【正文】 任何其他 個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)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(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，在 前言在各種機(jī)械中 ,特別是自動(dòng)機(jī)和自動(dòng)控制裝置中 ,廣泛采用著各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。 關(guān)鍵詞： 凸輪；運(yùn)動(dòng)學(xué)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(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)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(gè)多用途的 有限元法 計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題。 軟件優(yōu)勢(shì) 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(jié)構(gòu)和材料。 ANSYS 的技術(shù)涵蓋多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。綜合多物理場(chǎng)場(chǎng)產(chǎn)品組合能使用戶利用集成環(huán)境中的多個(gè)耦合物理場(chǎng)進(jìn)行仿真與分析。 工程設(shè)計(jì)與開發(fā)可使用多種 CAD 產(chǎn)品、內(nèi)部開發(fā)代碼、物料庫、第三方求解器、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理流程等其他工具。自頂向下進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶定義一個(gè)模型的最高級(jí)圖元，如球 、棱柱，稱為基元，程序則自動(dòng)定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點(diǎn)。在創(chuàng)建復(fù)雜實(shí)體模型時(shí)，對(duì)線、面、體、基元的 布爾 操作 能減少相當(dāng)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(zhì)量的對(duì) CAD 模型進(jìn)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(qiáng)大的，可對(duì)復(fù)雜模型直接劃分，避免了 用戶對(duì)各個(gè)部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時(shí)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(gè)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(shí)間歷程后處理器。不同分析類型有不同的單元解，對(duì)于結(jié)構(gòu)求解有應(yīng)力和應(yīng)變等，其他如熱求解的熱梯度和熱流量、磁場(chǎng)求解的磁通量等。在各種機(jī)構(gòu)中凸輪機(jī)構(gòu)具有易于設(shè)計(jì)和能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)所產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)任意給定的位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)規(guī)律在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。日本在凸輪機(jī)構(gòu)的研究方面取得了很大成就如在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面致力于尋求凸輪機(jī)構(gòu)的精確解和使凸輪曲線多樣化以適應(yīng)新的要求發(fā)展凸輪機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)。在研究方面近年來也有相當(dāng)進(jìn)展但主要是運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)力學(xué)分析與綜合、振動(dòng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、凸輪組合機(jī)構(gòu)和等內(nèi)容。這種從 動(dòng)件結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但尖端處易磨損，故只適用于速度較低 和傳力不大的場(chǎng)合。 并且利用瞬態(tài)動(dòng)力分析時(shí)，結(jié)構(gòu)上的載荷呈任意變化時(shí)在任意一個(gè)載荷步內(nèi)，約束載荷重新設(shè)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(jìn)提高，功能不斷增強(qiáng)， 目前， ANSYS 軟件已形成完善、成熟的三大核心體系：以結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)為核 心的 MCAE 體系，以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)為核心的 CFD 體系，以計(jì)算電磁學(xué)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(shí)現(xiàn)與 CAD 軟件的無縫 幾何模型傳遞。 強(qiáng)大的求解器 ANSYS 提供了對(duì)各種物理場(chǎng)的分析，是目前唯一能融結(jié)構(gòu)、熱、電磁、流場(chǎng)、 聲學(xué)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(shí)間后處理模塊兩部分。ANSYS 能夠 完成的結(jié)構(gòu) 分析有：結(jié)構(gòu)靜力分析；結(jié)構(gòu)非線性分析；結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué) 分析；隱式、顯示及顯示 －隱式－顯示耦合求解。 4 電磁場(chǎng)分析 ANSYS 程序能分析電感、電容、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線及能量損失等電磁場(chǎng) 問題，也可用于螺線管、發(fā)電機(jī)、變換器、電解槽等裝置的設(shè)計(jì)與分析。 主要研究?jī)?nèi)容如下：穩(wěn)態(tài)分析、瞬態(tài)分析；諧響應(yīng)分析；瞬態(tài)響應(yīng)分析；交流、 直流、時(shí)變電載荷或機(jī)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(yīng)力鋼化、大變形、大應(yīng)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(xué)分析代替瞬態(tài)分析 采用 ANSYS 對(duì)一些產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用 ANSYS 對(duì)于 凸輪機(jī)構(gòu)做有限元 分析，從而能更加全面的了解構(gòu)件，這對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)問題的進(jìn)一步研究，是長(zhǎng)期，持續(xù)并有重大意義的工作。在生產(chǎn)實(shí)際中，為了提高機(jī)構(gòu)效率、改善其受力情況，通常規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角 α max 應(yīng)小于某一許用壓力角 [α ]其值一般對(duì)直動(dòng)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(jié)構(gòu)及強(qiáng)度的要求等。 凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì) 的基本原理 根據(jù)工作要求選定了凸輪機(jī)構(gòu)的類型、設(shè)計(jì)好從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸后，即可進(jìn)行凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。 用作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線 尖頂 從動(dòng)件： 如圖所示為一尖頂從動(dòng)件盤型凸輪機(jī)構(gòu)，由時(shí)間位移曲線可得，角度位移曲線，從動(dòng)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(diǎn)開始，沿著（ W）方向?qū)A分成圖 b所示橫坐標(biāo)相同等分，得圓上分點(diǎn) 0,2， ,9。線性分析是指在分析過程中結(jié)構(gòu)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(xiàng)去掉。 分析問題 為了考察凸輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(guān)閉對(duì)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(diǎn) ，單擊“ OK”按鈕，彈出對(duì)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(diǎn)解數(shù)據(jù) )”對(duì)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(dòng)力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)載荷、瞬態(tài)載荷和簡(jiǎn)諧載荷的隨意組合作用下的隨時(shí)間變化的位移、應(yīng)變、應(yīng)力及力。 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)基本運(yùn)動(dòng)方程 【 M】 {U。 }=節(jié)點(diǎn)速度向量 {U}=節(jié)點(diǎn)位移向量 在任意給定的時(shí)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(xué)平衡方程。 （ 1） 建模 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)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(shí)常數(shù)、定義材料特性、建立幾何模型和劃分網(wǎng)絡(luò)等。在載荷 時(shí)間曲線上每個(gè)拐角都應(yīng)作為一個(gè)載荷步，載荷 時(shí)間曲線上每個(gè)拐角都應(yīng)作為一個(gè)載荷步， 如圖9 所示 圖 3如風(fēng)達(dá)人 圖 9 載荷 時(shí)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(shí)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(shè)置。 求解： Main Menu→ Solution→ Solve→ From LS Files. (3) 查看結(jié)果與諧響應(yīng)分析類似 。 圖 10 凸輪機(jī)構(gòu) 圖 11 凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 23 直動(dòng) 頂尖從動(dòng)件 分析步驟 1. 改變?nèi)蝿?wù)名 拾取菜單 Utility Menu→ File→ Change 如圖 12 所示 ，在“ [/FILNAM]”文本框輸入 ANSYS1，單機(jī)“ OK”按鈕。 圖 14 材料模型對(duì)話框 4. 顯示關(guān)鍵點(diǎn)、線號(hào) 拾取菜單 Utility Menu→ PlotCtrls→ ，將Keypoint numbers(關(guān)鍵點(diǎn)號(hào) )和 Line numbers(線號(hào) )打開，單機(jī)“ 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(duì)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(jī)“ OK”按鈕。 拾取菜單 Utility Menu→ Plot→ Elements 拾取菜單 Utility Menu→ PlotCtrls→ Pan Zoom Rotate。彈出對(duì)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(biāo)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