)凸輪設(shè)計(jì)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(zhǎng)值的算法。最后以偏置直動(dòng)滾子推桿盤型凸輪輪廓曲線為例對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證，并給出了運(yùn)行結(jié)果。
7. 基于UG表達(dá)式的直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪廓形設(shè)計(jì)
本篇文章作者根據(jù)直線包絡(luò)曲線知識(shí)，結(jié)合凸輪廓形的反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)方法，導(dǎo)出直動(dòng)平底從動(dòng)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(shí)，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(dá)式的格式，編譯表達(dá)式，作出凸輪廓形曲線，為直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪的CAD/CAE/CAM一體化設(shè)計(jì)建立了基礎(chǔ)模型，具有實(shí)際意義。
8. 基于VB軟件的盤形凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析
本篇文章作者以VB編程語言為工具，根據(jù)直動(dòng)推桿的不同類型，分別對(duì)盤形凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)。此方法只需給出凸輪機(jī)構(gòu)的幾個(gè)相關(guān)參數(shù)，并選擇推程與回程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就可方便快捷的設(shè)計(jì)出凸輪機(jī)構(gòu)。對(duì)比于傳統(tǒng)的繪圖法，提高了效率和準(zhǔn)確度，同時(shí)對(duì)其它類型的機(jī)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(duì)凸輪加工僅靠測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)反求其廓線的方法，并開發(fā)出以VB為平臺(tái)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(duì)主凸輪輪廓線進(jìn)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(jī)構(gòu)關(guān)系得到副凸輪的廓線值。借助 ProE的實(shí)體構(gòu)造及運(yùn)動(dòng)仿真功能，進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性分析，通過分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線，確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)角及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)共軛凸輪的重新設(shè)計(jì)。
10.盤形凸輪的解析法設(shè)計(jì)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(jī)床上進(jìn)行加工，克服了傳統(tǒng)的圖解法設(shè)計(jì)與仿形法加工的缺點(diǎn)，提高了凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律與預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律的吻合性。
11.盤形凸輪輪廓曲線的參數(shù)化設(shè)計(jì)
本篇文章作者介紹運(yùn)用UG軟件建立參數(shù)表達(dá)組，進(jìn)行盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)。介紹了構(gòu)建盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)的步驟及構(gòu)建凸輪設(shè)計(jì)參數(shù)表達(dá)式主要依據(jù)。闡述了由S-Q函數(shù)建立各參數(shù)表達(dá)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(jì)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(dòng)式從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的CAD系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了AutoCAD與Word的“無縫”連接。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪圖、設(shè)計(jì)結(jié)果輸出一體化，能顯著提高設(shè)計(jì)的品質(zhì)與效率。
13.基于VB的直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及分析
本篇文章作者采用Visual Basic為開發(fā)語言，對(duì)盤形凸輪機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過人機(jī)對(duì)話，可實(shí)時(shí)修改輸入?yún)?shù)及選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而使凸輪機(jī)械的設(shè)計(jì)直觀化、實(shí)時(shí)化。設(shè)計(jì)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(jì)凸輪輪廓線時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)間，提高設(shè)計(jì)工作效率。
14.Cam profile optimization for a new cam drive（新凸輪驅(qū)動(dòng)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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的獨(dú)特凸輪機(jī)構(gòu)。首先，通過分析獨(dú)特的凸輪機(jī)構(gòu)來定義優(yōu)化問題。通過將發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)設(shè)計(jì)規(guī)格。第二，分析場(chǎng)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(xiàng)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(jìn)行比較研究，以證明這些提出的設(shè)計(jì)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(jì)相比，所提出的優(yōu)化方法大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
15.Optimal Design of Cams（凸輪的最佳設(shè)計(jì)）
本篇文章作者提出了一種使用約束優(yōu)化算法來設(shè)計(jì)電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門列車的凸輪。所施加的約束是最大氣門升程和為正時(shí)，而目標(biāo)函數(shù)是對(duì)氣流打開的氣門面積最小化的時(shí)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(shí)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(jìn)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(jī)構(gòu)鏈中的力過大，并且防止凸輪和隨動(dòng)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(yùn)動(dòng)鏈引入的幾何非線性的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析來計(jì)算凸輪形狀。最后，在動(dòng)力分析中驗(yàn)證整個(gè)機(jī)構(gòu)以檢查設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的滿意度。進(jìn)行與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的比較。
16. Optimum design of local cam profile of a valve train（氣門機(jī)構(gòu)的局部凸輪輪廓的最佳設(shè)計(jì)）
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(jī)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(dòng)力學(xué)模型來模擬氣門機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(dòng)力學(xué)模擬產(chǎn)生的動(dòng)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(jī)械工程師手冊(cè)
本書具體的介紹了凸輪的類型、基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)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(xiàn)，最終決定用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線并用Visual?Basic語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。原因如下：
幾何法簡(jiǎn)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(diǎn)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(chǎng)合。對(duì)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(jì)凸輪廓線。所謂用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，建立凸輪理論輪廓曲線、實(shí)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(jì)算出凸輪輪廓曲線或刀具運(yùn)動(dòng)軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓，以適合在數(shù)控機(jī)床上加工。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對(duì)較小，但計(jì)算量大。計(jì)算量大這個(gè)問題可以用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)。所以選用解析法來設(shè)計(jì)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(jiǎn)單易學(xué)，操作簡(jiǎn)單，界面簡(jiǎn)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Visual?Basic語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。
典型的凸輪結(jié)構(gòu)是由主動(dòng)凸輪、從動(dòng)推桿和機(jī)架所組成的三構(gòu)件高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)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(jī)、輕工機(jī)械和自動(dòng)機(jī)等各種機(jī)械。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，設(shè)計(jì)較方便；幾乎能實(shí)現(xiàn)從動(dòng)推桿為任何預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律的往復(fù)移動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)；但高副元素接觸處的潤(rùn)滑條件較差，接觸應(yīng)力大，易磨損；且當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用于高速時(shí)，動(dòng)力特性較復(fù)雜，相應(yīng)的機(jī)構(gòu)精確分析和設(shè)計(jì)也較困難。
盤形凸輪分為直動(dòng)推桿和擺動(dòng)推桿。
推桿運(yùn)動(dòng)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(shí)間變化的規(guī)律。一般當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過一整周時(shí)推桿完成一個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪結(jié)構(gòu)前，一般先給定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因?yàn)橥茥U運(yùn)動(dòng)規(guī)律不僅關(guān)系到凸輪的廓線形狀和尺寸，同時(shí)還影響凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力特性和使用。
盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)：
反轉(zhuǎn)法概念：以直動(dòng)凸輪為例，在設(shè)計(jì)的時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)。而推桿相對(duì)于凸輪旋轉(zhuǎn)的方向（假定的方向），與凸輪相對(duì)于機(jī)架的實(shí)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(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加一公共角速度-ω，不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，則凸輪相對(duì)靜止不動(dòng)，推桿一方面隨導(dǎo)軌以-ω繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)移動(dòng)，推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)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(dòng)件推桿尖頂在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)機(jī)構(gòu)加一個(gè)共同的運(yùn)動(dòng)時(shí)，各構(gòu)件的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生了變化，但各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)卻并不改變，各構(gòu)件的相對(duì)尺寸亦不改變。因而，對(duì)轉(zhuǎn)化后的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的結(jié)果與對(duì)原機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的結(jié)果是相同的。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的方法就是機(jī)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(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的一種基本方法。其中,在凸輪機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用最典型。凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)，如果根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定了凸輪機(jī)構(gòu)的形式、基本尺寸，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪的轉(zhuǎn)向，凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)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(jì)都采用“反轉(zhuǎn)法”原理。給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加一個(gè)與凸輪角速度等值反向的公共角速度-ω，使其繞軸心O轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，這時(shí)凸輪與推桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變，內(nèi)作預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)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(shí)際廓線。
（1） 對(duì)于對(duì)心推桿可在式中令e=0。
（2） 實(shí)際廓線中滾子半徑rg前上下兩組符號(hào)分別對(duì)應(yīng)于外凸輪和內(nèi)凸輪兩種情況。
（3） s（Φ）為推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
滾子中心（理論廓線）方程
x=[s0+s（Φ）]sinΦ+ecosΦ
y=[s0+s（Φ）]cosΦ-esinΦ
s0=根號(hào)下（r02-e2）
實(shí)際（工作）輪廓線方程
xc=x±rgy/根號(hào)下（x2+y2）
yc=x-（+）rgx/根號(hào)下（x2+y2）
x=[s0+s（Φ）]cosΨ+（ds/dΦ-e）sinΦ
y=-[s0+s（Φ）] sinΨ+（ds/dΦ-e）cosΦ
2.平底直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)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(shí)際廓線。
（1） 平底底面長(zhǎng)為L(zhǎng)，L=2|（ds/dΦ）|max+（2~5）mm
（2） s（Φ）為推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律
推桿平底中點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)軌跡方程
x=[r0+s（Φ）]sinΦ
y=[r0+s（Φ）]cosΦ
工作廓線方程
xc=[r0+s（Φ）]sinΨ+（ds/dΦ）cosΦ
yc=[r0+s（Φ）]conΨ+（ds/dΦ）sinΦ
審 核 意 見
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見（對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱）
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教研室主任意見
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學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見
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公章：
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