弧面分度凸轮机构动态分析及测试系统开发

摘要

弧面凸轮分度装置是由包含弧面凸轮分度机构在内的几个零件组合的单元，其作用是通过凸轮机构将输入轴的连续运动转变为输出轴的间歇运动。弧面凸轮分度装置以其运动平稳、定位准确、传动无间隙、分度精度高、高速性能好、传递扭矩大、结构紧凑、体积小、噪声低等优点，适应了机械的高速、高效、高精度、低噪声和自动化的发展趋势，被广泛应用于各种自动机械和生产线上。
　　该装置应用前景广阔，所以其动力学研究也比较突出，但总体来看，大部分研究太过理论化，无法与实际相联系。而且其性能检测一直以来是一个薄弱的环节，特别是凸轮轮廓几何形状误差检测困难、动态检测设备缺乏、检测费用高，所以一般生产厂家不予检测。
　　本文在机械动力学知识的基础上，建立了与实际相符的弧面分度凸轮机构动力学模型，并对其进行了详细的动力学分析，大大提高了理论分析的准确性。同时借助虚拟仪器技术，运用现代测试技术、传感器技术、计算机技术及总线技术，对弧面凸轮分度装置的动态特性测试系统进行了研究与开发，为弧面分度凸轮机构动态测试提供了理论基础和技术支持。本文主要内容如下:
　　首先，根据机械动力学知识，建立弧面分度凸轮机构动力学模型，并对理论模型进行了分析。同时在理论模型的指导下，利用ANSYS软件和ADMAS软件，建立弧面分度凸轮机构刚柔耦合动力学模型，模拟分析弧面分度凸轮机构动态性能的影响因素。
　　其次，在理论分析的基础上，设计弧面分度凸轮机构动态测试系统总体方案并建立数字化样机，选择合适的测试系统元器件和传感器，保证测试系统硬件方案的可行性。
　　最后，完成测试系统人机交互界面设计，数据采集器驱动程序的设计及负载和驱动控制程序设计。完成LabVIEW用户应用程序的设计，完成同步采集、实时保存、并在线显示多路信号;完成信号处理，可以对波形进行数字滤波、FFT、功率谱分析等多种数字信号处理。
　　本文还详细的介绍了弧面分度凸轮机构动力学分析理论基础，软件设计基础，并特别论述了软件系统的开发过程。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题目的及意义

1．1．1 问题的提出

1．1．2 研究意义

1．2 国内外相关研究现状

1．2．1 弧面分度凸轮机构及其动力学研究现状

1．2．2 弧面凸轮分度装置动态检测研究现状

1．2．3 虚拟仪器研究现状

1．3 课题的主要研究内容

2 弧面分度凸轮机构动力学分析理论基础

2．1 弧面分度凸轮机构基本参数及其特点

2．1．1 弧面分度凸轮机构基本参数

2．1．2 弧面分度凸轮机构特点

2．2 弧面分度凸轮机构从动件运动规律

2．2．1 运动规律的无量纲化

2．2．2 常用的从动件运动规律

2．3 机械系统动力学理论

2．3．1 机械系统动力学

2．3．2 刚柔耦合动力学模型

2．3．3 动力学模型的建立

2．4 小结

3 弧面分度凸轮机构动力学分析

3．1 动力学性能的影响因素

3．2 弧面分度凸轮机构动力学建模

3．2．1 弧面分度凸轮机构动力学模型的建立

3．2．2 等效接触刚度分析

3．2．3 机构动力学方程

3．2．4 机构动力学方程的推导

3．2．5 微分方程线性化

3．3 动力学模型的简化

3．3．1 扭转动力学模型

3．3．2 扭转动力学方程

3．4 小结

4 弧面分度凸轮机构动态分析

4．1 弧面分度凸轮机构的参数化建模

4．2 刚柔耦合模型柔性构件的选取及建立

4．2．1 弧面分度凸轮机构柔性构件的选取

4．2．2 弧面分度凸轮机构柔性构件的建立

4．3 输入轴输出轴模态分析

4．3．1 ANSYS模态分析简介

4．3．2 弧面分度凸轮机构输入轴和从动件的模态分析

4．4 刚柔耦合虚拟样机的建立

4．5 弧面分度凸轮机构刚柔耦合动态分析

4．6 弧面分度凸轮机构动态性能影响因素分析

4．6．1 凸轮与滚子间隙对机构动态性能的影响

4．6．2 输入转速对机构动态性能的影响

4．6．3 轴向载荷对机构动态性能的影响

4．6．4 周向载荷对机构动态性能的影响

4．7 小结

5 测试系统原理及系统方案设计

5．1 测试精度的定义

5．2 参数测试原理

5．2．1 扭矩参数测试

5．2．2 分度精度参数测试

5．2．3 曲线输出

5．3 系统方案设计

5．3．1 系统总体方案的提出

5．3．2 动态测试试验台总体硬件方案的提出

5．3．3 数据采集和控制系统方案的提出

5．3．4 系统软件方案的提出

5．4 小结

6 系统硬件单元的设计与实现

6．1 测量系统硬件组成

6．2 测量系统硬件的选型

6．2．1 伺服系统与加载器的选型

6．2．2 加速度传感器的选型

6．2．3 扭矩传感器的选型与工作原理

6．2．4 圆光栅编码器的选型与工作原理

6．2．5 数据采集设备的选型

6．3 小结

7 系统软件的设计与实现

7．1 LabVlEW概述

7．1．1 LabVIEW软件特点与应用

7．1．2 LabVIEW程序开发环境

7．2 测试系统软件设计思路

7．3 测试系统软件开发

7．3．1 人机交互界面设计

7．3．2 信号采集与处理

7．3．3 控制系统软件设计

7．3．4 参数测试模块软件设计

7．4 小结

8 结论与展望

8．1 总结

8．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

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