【正文】 ................... 101 外文科技資料翻譯 .................................................. 102 英文原文 ............................................................................................................. 102 中文譯文 ............................................................................................................. 106 第 1 章 緒 論 共軛 凸輪機(jī)構(gòu)是 織機(jī) 常用機(jī)構(gòu)，應(yīng)用范圍很廣。第一個(gè)模塊 是對(duì) 共軛 凸輪機(jī)構(gòu) 的 設(shè)計(jì)， 首先確定機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 繪出從運(yùn)件運(yùn)動(dòng)曲線圖， 然后根據(jù)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律求得主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并設(shè)定許用壓力角確定合適的凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)，最終完成 共軛 凸輪機(jī)構(gòu)的 輪廓計(jì)算與數(shù)據(jù)輸出 ；第二模塊是對(duì)共軛凸輪 機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用遺傳算法作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，通過機(jī)構(gòu)的受力 分析，以 主 凸輪機(jī)構(gòu)推程段的效率最大為目標(biāo)函數(shù) ，建立 數(shù)學(xué)模型，以最大壓力角、凸輪表面最大接觸強(qiáng)度、凸輪廓線最小曲率半徑及凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的邊界條件為約束條件，實(shí)現(xiàn)凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終完成 共軛 凸輪機(jī)構(gòu)的自主設(shè)計(jì)。出現(xiàn)這種狀況的原因是，國內(nèi)織機(jī)廠家缺乏自主創(chuàng)新能力，對(duì)核心機(jī)構(gòu) (如 共軛凸輪 機(jī)構(gòu) )的研究還停留在測繪和仿制階段，沒有從理論上進(jìn)行深入研究，以致對(duì)其中的核心技術(shù)沒有完全掌握，使得仿制得到的產(chǎn)品性能較差。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 5 頁 共 114 頁 國內(nèi)進(jìn)展 我國對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究也有多年的歷史，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、輪廓線、動(dòng)力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等 方面的研究都有相關(guān)的論文發(fā)表。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1. 歡迎 界面設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)清新整潔的歡迎界面， 如 圖 22 所示。 圖 31 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)線圖 b. 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律） 推程階段的運(yùn)動(dòng)方程 ： 等加速段的運(yùn)動(dòng)方程為 220202202439。39。= [ 60 180S S SS S SSShh? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?23039。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 23 頁 共 114 頁 圖 36 程序設(shè)計(jì)框圖 共軛凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 114 頁 小結(jié) 本章 根據(jù)織機(jī)共軛凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng) 要求，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析設(shè)計(jì)，得出凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并求出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)曲線圖， 而且還求出了共軛凸輪機(jī)構(gòu)輪廓線圖，然后得出主副凸輪安裝角， 再通過認(rèn)真設(shè)計(jì)，繪出程序設(shè)計(jì)框圖 ，最后完成 織機(jī) 共軛凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)變量選擇 設(shè)計(jì)共軛凸輪機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)有：兩擺桿長 1ABL 、 2ABL ，基圓半徑 bR ，中心距OAL ，滾子半徑 rR ，兩擺桿夾角 ? 。常用的直接約束法有：隨機(jī)實(shí)驗(yàn)法、隨機(jī)方向搜索法、復(fù)合形法、可行方向法、線性逼近法、梯度投影法、簡約梯度法和廣義簡約梯度法等；間接法有：消元法、拉格朗日乘子法和懲罰函數(shù)法等。 c. 個(gè)體適應(yīng)度計(jì)算評(píng)估 遺傳算法在進(jìn)行優(yōu)化搜索中基本不利用外部信息，僅以適應(yīng)度函數(shù)為依據(jù)，利用種群中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值來進(jìn)行搜索。 e. 算法的終止法則 由于遺傳算法沒有利用目標(biāo)函數(shù)的梯度等信息，所以在進(jìn)化過程中，無法確定個(gè)體在解空間的位置，從而無法用傳統(tǒng)的方法來判定算法的收斂性，是否可以終止算法常用的辦法是：當(dāng)算法運(yùn)行至某一預(yù)先規(guī)定的進(jìn)化代數(shù)，或在連續(xù)若干代以后解的適應(yīng)值不再有明顯改進(jìn)時(shí)，即終止。 共軛凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 38 頁 共 114 頁 圖 53 共軛 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主界面 設(shè)凸輪角速度為 10rad/s, 基圓半徑為 80mm,滾子半徑為 10mm，擺桿長度為100mm，最大位度為 20 度，中心距為 150mm，轉(zhuǎn)向系數(shù)為順時(shí)針，從動(dòng)件轉(zhuǎn)向系數(shù)也為順時(shí)針，推程角為 150 度，遠(yuǎn)休止角為 40度，回程角為 120 度，推程運(yùn)動(dòng)方式為余弦
。交叉運(yùn)算和變異運(yùn)算的相互配合，共同完成對(duì)搜索空間的全 局搜索和局部搜索。 本文采用二進(jìn)制編碼方式進(jìn)行編碼。對(duì)機(jī)構(gòu)變量作如下設(shè)定： m a x11m in1 ABABAB LLL ?? m a xm in OAOAOA LLL ?? ， m axm in bbb RRR ?? ， m axm in rrr RRR ?? 。由此可求得在考慮摩擦?xí)r凸輪軸上的驅(qū)動(dòng)力矩為 ： ? ? ? ?? ?1139。副凸輪的實(shí)際輪廓極坐標(biāo) : ?????????????????? ??????? ???????????? ??????? ??????? ?22222222222221122c o sc o s2s i ns i nt a n???????????????????????bBrbBrKRR （ 324） 共軛凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 22 頁 共 114 頁 2K? ∈ [ 0, 2π ] ?????? ???????? ???????? 2222222222 2c os)c os ( KbBrKK R ???????????? ?? （ 325） 式中? ?? ? ? ? ????????????????????? ???? ? ??? ??????2222212 s i n1c o st a nbOAABbOALddLL， 其中 2? ∈ [ π /2,π /2] 主副凸輪安裝角 主、副凸輪基準(zhǔn) 軸線的安裝角為 : ? ?212 2 bb ???? ??? （ 326） 2? 的度量方向是由主凸輪基準(zhǔn)軸線 1ox 按逆時(shí)針方向度量至副凸輪基準(zhǔn)軸線 2ox 。= [ 30 60 +30 ]S 39。39。39。正向設(shè)計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)了在選定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)構(gòu)特性求得主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律函數(shù)，并通過機(jī)構(gòu)基本尺寸的輸入，最終完成共軛凸輪機(jī)構(gòu)的自主設(shè)計(jì)。在動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域，有 M． Chew， Y． S． Unlusoy等對(duì)高速凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問題的研究； A． EPiSano 在摩擦及實(shí)驗(yàn)方面的研究； Tesar對(duì)高速凸輪機(jī)構(gòu)采用多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的詳細(xì)論述； S． Tascan在穩(wěn)定性方面的研究等。雖然國內(nèi)有不少織機(jī)生產(chǎn)廠家，但其產(chǎn)品性能大多處于中低檔水平，產(chǎn)品在可靠性和耐久性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如進(jìn)口產(chǎn)品，究其原因，除了關(guān)鍵零部 件的材質(zhì)和熱處理不過關(guān)外，主要是沒有對(duì)核心工作部件的工作機(jī)理進(jìn)行深入研究，造成運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間受力不良。 本 設(shè)計(jì) 是在相關(guān)技術(shù)要求 的 基礎(chǔ)上 ， 所開發(fā)的適用于織機(jī)的共軛凸輪機(jī)構(gòu)的 CAD 系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)作為確定運(yùn)動(dòng)的實(shí)體，其基本特征是它的可動(dòng)性，人們?cè)趯?duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，不僅僅需要獲得機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，更希望通過計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)，在屏幕上能形象直觀地看到機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)情況，以便更準(zhǔn)確地判斷其運(yùn)動(dòng)是否符合要求及機(jī)構(gòu)參數(shù)改動(dòng)后修改方案的實(shí)際運(yùn)行效果，因此研制集數(shù)值計(jì)算與動(dòng)態(tài)圖形仿真于一體，且具有人機(jī)華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 3 頁 共 114 頁 對(duì)話功能的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，對(duì)提高機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果是十分必要的。由于這些國家的 共軛 凸輪設(shè)計(jì)與制造已實(shí)行專門化，且采用了先進(jìn)的 CAD技術(shù)，使 共軛 凸輪的設(shè)計(jì)費(fèi)用大幅度下降，新型高效的 共軛 凸輪機(jī)構(gòu)不斷地推向市場。 本 CAD 系統(tǒng) 以 Windows XP 操作系統(tǒng)為系統(tǒng)平臺(tái) ， 以 Visual Basic 為開發(fā)平臺(tái) ， 以 Office 2021 軟件包為數(shù)據(jù)處理支撐軟件，來對(duì)共軛凸輪進(jìn)行程序可視化設(shè)計(jì)。 本章 將 介紹滾子擺動(dòng)從動(dòng)件共軛凸輪 運(yùn)動(dòng)規(guī)律和輪廓線計(jì)算 [11]。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17 頁 共 114 頁 圖 33 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)線圖 d. 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ) 推程階段的運(yùn)動(dòng)方程為 0000220012S =h[ s i n( )]22S 39。 39。從提高效率的角度 ,壓力角越小越好 ,但壓力角的減小會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)構(gòu)尺寸的增大。c os ??? ? ???? AB dL FMF （ 43） 其中 ? 為壓力角，其表達(dá)式為： ? ?? ? ????????????????????? ???? ? ?? ?????oOAABoOALddLLs i n1c o st a n 1 （ 44） 式中 o? 為擺桿的初始位置角，其值為 : ???????? ??? ? ABOA bOAABo LL RLL 2c os2221? （ 45） ? 、 ??dd 分別表示從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的角位移和角速度。 b. 曲率半徑條件 凸輪實(shí)際廓線上最小曲率半徑太小或滾子半徑太大，凸輪的正確廓線將被切成一部分變成尖點(diǎn)或變成凹坑無法加工，從而導(dǎo)致從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律失真，且曲率半徑越小，表 面接觸應(yīng)力越大，凸輪副磨損越 快。 本課題采用遺傳算法作為優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。 交叉運(yùn)算是產(chǎn)生新個(gè)體的主要操作過程，是某兩個(gè)個(gè)體之間的部分染色體以某一概率相交換形成新的染色體的過程，交叉操作使遺傳算法具有全局搜索能力。其實(shí)這些都是靜態(tài)界面管理，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)和預(yù)先決定何時(shí)怎樣顯示這些元素中已經(jīng)安排好了，管理這些顯示大部分是通過程序控制，而不是用戶控制。設(shè) 計(jì)用戶界面時(shí) ， 應(yīng)做到界面直觀、友好、美觀 ， 每一窗體控件布置合理 。個(gè)體選擇概率的常用分配方法主要有按比例的適應(yīng)度分配和基于排序的適應(yīng)度分配。 遺傳算法在求解優(yōu)化問題時(shí)有以下三大優(yōu)點(diǎn) ： a. 遺傳算法對(duì)所解的優(yōu)化問題沒有太多的數(shù)字要求，并且由于它的進(jìn)化特性，在解的搜索中不需要了解問題的內(nèi)在性質(zhì)，可以處理任意形式的目標(biāo)函數(shù)和約束，包括線性的、非線性的，離散的、連續(xù)的，甚至混合的搜索空間。有時(shí)機(jī)構(gòu)雖然沒有自鎖，但是過大的壓力角會(huì)導(dǎo)致摩擦損耗增大， 傳動(dòng)效率降低，零件磨損加劇。 圖 41 滾子擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)受力簡圖 凸輪機(jī)構(gòu)的效率在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是隨位置不同而變 化的，設(shè)當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過角度 ?d時(shí)，從動(dòng)件 上升 ?d ，則凸輪轉(zhuǎn)過 ?d 后，在不考慮摩擦的情況下所做的功為共軛凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 114 頁 ?dMA oo ? , oM 為不考慮摩擦?xí)r凸輪軸上的驅(qū)動(dòng)力矩；當(dāng)考慮摩擦?xí)r，凸輪轉(zhuǎn)過相同角度所做的功為 ?MdA? ， M 為考慮摩擦?xí)r凸輪軸上的驅(qū)動(dòng)力矩 ，則凸輪機(jī)構(gòu)在升程段的瞬時(shí)效率為 ： MMMd dMAA ooo ??? ??? （ 41） 設(shè)凸輪機(jī)構(gòu)中擺桿長為 ABL ，中心距為 OAL ，滾子半徑為 rR ，凸輪基圓半徑為bR ，擺桿所受阻力矩為 dM ，機(jī)架作用擺桿的力為 ‘F ，滾子作用于凸輪的力為 F，轉(zhuǎn)動(dòng)副 O， B， A 的摩擦圓半徑分別為 1? 、 2? 、 3? 。根據(jù)反轉(zhuǎn)法得出凸輪在 xoy坐標(biāo)系 ( ox 軸指凸輪推程起點(diǎn) ) 中的理論輪廓 。 39。 共軛凸輪機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 114 頁 圖 32 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖 c. 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律） 推程階段的運(yùn)動(dòng)方程為 000222001 c os239。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 11 頁 共 114 頁 圖 24 共軛凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主界面 4. 優(yōu)化設(shè)計(jì) 優(yōu)化 設(shè)計(jì)主窗體如圖 25所示 。 經(jīng)調(diào)研及相關(guān)技術(shù)要求分析， 本 設(shè)計(jì) 確定以 Visual Basic 6． 0語言為開發(fā)工具，開發(fā)共軛凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)模塊，實(shí)現(xiàn)根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方程，并能根據(jù)凸輪