【正文】 任何其他 個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。凸輪機構結構簡單緊湊，在 前言在各種機械中 ,特別是自動機和自動控制裝置中 ,廣泛采用著各種形式的凸輪機構。 關鍵詞： 凸輪；運動學分析； ANSYS 2 Steeple disc cam follower Finite Element Analysis Abstract: Cam mechanism is a mon mechanism of application range is very wide ,since thirty time, people have been studying it, and work with new technologies, and the application of the new method in the deepening, the study of low, medium speed cam mechanism in all aspects is already quite perfect, mature. Cam mechanism is simple and pact in structure, in the preface in all kinds of machinery, especially the automaton and automatic control device, is widely used in various forms of cam mechanism. The finite element analysis of translation follower with sharp end of dishshaped cam is presented . Taking a certain cam as a example, the analysis model is built in ANSYS and the transient displacementvelocity curve and displacementacceleration curve and obtained. All this provide the theoretical basic and design principle for the optimization design and improvement of the cam. Of course, the error exists in the process of analysis, ANSYS analysis and theoretical values of different possible reasons: the input of the cam follower is analyzed with ANSYS elastic modulus, density, Poisson39。 ANSYS 具有結構、流體、熱電磁及其相互耦合分析的功能。 軟件基本用途及組成部 分 ANSYS 軟件 是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用 有限元分析軟件 。 ANSYS 有限元 軟件 包是一個多用途的 有限元法 計算機設計程序，可以用來求解結構、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。 軟件優(yōu)勢 軟件 提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結構和材料。 ANSYS 的技術涵蓋多個學科領域。綜合多物理場場產品組合能使用戶利用集成環(huán)境中的多個耦合物理場進行仿真與分析。 工程設計與開發(fā)可使用多種 CAD 產品、內部開發(fā)代碼、物料庫、第三方求解器、產品數(shù)據(jù)管理流程等其他工具。自頂向下進行實體建模時，用戶定義一個模型的最高級圖元，如球 、棱柱，稱為基元，程序則自動定義相關的面、線及關鍵點。在創(chuàng)建復雜實體模型時，對線、面、體、基元的 布爾 操作 能減少相當可觀的建模工作量。 網(wǎng)格劃分 ANSYS 程序提供了使用便捷、高質量的對 CAD 模型進行 網(wǎng)格 劃分的功能。 ANSYS 程序的自由 網(wǎng)格 劃分器功能是十分強大的，可對復雜模型直接劃分，避免了 用戶對各個部分分別劃分然后進行組裝時各部分網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。 自由度約束（ DOF Constraints） :將給定的自由度用已知量表示。 面載荷（ Surface Load） :是指施加于某個面上的分布載荷。 慣性載荷（ Inertia Loads） :是指由物體的慣性而引起的載荷。 后處理 部分 ANSYS 程序提供兩種后處理器：通用后處理器和時間歷程后處理器。不同分析類型有不同的單元解，對于結構求解有應力和應變等，其他如熱求解的熱梯度和熱流量、磁場求解的磁通量等。在各種機構中凸輪機構具有易于設計和能準確地預測所產生運動的優(yōu)點可以實現(xiàn)任意給定的位移、速度、加速度等運動規(guī)律在工程中得到了廣泛的應用。日本在凸輪機構的研究方面取得了很大成就如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發(fā)展凸輪機構的系統(tǒng)。在研究方面近年來也有相當進展但主要是運動規(guī)律、動力學分析與綜合、振動、優(yōu)化設計、凸輪組合機構和等內容。這種從 動件結構最簡單，但尖端處易磨損，故只適用于速度較低 和傳力不大的場合。 并且利用瞬態(tài)動力分析時，結構上的載荷呈任意變化時在任意一個載荷步內，約束載荷重新設定并用曲線圖顯示位移和加速度曲線。在 30 多年的發(fā)展過程中， ANSYS 不斷改進提高，功能不斷增強， 目前， ANSYS 軟件已形成完善、成熟的三大核心體系：以結構、熱力學為核 心的 MCAE 體系，以計算流體動力學為核心的 CFD 體系，以計算電磁學為核心的 CEM 體系。 另外， ANSYS 還提供了與 CAD 軟件專用的數(shù)據(jù)接口，能實現(xiàn)與 CAD 軟件的無縫 幾何模型傳遞。 強大的求解器 ANSYS 提供了對各種物理場的分析，是目前唯一能融結構、熱、電磁、流場、 聲學等為一體的有限元軟件。 ANSYS 的后處理分為通用后處理 模塊和時間后處理模塊兩部分。ANSYS 能夠 完成的結構 分析有：結構靜力分析；結構非線性分析；結構動力學 分析；隱式、顯示及顯示 －隱式－顯示耦合求解。 4 電磁場分析 ANSYS 程序能分析電感、電容、渦流、電場分布、磁力線及能量損失等電磁場 問題，也可用于螺線管、發(fā)電機、變換器、電解槽等裝置的設計與分析。 主要研究內容如下：穩(wěn)態(tài)分析、瞬態(tài)分析；諧響應分析；瞬態(tài)響應分析；交流、 直流、時變電載荷或機械載荷分析。 ANSYS 程序提供多種優(yōu)化方法，包 括零階方法和一階方法等。而非線性分析涉及塑性、應力鋼化、大變形、大應變、超彈性、接觸面和蠕變。如果慣性力和阻尼作用不重要，就可以用靜力學分析代替瞬態(tài)分析 采用 ANSYS 對一些產品進行優(yōu)化設計，應用 ANSYS 對于 凸輪機構做有限元 分析，從而能更加全面的了解構件，這對凸輪機構及其動力學問題的進一步研究，是長期，持續(xù)并有重大意義的工作。在生產實際中，為了提高機構效率、改善其受力情況，通常規(guī)定凸輪機構的最大壓力角 α max 應小于某一許用壓力角 [α ]其值一般對直動推桿取 [α ]=30o. 二。故凸輪基圓半徑的確定原則為：在滿足α max≦ [α ]限制，還要 考慮到凸輪的結構及強度的要求等。 凸輪輪廓曲線設計 的基本原理 根據(jù)工作要求選定了凸輪機構的類型、設計好從動件的運動規(guī)律和凸輪機構的基本尺寸后，即可進行凸輪輪廓曲線的設計。 用作圖法設計凸輪輪廓曲線 尖頂 從動件： 如圖所示為一尖頂從動件盤型凸輪機構，由時間位移曲線可得，角度位移曲線，從動件位移曲線如下圖 2所示。 （ 2） 選取同樣比例尺，以 O為圓心， R45 為半徑做基圓； （ 3） 自 B0 點開始，沿著（ W）方向將圓分成圖 b所示橫坐標相同等分，得圓上分點 0,2， ,9。線性分析是指在分析過程中結構的幾何參數(shù)和載荷參數(shù)只發(fā)生微小的變化，以致可以把這種變化忽略，而把分析中所有非線性項去掉。 分析問題 為了考察凸輪在運轉時，發(fā)生多大的徑向位移，從而判斷 受力及 變形情況，以及凸輪受到的壓力作用。然后關閉對話框。彈出拾取窗口，任意選取凸輪輪廓表面 離基圓最近位置 一點 ，單擊“ OK”按鈕，彈出對話框，選擇“ Lab” 為“ FY”，在“ VALUE”文本框中輸入 1000，單擊“ OK” 見下圖 6 圖 6 凸輪施加載荷圖 6．施 加約束 施加約束 拾取菜單 Main Menu→ Solution→ Define Loads→ Apply→ Structural→Displacement→ area。 9 在主菜單 中選擇 Main Menu: General Postproc→ Plot Result→ Controur Plot→ Nodal Solu 命令，打開“ Contour Nodal Solution Date(等值線顯示節(jié)點解數(shù)據(jù) )”對話框，如圖 7 所示。 單擊“ OK”按鈕，在圖形顯示出變形圖，包含變形前的輪廓線，如圖 8 所示?？梢杂盟矐B(tài)動力學分析確定結構在穩(wěn)態(tài)載荷、瞬態(tài)載荷和簡諧載荷的隨意組合作用下的隨時間變化的位移、應變、應力及力。 瞬態(tài)動力學基本運動方程 【 M】 {U。 }=節(jié)點速度向量 {U}=節(jié)點位移向量 在任意給定的時間 t, 這些方程可看作是一系列考慮了慣性力 （【 M】 {U..}） 和阻尼力 (【 C】 {U})的靜力學平衡方程。 （ 1） 建模 瞬態(tài)動力學分析的建模過程與其他分析相試，包括定義單元類型、定義單元實常數(shù)、定義材料特性、建立幾何模型和劃分網(wǎng)絡等。在載荷 時間曲線上每個拐角都應作為一個載荷步，載荷 時間曲線上每個拐角都應作為一個載荷步， 如圖9 所示 圖 3如風達人 圖 9 載荷 時間曲線 21 施加瞬態(tài)載荷的第一步通常是建立初始條件，即零時刻的初始位移和初始速度。 ANSYS 可以施加的瞬態(tài)載荷有階躍載荷和坡度載荷兩種 ，如圖一所示，由 KBC 命令設置。 求解： Main Menu→ Solution→ Solve→ From LS Files. (3) 查看結果與諧響應分析類似 。 圖 10 凸輪機構 圖 11 凸輪從動件運動規(guī)律 23 直動 頂尖從動件 分析步驟 1. 改變任務名 拾取菜單 Utility Menu→ File→ Change 如圖 12 所示 ，在“ [/FILNAM]”文本框輸入 ANSYS1，單機“ OK”按鈕。 圖 14 材料模型對話框 4. 顯示關鍵點、線號 拾取菜單 Utility Menu→ PlotCtrls→ ，將Keypoint numbers(關鍵點號 )和 Line numbers(線號 )打開，單機“ OK” 按鈕。 7. 由線創(chuàng)建面 拾取菜單 Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Areas →Arbitrary→ By lines。 在 “ Mesh” 區(qū)域，選擇單元形狀 為 “ Quad” (四邊形 )，選擇劃分單元的方法為“ Mapped” (映射 )。彈出對話框 圖 16 所示 ，選擇下拉列表框“ TYPE”為“ 2 SOLID45”，在“ VAL1”文本框中輸入 4，將“ ACLEAR”選擇為“ Yes” ,單機“ OK”按鈕。 拾取菜單 Utility Menu→ Plot→ Elements 拾取菜單 Utility Menu→ PlotCtrls→ Pan Zoom Rotate。彈出對話框，在 “ XY， YZ,ZX Angles” 文本框中輸入 0， 90，單擊“ OK”按鈕。在狀態(tài)行中顯示“ csys=11” ,表示新建的局部坐標系已被激活。 拾取菜單 Utility Menu→ Select→ Entities。 拾取菜單 Main Menu→ Solution→ Define Loads→ Apply→ Structural→Displacement→ On Nodes。 拾取菜單 Main Menu→ Solution → Analysis Type→ N