平行分度凸轮机构刚柔耦合动力学研究

摘要

平行分度凸轮机构是可将回转运动转为所需的间歇转位运动或移动的步进机构，被广泛应用于包装、食品、烟草、制药及材料成型加工等各种领域。由于机构在高速运行时存在周期性的惯性力矩，各构件的弹性变形会增大，使机构的实际输出与理论值有一定差距，因此，其在运行过程中的动态性能成为人们关注的重点。
　　本文以机械系统动力学为理论指导，建立了平行分度凸轮机构的多自由度动力学模型。结合ADAMS及ANSYS，根据动力学模型建立平行分度凸轮机构的虚拟样机进行动力学仿真，研究不同因素对其动态性能的影响。主要内容如下：
　　(1)研究了平行分度凸轮机构的主要参数，详细分析了影响机构动力学性能的因素，为准确地研究机构动态性能提供了充足的理论基础。
　　(2)根据机械系统动力学，采用集中质量法，建立了平行分度凸轮机构的多自由度动力学模型，建立了其对应的动力学方程，并求解了无阻尼状态下的动力学响应，为虚拟样机动态性能分析提供理论依据。
　　(3)建立了单自由度凸轮机构的动力学方程，并求得几种运动规律下凸轮机构的响应，应用MATLAB对其作了响应谱分析，为后续的联合仿真提供了理论依据。
　　(4)应用CAD/CAM软件，得到了凸轮的数据点，在Pro/E中建立了凸轮机构的三维模型，利用ANSYS对输入轴、输出轴作了模态分析，研究各阶模态的固有频率及对应的振型，分析该机构的可靠性。
　　(5)通过ADAMS及ANSYS建立了平行分度凸轮机构的刚柔耦合虚拟样机并进行动力学仿真，结合仿真曲线验证动力学模型的正确性。
　　(6)研究仿真数据，综合分析不同机构参数和工况的改变对平行分度凸轮机构的动力学性能的影响，为凸轮机构的设计提供一定的理论依据。
　　综上所述，得到了凸轮机构响应与响应谱的程序及结论，为研究其响应提供了理论依据。详细说明了几种因素对刚柔耦合后机构动态性能的影响，设计者在设计凸轮机构时需综合考虑不同的影响因素。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题目的及意义

1．2 国内外相关研究概况

1．2．1 国外相关领域研究概况

1．2．2 国内相关领域研究概况

1．3 课题的主要研究内容

2 平行分度凸轮机构概述

2．1 引言

2．2 各类分度凸轮机构

2．3 凸轮机构从动件的运动规律

2．3．1 凸轮曲线的无量纲化

2．3．2 常用运动规律

2．3．3 运动规律的特性值及选定

2．4 平行分度凸轮机构设计与计算

2．4．1 平行分度凸轮机构的基本参数

2．4．2 平行分度凸轮机构的主要几何尺寸

2．5 凸轮轮廓的制约条件

2．5．1 凸轮廓形不发生干涉的条件

2．5．2 不根切条件

2．5．3 压力角条件

2．5．4 平行分度凸轮机构连续传动的条件

2．6 小结

3 平行分度凸轮机构的动力学模型

3．1 引言

3．2 机械系统动力学理论

3．2．1 机械系统动力学

3．2．2 刚柔耦合动力学模型

3．2．3 动力学性能影响因素

3．3 动力学模型的建立

3．4 输出轴等效模型及接触刚度计算

3．4．1 输出轴系统等效模型

3．4．2 接触刚度的计算

3．5 动力学微分方程

3．5．1 系统能量计算

3．5．2 微分方程

3．5．3 微分方程线性化

3．5．4 动力学方程简化

3．6 小结

4 单自由度凸轮机构的响应及响应谱分析

4．1 引言

4．2 凸轮机构单自由度动力学模型分析

4．2．1 建立凸轮机构的单自由度动力学模型

4．2．2 运动微分方程的求解

4．3 几种运动规律激励下的响应谱分析

4．3．1 修正正弦运动规律

4．3．2 摆线运动规律

4．3．3 4-5-6-7多项式运动规律

4．3．4 谐波运动规律

4．4 小结

5 平行分度凸轮机构的虚拟样机建立

5．1 引言

5．2 虚拟样机技术与ADAMS应用

5．2．1 虚拟样机技术

5．2．2 ADAMS仿真

5．3 平行分度凸轮机构三维模型的建立

5．3．1 平行分度凸轮机构廓形的获得

5．3．2 平行分度凸轮的三维建模

5．4 平行分度凸轮机构多刚体样机的建立

5．5 多刚体虚拟样机的动态仿真

5．5．1 虚拟样机的初始设置

5．5．2 多刚体虚拟样机动态仿真

5．6 小结

6 平行分度凸轮机构刚柔耦合模型的建立

6．1 引言

6．2 刚柔耦合系统柔性构件的建立

6．2．1 主要柔性构件的选择

6．2．2 柔性构件的建立步骤

6．3 平行分度凸轮机构的模态分析

6．3．1 ANSYS中的模态分析

6．3．2 输入轴与凸轮的模态分析

6．3．3 输出轴与载荷盘的模态分析

6．4 平行分度凸轮机构柔性构件的创建

6．4．1 输入轴的柔性化

6．4．2 输出轴的柔性化

6．5 刚柔耦合虚拟样机的建立

6．6 小结

7 平行分度凸轮机构刚柔耦合动态分析

7．1 平行分度凸轮机构刚柔耦合动态分析

7．2 平行分度凸轮机构动态性能影响因素研究

7．2．1 动力学影响因素

7．2．2 动态性能影响的研究指标

7．3 平行分度凸轮机构不同参数下的动态仿真

7．3．1 凸轮与滚子的间隙对机构动态性能的影响

7．3．2 输入转速对机构动态性能的影响

7．3．3 轴向负载对机构动态性能的影响

7．3．4 径向负载对机构动态性能的影响

7．3．5 阻尼系数对机构动态性能的影响

7．4 小结

8 总结与展望

8．1 总结

8．1 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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