谐波运动规律及其在凸轮机构中的应用研究

摘要

凸轮机构的设计过程中选用合理的运动规律是非常关键的，运动规律是否理想直接影响凸轮机构的性能、精度和寿命等。随着工作精度等要求的提高，研究设计出综合性能更好的通用运动规律是设计环节的首要任务。
　　文中介绍了一种由多个谐波分量叠加而成的谐波运动规律，它的基本思想是参考理想设计要求位移图，采用优化的方法确定谐波分量的系数。谐波运动规律是由k阶谐波分量叠加而成，能够避免k阶以上的谐波函数引发的机构共振并且在一个运动周期内能用一个数学公式来表达，能够无限次求导，较已有的大多曲线更为光滑，在端点连续而无冲击，更适合中、高速场合。本文将从以下几方面对谐波运动规律进行研究设计与说明:
　　(1)对选题的背景意义及国内外现状进行了分析，提出了研究谐波运动规律的必要性。
　　(2)对谐波运动规律进行了详细的设计说明。作者将谐波运动规律的表达式分为两种情况:一般凸轮机构和分度凸轮机构，其设计思想相同。首先完善谐波运动规律的理论知识，采用优化的方法对谐波分量的系数进行计算从而得到谐波运动规律的表达式，其次在后续章节简单介绍了谐波运动规律的MATLAB实现。
　　(3)介绍了谐波运动规律在凸轮机构中的应用，用单停留、双停留及分度凸轮机构的设计案例将谐波运动规律与常用的运动规律（如摆线运动规律、修正正弦运动规律）进行对比，体现出谐波运动规律的优点。
　　(4)建立了凸轮机构的单自由度有黏性阻尼的动力学模型，列出系统的微分方程。系统的计算出谐波运动规律、摆线运动规律、修正正弦运动规律、4-5-6-7多项式等运动规律激励下的凸轮机构单自由度系统的响应方程，列举实例分析各种运动规律激励下的凸轮机构单自由度系统的响应曲线并与谐波运动规律激励下的响应曲线做比较，验证谐波运动规律的优势。最后总结出相关系统参数对振动系统的影响。
　　(5)在以上理论研究基础上，基于MATLAB GUI开发具有良好用户界面的谐波运动规律通用设计软件，使谐波运动规律能更容易被广泛应用。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题目的及意义

1．2 国内外相关研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 小结

2 凸轮机构谐波运动规律设计的理论基础

2．1 引言

2．2 谐波运动规律的理论基础

3．谐波运动规律在凸轮机构中的应用

3．1 引言

3．1．1 摆线运动规律

3．1．2 修正正弦运动规律

3．1．3 运动规律的无量纲化

3．2 谐波运动规律在—般凸轮机构中的应用

3．2．1 单停留凸轮机构(升-降-停型)

3．3．2 双停留凸轮机构(升-停-降-停型)

3．2．3 谐波阶数对—般凸轮运动曲线的影响

3．3 谐波运动规律在分度凸轮机构中的应用

3．3．1 用于分度凸轮机构的谐波运动规律

3．3．2 谐波运动规律中的相关参数对分度凸轮运动性能的影响

3．4 小结

4 凸轮机构单自由度系统在各种运动规律激励下的响应

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凸轮机构单自由度系统的响应

4．3．1 有量纲摆线运动规律

4．3．2 修正正弦运动规律

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 案例分析

4．4．1 选用摆线运动规律设计凸轮

4．4．2 选用修正正弦运动规律设计凸轮

4．4．3 选用4-5-6-7多项式运动规律设计凸轮

4．4．4 选用谐波运动规律设计凸轮

4．4．5 结论

4．5 凸轮机构单自由度系统的相关参数对系统的影响

4．5．1 摆线运动规律激励下的系统参数对系统的影响

4．5．2 谐波运动规律激励下的系统参数对系统的影响

4．6 小结

5 基于MATLAB的谐波运动规律通用界面开发

5．1 引言

5．1．1 GUI图形界面概述

5．1．2 设计原则和步骤

5．1．3 句柄图形

5．2 谐波运动规律设计的MATLAB实现

5．2．1 谐波系数的求解程序

5．2．2 谐波运动规律位移／速度／加速度／跃度图象显示程序

5．2．3 生成txt数据文件程序

5．3 静态界面设计

5．3．1 构思草图

5．3．2 设计界面

5．4 动态功能的程序实现

5．4．1 主界面动态功能的实现

5．4．2 参数输入界面动态功能的实现

5．5 设计实例

5．6 小结

6．结论与展望

致谢

参考文献

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