開(kāi)題報(bào)告ppt-偏心輪式行星分度凸輪強(qiáng)度和模態(tài)分析

1、偏心輪式行星分度凸輪強(qiáng)度和模態(tài)分析,報(bào)告人：胡保先,湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,導(dǎo) 師 ：聶松輝 教授,2013-05,,湘潭大學(xué)研究生開(kāi)題報(bào)告,,,課題的研究背景及意義,1,,國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)況,2,,研究的內(nèi)容及技術(shù)路線,3,,關(guān)鍵問(wèn)題與重難點(diǎn)問(wèn)題,4,,研究進(jìn)程和參考文獻(xiàn),5,目 錄,課題的研究背景及意義,凸輪型間歇機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能自動(dòng)定位，動(dòng)靜比可任意選擇，更適用于高速、高分度精度的場(chǎng)合,因而己成為現(xiàn)代間歇機(jī)構(gòu)發(fā)展的主要方向。

2、平行分度凸輪機(jī)構(gòu)：外嚙合平行分度凸輪機(jī)構(gòu)受結(jié)構(gòu)限制，其分度數(shù)一般難以超過(guò)8～12?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)：弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)采用空間凸輪，需使用專(zhuān)用設(shè)備加工，因而制造成本較高；而且由于結(jié)構(gòu)限制，其分度數(shù)一般不超過(guò)12。圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)：圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)的分度數(shù)雖然較大，但分度數(shù)大時(shí)從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，故不宜用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。,,課題的研究背景及意義,,,,,,,,,行星分度凸輪機(jī)構(gòu),,,,加工簡(jiǎn)單,高速運(yùn)轉(zhuǎn),結(jié)構(gòu)緊湊,大分度數(shù),內(nèi)嚙合、結(jié)

3、構(gòu)緊湊，大分度數(shù)，廓線簡(jiǎn)單、加工容易，共軛結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)平衡、高速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),課題的研究背景及意義,國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,行星分度凸輪機(jī)構(gòu)與擺線針輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，只是把擺線輪一針輪副換為凸輪一針輪副（機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如左）。 輸出軸V的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由行星輪G和中心論B的內(nèi)嚙合的廓線形狀決定。,圖1.行星傳動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.1環(huán)板式行星分度凸輪機(jī)構(gòu),,圖2.環(huán)版式行星分度機(jī)構(gòu)的四種結(jié)構(gòu),由天津大學(xué)張策、劉明濤等率先提出。其中由于Ⅳ機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上優(yōu)于

4、其他三種結(jié)構(gòu)，所以研究討論最深就是環(huán)板式行星分度凸輪機(jī)構(gòu)，并系統(tǒng)地對(duì)其結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)和平衡問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。,2.1環(huán)板式行星分度凸輪機(jī)構(gòu),圖3 環(huán)板式行星分度凸輪的IV機(jī)構(gòu),2.2凸輪—柱銷(xiāo)式行星分度凸輪,由中國(guó)民航大學(xué)洪振宇、許致華等提出，并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的驗(yàn)證工作。 結(jié)論：凸輪與輸出構(gòu)件的瞬心線是封閉的、連續(xù)的。凸輪與柱銷(xiāo)嚙合的瞬時(shí)，各柱銷(xiāo)與凸輪嚙合點(diǎn)處，凸輪理論廓線的法線匯交于該瞬時(shí)凸輪與柱銷(xiāo)的

5、速度瞬心，符合齒廓嚙合基本原理。,圖4 凸輪—柱銷(xiāo)式行星分度凸輪,2.3偏心輪式和齒輪齒條式行星分度凸輪,,圖 5 偏心輪式和齒輪齒條式行星分度凸輪,,由天津大學(xué)的成正江、楊玉虎等提出，其機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是： 1.分度數(shù)的選擇范圍比較大。同一結(jié)構(gòu)形式可以實(shí)現(xiàn)l～n分度，并且可以實(shí)現(xiàn)大分度數(shù)。 2.輸入和輸出的圈數(shù)相同。即輸入轉(zhuǎn)數(shù)不變的情況下，若分度數(shù)為n，輸入轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，輸出為n分度，不象其他分度凸輪機(jī)構(gòu)那樣分度一次

6、。這就使得輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過(guò)改變機(jī)構(gòu)的分度數(shù)而實(shí)現(xiàn)高速分度輸出，從而大大改善機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能。 3.輸入輸出同軸。由于輸入輸出同軸，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈短、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊。,2.3偏心輪式和齒輪齒條式行星分度凸輪,傳動(dòng)原理：輸入軸帶動(dòng)激波環(huán)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，激波環(huán)通過(guò)與推桿之間的移動(dòng)副帶動(dòng)推桿與激波環(huán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。推桿在共軛凸輪廓線a、b 段的作用下，按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律沿導(dǎo)路向中心方向產(chǎn)生移動(dòng)，從而推動(dòng)偏心輪按特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作分度輸出

7、轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)推桿與共軛凸輪廓線的b、c段接觸時(shí)，推桿沿導(dǎo)路向遠(yuǎn)離中心點(diǎn)的方向產(chǎn)生移動(dòng)，此時(shí)偏心輪靜止，即實(shí)現(xiàn)輸出軸的停歇。激波環(huán)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)推桿形成周期性運(yùn)動(dòng)循環(huán)，重新開(kāi)始下一個(gè)分度周期.,研究的內(nèi)容及技術(shù)路線,前人已經(jīng)完成的工作：楊玉虎，成正江：一種新型行星式分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究成正江，楊玉虎：分度凸輪機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研究沈 煜，楊玉虎:新型活齒分度凸輪機(jī)構(gòu)的原理及動(dòng)態(tài)靜 力分析周斌，楊玉

8、虎:一種新型高速分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究周世才，楊玉虎：新型分度機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模與優(yōu)化設(shè)計(jì)連善鏘，楊玉虎：一種新型高速分度凸輪機(jī)構(gòu)的精度研究,研究的內(nèi)容及技術(shù)路線,偏心輪式行星分度凸輪強(qiáng)度和模態(tài)分析,,,運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,建模仿真,分析優(yōu)化,強(qiáng)度分析,傳動(dòng)原理,選定參數(shù),參數(shù)優(yōu)化,,,,,建立廓線,,模態(tài)分析,,,,,,研究的內(nèi)容及技術(shù)路線,3.1廓線的建立,解析法——采用矢量幾何學(xué)的方法建立矢量方程，通過(guò)Matlab的強(qiáng)大計(jì)算功能生成凸輪廓線

9、。,O——輸出軸幾何中心e(r)——輸出軸偏心輪偏心距R——基圓半徑τ——輸出軸轉(zhuǎn)角ψ——激波環(huán)轉(zhuǎn)角S——推桿徑向位移M——推桿平底與偏心輪相切的點(diǎn),圖3.1 矢量坐標(biāo)系,,,,,,,3.2參數(shù)分析,,機(jī)構(gòu)參數(shù),設(shè)計(jì)參數(shù),分度數(shù) n動(dòng)靜比 d從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律,基圓半徑 R偏心系數(shù)偏心輪的初始角,,,曲率半徑,防自鎖,防應(yīng)力集中和磨損,,,,參數(shù)選擇,廓線優(yōu)化,NURBS表達(dá)與多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化,,,,,,壓力角

10、,參數(shù)優(yōu)化,,,,將 Matlab中的坐標(biāo)系導(dǎo)入SW中，生產(chǎn)相應(yīng)的廓線方程，選定一組設(shè)計(jì)參數(shù)完成建模和仿真。檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是不是存在干涉、自鎖。,3.3建模仿真,,,,,,,,,,,,,,3.4強(qiáng)度分析,建立接觸模型,前處理,求解,后處理,網(wǎng)格劃分確定邊界條件 確定載荷,選擇求解器種類(lèi),設(shè)定載荷數(shù)據(jù)、步驟選項(xiàng),,,,,,結(jié)果輸出,,強(qiáng)度分析,,,計(jì)算結(jié)果,,,定義分析類(lèi)型,,,前處理,求解,,,,,,,,,,網(wǎng)格劃分確定

11、邊界條件 確定載荷,建立接觸模型,,模態(tài)分析,,后處理,建立基于模態(tài)分析的三維有限元模型,3.5模態(tài)分析,,,,,模態(tài)分析,3.6優(yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化,,廓線優(yōu)化,動(dòng)力學(xué)優(yōu)化,建立該機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模并借助靈敏度分析實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后通過(guò)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的計(jì)算機(jī)仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的有效性，以期為工程樣機(jī)的研制提供理論依據(jù)。,非均勻有理B 樣條( NURBS) 方法,,在滿足基本運(yùn)動(dòng)約束前提下, 兼顧運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能要求, 構(gòu)建多目

12、標(biāo)優(yōu)化模型, 并運(yùn)用混合遺傳算法求解模型。,,,關(guān)鍵問(wèn)題與重難點(diǎn)問(wèn)題,建模仿真,分析優(yōu)化,強(qiáng)度分析,理論研究,模態(tài)分析,,,,關(guān)鍵問(wèn)題重難點(diǎn),,,NURBS混合遺傳算法的建立集中參數(shù)動(dòng)力學(xué)建立,約束條件的選取,,有限元模型的建立與求解,計(jì)算結(jié)果的分析比對(duì),,Matlab凸輪廓線的建立與參數(shù)優(yōu)化,1.2013.3：確定研究?jī)?nèi)容，完成開(kāi)題報(bào)告2.2013.4~2013.5：確定機(jī)構(gòu)的合理參數(shù)3.2013.6：完成對(duì)機(jī)構(gòu)的建模4.20

13、13.7~2013.10：對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和模態(tài)分析5.2013.11~2014.01:對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)6.2014.02~2014.5：撰寫(xiě)論文、查缺補(bǔ)漏7.8.2014.6：制作論文PPT，準(zhǔn)備論文答辯。,研究進(jìn)程,參考文獻(xiàn),[1]張策，楊玉虎，葉青等．平面行星分度凸輪機(jī)構(gòu).機(jī)械科學(xué) 與技術(shù),1996,15(6):871-873 [2]于云滿，張敏,張義選.精密間歇機(jī)構(gòu).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998 [3]張玉華．新型平

14、行分度凸輪機(jī)構(gòu)的綜合與仿真．機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2004[4]田廣才.環(huán)板式行星分度凸輪機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度與模態(tài)分析.[5]劉明濤．行星分度凸輪機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研究[天津大學(xué)博士論文]2005．7 [6]張玉華．新型平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的綜合與仿真．機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2004，23(8)：929—912，916 [7]張玉華．基于openGL的型心平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿

15、真．安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，22(2)：112—114，130 [8]王用道譯．模型化凸輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)綜合分析與設(shè)計(jì)．四川科學(xué)技術(shù)出版社，,[9]彭國(guó)勛，肖正揚(yáng)．自動(dòng)機(jī)械的凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)．機(jī)械工業(yè)出版社，1990．12 [10]牧野洋．(胡茂松譯) 自動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué).科學(xué)出版社，1980[11] 楊玉虎，高速凸輪分度傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)研究：[博士學(xué)位論文],天津：天津大學(xué)．1999 [12]張高峰，陳華章，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的研

16、究綜述，機(jī)械工程師，2003，7(3):7．9 [13]劉明濤，張策，楊玉虎，新型行星分度凸輪機(jī)構(gòu)的原理及廓線，機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2006，42(2)：18—21 [14]王皓，張策，楊玉虎，行星分度凸輪機(jī)構(gòu)針齒受力分析，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2002，(21)3：403-405 [15]陳新動(dòng)，劉明濤，張策等，雙環(huán)式行星分度凸輪機(jī)構(gòu)的平衡分析和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)研究，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2006，25(2)：142．145 [16]陳新動(dòng)，雙環(huán)行星分

17、度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與樣機(jī)的試制和實(shí)驗(yàn)：[碩士學(xué)位論文]，天津：天津大學(xué)，2006 [17]趙衛(wèi)東，柳先輝，衛(wèi)剛，CAD軟件二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2003，15(4)：12．16,,[18]范愛(ài)萍，三環(huán)減速器參數(shù)化CAD圖形系統(tǒng)開(kāi)發(fā)：[碩士學(xué)位論文]，天津：天津大學(xué)，2006 [19]楊宗亮，UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)及其開(kāi)發(fā)技巧，機(jī)械工程師，2007，(4)：112．1 14 [20]Backhouse,C.J.a

18、nd Rees Jones,j.Cam Follower Contact Properties in Globoidal Indexing Mechanisms．Proceedings of the IFTOMM Symposium, Berlin,east Germany,April 1989[20]Hong-Sen Yah,Hsin-Hung Chen.Geometry Design of Globoidal Cams With

19、 Generalized Meshing Turret-Rollers.Journal of Mechanical Design,ASME,1996,118(2):243-249 Yah,Hong-Sen,Chen,Hsin-Hung．Geometry Design and Machining of Roller Gear Cams with Cylindrical Rollers．Mechanism&Machine T

20、heory[21]Backhouse，C．J．a(chǎn)nd Rees Jones，J．The Application of Differential Geometry in the Computer Aided Analysis and Design of Globoidal CamMechanisms.Proceedings of the ASME Conference Computers in Engineering,Ch