【正文】 ................................... 7 凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 ................................................................................................. 7 凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及 其日常生活中的應(yīng)用 ........................................... 7 凸輪機(jī)構(gòu)世界發(fā)展歷史 ........................................................................ 7 本課題研究?jī)?nèi)容 ............................................................................................. 8 ANSYS 軟件功用及其對(duì)本課題研究的意義 .................................................. 8 ANSYS 軟件應(yīng)用范圍 ............................................................................ 8 ANSYS 軟件特點(diǎn) .................................................................................... 9 ANSYS 軟件主要功用 ............................................................................ 9 ANSYS 軟件本課題研究?jī)?nèi)容 .............................................................. 10 第三章 盤(pán)型 凸輪機(jī)構(gòu) 的凸輪設(shè)計(jì) 及其有限元靜力學(xué)分析 ................. 11 凸輪的設(shè)計(jì) ................................................................................................... 11 凸輪基本尺寸的確定 ......................................................................... 11 凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理 ......................................................... 11 用作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線 ............................................................. 13 凸輪的有限元分析 — 靜力學(xué)分析 ................................................................ 14 靜力學(xué)分析概 述 .................................................................................. 14 分析問(wèn)題 .............................................................................................. 14 分析步驟 .............................................................................................. 15 第四章 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 — 凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分析 .............................. 19 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析概述 ................................................................................... 19 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 定義 ......................................................................... 19 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)基本運(yùn)動(dòng)方程 ................................................................. 19 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析步驟 .......................................................................... 20 問(wèn)題描述及解析解 ........................................................................................ 22 頂尖從動(dòng)件 分析步驟 .................................................................................... 23 總結(jié)與展望 .............................................................................................................. 35 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 36 致謝 ............................................................................................................................ 37 附錄 1 ......................................................................................................................... 38 附錄 2 ......................................................................................................................... 46 1 直動(dòng) 尖頂從動(dòng)件盤(pán)型 凸輪 機(jī)構(gòu) 有限元 分析 ● 摘要 ： 凸輪 ● 盤(pán)型 凸輪機(jī)構(gòu)是常用機(jī)構(gòu)應(yīng)用范圍很廣，自三十年代以來(lái)，人們就在不斷研究它，并且研究工作隨著新技術(shù)，新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用在不斷深化， 目前低，中速凸輪機(jī)構(gòu)的研究在各方面已經(jīng)相當(dāng)完善，成熟。 ANSYS 3 第一章 緒論 ANSYS 對(duì)產(chǎn)品分析優(yōu)化設(shè)計(jì)的 發(fā)展概況 ANSYS 基本概括 ANSYS 作為有限元領(lǐng)域的大型通用程序，以其多物理場(chǎng)耦合分析的先進(jìn)技術(shù)和理念，在工業(yè)領(lǐng)域和研究方向都有廣泛而深入的應(yīng)用。每一種方法各有其應(yīng)用的領(lǐng)域，而其中 有限元法 應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，現(xiàn)已應(yīng)用于 結(jié)構(gòu)力學(xué) 、 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué) 、 熱力學(xué) 、 流體力學(xué) 、電路學(xué)、 電磁學(xué) 等。除了 ANSYS 外，沒(méi)有哪家工程仿真軟件供應(yīng)商能提供如此深入的技術(shù)能力。 ANSYS 是唯一一家能提供客戶所需能力水平的仿真軟件供應(yīng)商，而且能隨此類(lèi)需求的發(fā)展無(wú)限擴(kuò)展。ANS YS 程序提供了完整的 布爾 運(yùn)算，諸如相加、 相減 、相交、分割、粘結(jié)和重疊。映像 網(wǎng)格 劃分允許用戶將幾何模型分解成簡(jiǎn)單的幾部分，然后 選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。例如 結(jié)構(gòu)分析 中的力和力矩，熱力分析中的熱流速度，磁場(chǎng)分析中的電流段。例如將磁場(chǎng)分析中計(jì)算得到的磁力作為 結(jié)構(gòu)分析 中的力載荷。凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)化、自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中得到極其廣泛的應(yīng)用。如在應(yīng)用沈拜航空工業(yè)學(xué)院碩士學(xué)位論文方面我國(guó)正在大力發(fā)展包裝機(jī)械、食品機(jī)械等自動(dòng) 化設(shè)備這些設(shè)備中都要用到各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。 ， 利用靜力學(xué)分析凸輪施加載荷后受力情況。智能網(wǎng)格、自適應(yīng)、局部細(xì)分、層網(wǎng)格、網(wǎng)格隨移、金字 塔單元 (六面體與四面體單元的過(guò)渡單元 )等多種網(wǎng)格劃分工具，幫助用戶完成精 確的有限元模型。后處理功能 ANSYS 的 后處理用來(lái)觀察 ANSYS 的分析結(jié)果。 3 流體動(dòng)力學(xué)分析 ANSYS 程序的 FLOTRAN CFD 分析功能能夠進(jìn)行二維及三維的流體瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)動(dòng) 力學(xué)分析，其可以完成以下分析：層流、紊流分析；自由對(duì)流與強(qiáng)迫對(duì)流分析； 可壓縮流 /不可壓縮流分析；亞音速、跨音速、超音速流動(dòng)分析；多組分流動(dòng)分 析；移動(dòng)壁面及自由界面分析；牛頓流與非牛頓流體分析；內(nèi)流和 10 外流 分析；分 布阻尼和 FAN 模型；熱輻射邊界條件，管流。 8 優(yōu)化設(shè)計(jì) 優(yōu)化設(shè)計(jì)是 一種尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)。載荷和時(shí)間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較重要。但此時(shí)機(jī)構(gòu)尺寸將會(huì)增大。如圖 1 所示 圖 1 反轉(zhuǎn)法原理 在工作情況下，我們看到的是以機(jī)架作為靜參考系，凸輪和從動(dòng)件相對(duì)機(jī)架的運(yùn)動(dòng)情況；凸輪以 等角速度 W 按逆時(shí)針?lè)较蚶@軸 O相對(duì)機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)從動(dòng)件按照工作中所要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)機(jī)架移動(dòng)，在設(shè)計(jì)凸輪輪廓時(shí)選擇凸輪作為靜參考系而保持各構(gòu)件在工作情況的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變，而凸輪靜止不動(dòng)，機(jī)架以等角速度 W按順時(shí)針?lè)较蚶@轉(zhuǎn)軸 O相對(duì)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)（反轉(zhuǎn)），從動(dòng)件相對(duì)凸輪則做一復(fù)合運(yùn)動(dòng)：隨同機(jī)架導(dǎo)路一起以等角速度 W按順時(shí)針?lè)较蚶@轉(zhuǎn)軸 O相對(duì)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)（反轉(zhuǎn)），同時(shí)又在機(jī)架導(dǎo)路中按照工作所要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)機(jī)架移動(dòng)，此時(shí)從動(dòng)件尖頂沿凸輪輪廓曲線運(yùn)動(dòng)，因此設(shè)計(jì)凸輪輪廓時(shí)，只要讓從動(dòng)件上訴復(fù)合運(yùn)動(dòng)，則其頂尖的軌跡便是凸輪輪廓曲線，這就 是凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的反轉(zhuǎn)原理?？墒?，靜力分析可以計(jì)算那些固定不變的慣性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影 響（如重力和離心力），以及那些可以近似為等價(jià)靜力作用的隨時(shí)間變化的載荷（如通常在許多建筑規(guī)范中所定義的等價(jià)靜力風(fēng)載和地震載荷）。 圖 4 改變?nèi)蝿?wù)名對(duì)話框 4 定義材料模型 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Material Props→ Material Models.彈出對(duì)話框，在右側(cè)列表中依次拾取“ Structural” 、“ Linear” 、“ Elastic” 、“ Isotropic” ,彈出對(duì)話框，在“ EX”文本框中輸入 2e11（彈性模量），在“ PRXY”文本框中輸入 （泊松比），單機(jī)“ OK”按鈕；再拾取右側(cè)列表中“ Structural”下“ Density” ,彈出對(duì)話框，在“ DENS”文本框中輸入 7800（密度），單機(jī)“ OK”按鈕。出現(xiàn)“ Solution done!” 提示時(shí)，求解結(jié)束，即可查看結(jié)果了。云圖顯示數(shù)據(jù)平均過(guò)度，最大位移為 ,最 小 應(yīng)力50150pa,最大應(yīng)力 +08pa. 19 第四章瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 — 凸輪機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)分析 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析概述 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的定義 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析亦稱(chēng)時(shí)間 歷程分析 是用于確定承受任意的隨時(shí)間變化載荷結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一種方法。 }=節(jié)點(diǎn)加速度向量 {U。要指定這些載荷，需要把載荷對(duì)時(shí)間的關(guān)系曲線劃分成 適當(dāng)?shù)妮d荷步。 施加約束： Main Menu→ Solution→ Define Loads→ Apply→ structural→ Displacement. 施加載荷： Main Menu→ Solution→ Define Loads→ Apply→ structural 設(shè) 定 載荷 步 選項(xiàng) ： Main Menu → Solution → Load Step Opts →Time/Frequenc→ Time→ Time step. 寫(xiě)載荷步文件： Main Menu→ Solution→ Load Step Opts→ Write LS File. 重復(fù)以上過(guò)程，設(shè)置下一個(gè)載荷步。然后關(guān)閉對(duì)話框。彈出對(duì)話框，單機(jī)“ Size Controls” 區(qū)域中“ Lines” 后“ Set” 按鈕，彈出拾取窗口，拾取直線 1 和 3，單機(jī)“ OK”按鈕，彈出對(duì)話框，在“ NDIV”文本框中輸入 2，單機(jī)“ Apply” 按；再次彈出拾取窗口，拾取直線 2，單機(jī)“ OK”按鈕，在“ NDIV”文本框中輸入 10，單機(jī)“ OK”按鈕。拾取關(guān)鍵點(diǎn) 1和 4，單機(jī)“ OK”按鈕；再單擊隨后彈出的“ Sweep Areas About Axis” 對(duì)話框的“ OK”按鈕。于是創(chuàng)建了一個(gè)代號(hào)為 11的局部坐標(biāo)系，類(lèi)型為圓柱坐標(biāo)系，原點(diǎn)與全球原點(diǎn)重合， γ θ 平面與工作平面重合，同時(shí)也與全球直角坐標(biāo)系的 x y 平面重合。彈出拾取窗口，拾取其“ Pick All” 按鈕。彈出拾取窗口，拾取“ Pick All” 按鈕，彈出對(duì)話框圖 21 所示 ，在列表中選擇“ UX”和“ UY” ,單擊“ OK”