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浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）文獻綜述報告 班 級 09機械類(4)班 姓 名 景坷 課題名稱 凸輪機構運動分析及創(chuàng)新設計試驗平臺研制 文獻綜述 目 錄 1 前言 2 國內凸輪機構研究現狀 3 國外凸輪機構研究現狀 4 凸輪機構研究趨勢 5 總結 參考文獻 （報告全文附后） 指導 教師 審批 意見 簽名： 年 月 日 凸輪機構運動分析及創(chuàng)新設計試驗平臺研制 景坷 ( 09機械類（4）班 B09300412) 1 前言 凸輪機構是工程中用以實現機械化和自動化的一種重要驅動和控制機構，在輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標準零件制造、交通運輸等領域運行的工作機械中獲得廣泛應用。凸輪機構之所以能夠得到如此廣泛應用，是因為它具有傳動、導向和控制等功能。當它作為傳動機構時，可以產生復雜的運動規(guī)律：當它作為導向機構時，可使工作機械的動作端產生復雜的運動軌跡：當它作為控制機構時，可控制執(zhí)行機構的工作循環(huán)。隨著社會發(fā)展和科技進步為了提高產品的質量和生產率，對機械設備的性能指標提出更高的要求，作為機械設備核心部件的凸輪機構而言，必須進一步提高其設計水平，在解析法設計的基礎上開展計算機輔助設計的研究和推廣應用。因此，開展對凸輪機構運動分析的研究，對于揭示機構的運動性能，進行機構的優(yōu)化設計和動力學分析有著重要的實際意義。 2 國內凸輪機構研究現狀 我國對凸輪機構的應用和研究已有多年的歷史，目前仍在繼續(xù)擴展和深入。1983年全國第三屆機構學學術討論會上關于凸輪機構的論文只有8篇，涉及設計、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，已有凸輪機構方面的論文20篇，增加了動力學、振動、優(yōu)化設計等研究方向。而1990年第七屆會議，凸輪機構方面的論文22篇，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，對凸輪機構的共軛曲面原理、專家系統等方面也有了相當的研究?，F在凸輪機構已經在包裝機械、食品機械、紡織機械、交通運輸機械、動力機械、印刷機械等領域得到廣泛的應用。但是，與先進國家相比，我國對凸輪機構的研究和應用還存在較在的差距，尤其是在對振動的研究、凸輪機構的加工及產品開發(fā)等方面。 3 國外凸輪機構研究現狀 在歐美各國，很多學者為凸輪機構的研究作出了貢獻。早在三十年代，F．D．Furman就寫了一本系統介紹凸輪設計的著作，當時的研究工作主要集中在低速凸輪機構，而且主要分析的是運動規(guī)律。到了四十年代，人們開始對配氣凸輪機構的振動進行深入研究，并從經驗設計過渡到有理論根據的運動學和動力學分析。四十年代末，J．A．Hron~等人已經注意到從動件的剛度對凸輪機構動力學響應有明顯的影響。五十年代初，D．B．Mitchell最先對凸輪機構進行實驗研究。后來不少學者采用多種儀器，如高速攝影機、加速度分析儀和動態(tài)應變儀等，對高速凸輪的動力學響應進行測量，并獲得了許多重要成果。 隨著計算機的發(fā)展，凸輪機構的CAD／CAM獲得巨大成功，凸輪機構的研究經歷了從經驗設計到優(yōu)化設計，從單純的運動分析到動力學研究，從手工加工到CAM等發(fā)展階段。僅八、九十年代，就有P．Diemtma，J．K．Mills ，Y．Peng ，V．Y ．Belrstij ，Y．W．Chan等人先后發(fā)表了有關凸輪機構優(yōu)化設計方面的論文，而Tsay，Bagci，Camil，Yilmaz，Yuksel，A．I．Mahyuddin，Cardona，Aiberto，T．L．Drenser 等人先后發(fā)表了有關凸輪振動、動態(tài)響應等動力學性能方面的論文。 歐美各國的學者還特別注重研究文獻的收集整理，P．W．Jensen在其專著《凸輪設計與制造》中幾乎列出了1984年以前的、有記載的、可以找得到的所有的文獻資料，共1817篇。根據該書和1984年以后出版的《Ei》，對歐美各國自1950年以來在各研究方向所發(fā)表的論文數量作了初略的統計，總結得出四十年來歐美各國凸輪機構研究的特點大致如下； (1)論文數量多，研究范圍廣。 (2)研究的連續(xù)性和發(fā)展性強。在每個研究方向上每年都有相當數量的論文發(fā)表，而且關于新技術應用的論文數量也逐年增多。如五十年代至六十年代，有關設計加工及刀具的論文是大量的，而有關優(yōu)化設計的論文幾乎沒有。到了七十至八十年代，這方面的論文顯著增多，而到了九十年代，有關凸輪機構動力學方面的研究論文大量發(fā)表，同時有關高速凸輪機構的新的分析方法和改善其動力學性能方面的研究論文也不斷涌現。因此可以認為，凸輪機構的研究是持續(xù)且有發(fā)展的。 (3)研究工作隨著新技術、新方法的產生和應用而深化。倒如凸輪機構的優(yōu)化設計，早期的優(yōu)化 目標極為簡單，主要是確定最小基圓半徑。隨著優(yōu)化方法和計算機的應用，優(yōu)化目標的選擇也越來越復雜，如可以是最小體積、最小接觸應力、最長壽命、從動件最小振動、最高效率、最小功耗等。 (4)基礎理論的研究持續(xù)穩(wěn)定。雖然凸輪機構的研究不斷有新的擴展，但是對其基礎理論如從動件運動規(guī)律、幾何學、運動學等方面的研究論文仍有相當多的數量，這是因為當其他方面的研究需要深化和擴展時，往往由于基礎理論研究得不夠而難以繼續(xù)。倒如采用優(yōu)化方法，如果數學模型誤差很大，再好的優(yōu)化方法也得不到好的結果。 日本也特別重視凸輪機構的研究，有很多從事凸輪機構研究的專家，早期有小才川介、中開英一等，現在有牧野洋、西岡雅夫 筱原茂之等}還有許多專門生產凸輪機構的公司，如大冢公司、三共制作所、 和凸輪公司等。日本經常舉行討論凸輪機構的學術會議。在有關的國際性刊物上也經?？吹饺毡驹谕馆啓C構研究方面的論文。日本近期在凸輪技術的發(fā)展上所做的工作主要有以下幾個方面： (1)在機構設計方面，致力于尋求凸輪機構的精確解和使凸輪曲線多樣化，以適應新的要 求。 (2)加強了凸輪機構動力學和振動方面的研究．提高了機構的速度，發(fā)展了高速凸輪。他們已經生產出分度數每分鐘8000次的分度凸輪機構。 (3)研制新的凸輪加工設備，以適應新開發(fā)的產品 實現了凸輪機構的小型化和大型化，已經設計生產出了世界上最小和最大的蝸桿凸輪機構，中心距前者為28mm，后者為800mm。 (4)加強凸輪機構的標準化，發(fā)展成批生產的標準凸輪機構。 (5)發(fā)展凸輪機構的CAD/CAM系統。 日本學者特別注重將各方面的研究成果應用到實際的產品開發(fā)中去，如他們充分地認識到凸輪機構作為控制機構具有高速下的穩(wěn)定性、優(yōu)良的再現性、良好的運動特性和可靠性、易于實現同步控制、剛度高等優(yōu)越性，因而十分重視將凸輪機構與電子技術相結合，在控制機構上作廣泛的研究，從而拓寬了凸輪機構的用途。 4 凸輪機構研究趨勢 雖然已有很多學者對凸輪機構的研究做了相當多的工作，但在各研究方向仍有許多可繼續(xù)進行的工作，并有一些研究工作有待開發(fā)。從設計的角度考慮，大致有以下幾點： (1)在從動件運動規(guī)律的研究方面，除了繼續(xù)尋找更好的運動規(guī)律外，要研究有效的分析方法。 (2)在幾何學和運動學的研究方面，要綜合考慮各種凸輪機構，盡可能導出普遍適用的計算公式。已有研究大多集中于平面和圓柱凸輪，而且是一種凸輪一種研究方法，因而設計公式過多，近似較多，并影響到其他方面(如CAD的應用等)的研究。 (3)發(fā)展通用而有效的CAD系統。由于種種原因，計算機在凸輪機構設計中的應用一直被局限于幾種平面和圓柱凸輪機構，且每一程序一般只能處理一、二種機構，對比較完整的CAD系統的研究，在近十幾年才開始，且很不完善。 (4)引入專家系統或人工智能CAD系統。由于凸輪機構不是標準機構，種類多，應用廣，加之許多已有的知識不能公式化，所以應用普通的CAD系統，有時效果并不很理想。如果引入專家系統，則可以獲得較為理想的結果。 (5)動力學研究的深化及研究成果的進一步實用化 由于動力學問題本身的復雜性，導致研究主要集中于低、中速凸輪機構，對高速凸輪機構的動力學研究還不夠深入、完善，所以，人們對這些研究成果的可靠性存在懷疑，這些成果的應用尚不廣泛。 (6)加強對凸輪機構的運動學特性和動力學特性的計算機模擬，以提高設計質量和縮短產品研制周期。 5 總結 雖然國內外的研究成果很多，但是還有很多問題沒有解決，今后的研究會朝更多方面進行，諸如利用計算機對凸輪機構結構參數進行優(yōu)化設計，凸輪機構的運動進行仿真和測試分析，提高壽命凸輪廓線設計，減磨措施，高速凸輪設計。要解決這些問題，還需要我們去做很多研究。 通過收集各方面的資料和初期規(guī)劃，我已經對凸輪機構有了初步的了解，相信經過自己的努力和老師的指導下，我能吧它做好，雖然問題會在做的過程中不斷出現，相信我能做好一切。 參考文獻 [1] 劉昌祺，（日）牧野洋，曹西京，凸輪機構設計[M]，北京市：機械工業(yè)出版社，2005，1. [2] 趙韓，丁爵曾，粱錦華．凸輪機構設計[M]．北京：高等教育出版社，1993 [3] 吳努，沈世?。叫蟹侄韧馆啓C構[J]．機械設計，1994，12(10), 13～17 [4] 吳努，沈世?。喂曹椡馆喌脑O計[J]．機槭設計，1994，11(5)：20~22 [5] Mills J K,Optimal design and sensitivity analysls of flexible cam mechanisms[J], Mech Mach Theory，1993 [6] Hongsen Y.Variable-speed method for improving motion characteristics of cam systems．J Mech Des[J]，Trans AS—ME．1996 [7] Tidwell P H.Synthesis of wrapping cams．J Mech Des[J]，Trans ASME，1994 [8] Gonzalez P，Antonio M．Synthesis of cam—ocillating roller-follower mechanisms,a unfied approach,Mechanism Design and Synthesis[J],ASME Des Eng Div Publ DE，1992 [9] 牧野洋．自動機械機構學[M]．北京：科學出版杜，1980F．D [10] 趙韓，丁爵曾，粱錦華．凸輪機構設計[M]．北京：高等教育出版社，1993 4