【正文】 ............................................................................................... 102 中文譯文 ............................................................................................................. 106 第 1 章 緒 論 共軛 凸輪機構是 織機 常用機構，應用范圍很廣。機構作為確定運動的實體，其基本特征是它的可動性，人們在對機構進行設計和運動分析時，不僅僅需要獲得機構的運動學參數(shù)，更希望通過計算機動態(tài)模擬技術，在屏幕上能形象直觀地看到機構的實時運動情況，以便更準確地判斷其運動是否符合要求及機構參數(shù)改動后修改方案的實際運行效果，因此研制集數(shù)值計算與動態(tài)圖形仿真于一體，且具有人機華北科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第 3 頁 共 114 頁 對話功能的機構設計軟件，對提高機構的設計效果是十分必要的。 隨著計算機技術的發(fā)展，很多高校開始著手于參數(shù)化設計，使設計者在輸入原始參數(shù)后，就能得到該參數(shù)下的凸輪廓線及有關參數(shù)，這樣將大大縮短解析法設計凸輪廓線時數(shù)據(jù)處理時間，提高設計工作效率。 我國是紡織品的出口大國，但也是紡織機械的進口大國。因此雖然國內(nèi)機織在價格上具有優(yōu)勢，但很多企業(yè)還是青睞于進口產(chǎn)品。 可見織機的研究必須走自主創(chuàng)新的道路，必須從核心執(zhí)行機構創(chuàng)新開始，通過研究其工作機理、優(yōu)化其工作性能以提高織機的可靠性。本項目的研究為開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的高檔織機提供技術支撐，對于提升我國織機產(chǎn)品的檔次和企業(yè)的競爭力具有重要的意義。 共軛 凸輪機構的研究經(jīng)歷了從經(jīng)驗設計到優(yōu)化設計，從運動學分析到動力學研究，從手工 加工 到計算機輔助制造等發(fā)展階段。 國外進展 目前， 共軛 凸輪機構 CAD技術在一些工業(yè)發(fā)達的國家，己經(jīng)達到了很高的水平。由于這些國家的 共軛 凸輪設計與制造已實行專門化，且采用了先進的 CAD技術，使 共軛 凸輪的設計費用大幅度下降，新型高效的 共軛 凸輪機構不斷地推向市場。日本在二次大戰(zhàn)后致力于發(fā)展實用自動設備，特別重視對 共軛凸輪機構 的研究，其在八、九十年代的研究主要方面有：致力于尋求凸輪的精確解和使凸輪曲線多樣化，以適應新的要求；加強 共軛凸輪機構 動力學和振動的研究；研制新的凸輪加 工設備以適應新開發(fā)的產(chǎn)品；加強 共軛凸輪機構 標準化，發(fā)展成批生產(chǎn)標準 共軛凸輪機構 ；以及發(fā)展 共軛凸輪機構 的 CAD／CAM 系統(tǒng)。在運動學研究領域，有V． D． Borisov在計算機輔助設計方面的研究； H． J． Wedenivski 在計算機輔助制造方面的研究等。在優(yōu)化設計研究領域，有 RDiemtma， J． K． Mi， Y． Peng， V． Y． Belrstij， Y． w． Chan 等對 共軛凸輪機構 優(yōu)化設計方面的研究； Yilmaz 等 [2]通過研究直動從動件凸輪機構的縱向振動問題，對 共軛凸輪機構 進行優(yōu)化設計的研究： Yu等 [4]對 共軛凸輪機構 基本尺寸優(yōu)化的研究； Berzak[4]從輸出響應角度出發(fā)對具有運動及動力約束的凸輪系統(tǒng)優(yōu)化問題的研究等。 在凸輪機構設計領域，不少學者己用 Basic、 Fortran、 VB、 VC[5]等高級語言編制出較為成熟的 CAD軟件，能提供常用從動件運動規(guī)律設計、平面凸輪機構基本尺寸設計和凸輪輪廓坐標計算等，并在程序中設置檢查壓力角、輪廓曲率半徑和輪廓曲線是否交叉等功能環(huán)節(jié)，但只是將其考慮成剛性系統(tǒng)來設計，未考慮系統(tǒng)的彈性變形對設計的影響； 文獻 [6]實現(xiàn)了凸輪機構 CAD／ CAM一體化系統(tǒng)的研究，在凸輪機構 CAD 系統(tǒng)的基礎上研究針對某種凸輪機構的 CAD／ CAM系統(tǒng)，實現(xiàn)了凸輪設計、凸輪數(shù)控加工一 體化，進一步提高了凸輪 CAD／ CAM技術的實用性。 在運動規(guī)律及輪廓線研究領域， 文獻 [7]主要利用 CAD 技術實現(xiàn)了凸輪機構從動件運動規(guī)律的研究； 文獻 [8]對直動從動件類型進行了 共軛 凸輪機構 CAD 的研究； 文獻 [9]推導了 共軛 凸輪廓線的計算公式，并利用計算機實現(xiàn)了 共軛 凸輪廓線的設計等。 經(jīng)調(diào)研及相關技術要求分析， 本 設計 確定以 Visual Basic 6． 0語言為開發(fā)工具，開發(fā)共軛凸輪機構的設計模塊，實現(xiàn)根據(jù)從動件的運動規(guī)律確定主動件的運動方程，并能根據(jù)凸輪機構的許用壓力角計算合適的機構參數(shù)，最終實現(xiàn)共軛凸輪機構的 可視化 設共軛凸輪機構計算機輔助設計 第 6 頁 共 114 頁 計 ；并 采用遺傳算法作為機構優(yōu)化的方法，以凸輪機構升程段的傳動效率最大為目標函數(shù)，實現(xiàn)對 共軛 凸輪機構基本尺寸的優(yōu)化設計，提高 共軛凸輪 機構的工作效率。 系統(tǒng)開發(fā) 環(huán)境 Visual Basic 6． 0 [10] (簡稱 VB)是微軟公司提供的一種可視化應用程序開發(fā)工具，其最大的特點就是能方便開發(fā)像 Windows操作系統(tǒng)那樣的圖形用戶界面，程序員無需編寫大量代碼去描述界面元素的外觀和位置，只要把預先建立的界面元素用鼠標拖放到屏幕適當?shù)奈恢眉纯蓪崿F(xiàn)界面設計。 本 CAD 系統(tǒng) 以 Windows XP 操作系統(tǒng)為系統(tǒng)平臺 ， 以 Visual Basic 為開發(fā)平臺 ， 以 Office 2021 軟件包為數(shù)據(jù)處理支撐軟件，來對共軛凸輪進行程序可視化設計。 Form相應 于 DDE 協(xié)議，這些控件提供了完整任務，一次 DDE鏈接需要的屬性和事件，以及設置必要參數(shù)和響應 DDE過程中的事件。 共軛凸輪機構計算機輔助設計 第 8 頁 共 114 頁 圖 21 系統(tǒng)主要模塊 共軛凸輪設計模塊 當凸輪機構運轉速度較低且剛度較大時，對凸輪機構的設計可以完全按照剛性來實現(xiàn)；當凸輪機構運轉速度較高或系統(tǒng)剛度較小時，需將凸輪機構考慮成有質(zhì)量的 彈性機構來設計。 優(yōu)化設計模塊 在考慮載荷作用及摩擦力存在的情況下，以凸輪機構升程段的傳動效率最大為目標 函數(shù)，采用遺傳算法作為 優(yōu)化方法實現(xiàn)凸輪機構基本尺寸的優(yōu)化設計 。 共軛凸輪機構 CAD系統(tǒng) 共軛凸輪機構 設計 凸輪機構優(yōu)化 設計 華北科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第 9 頁 共 114 頁 圖 22 歡迎界面 2. 選擇界面 由于該系統(tǒng)涉及 兩 個功能模塊，因此在 Form2上放置 2 個按鈕控鍵，并分別為 兩 個按 鈕建立相應的工程： form3， form6，以實現(xiàn)點擊總界面中其中一按鈕時，即可進入栩應的設計模塊，將 兩 個控鍵的 Caption 屬性分別改為“共軛凸輪設計 ”、“優(yōu)化設計”。 共軛凸輪機構計算機輔助設計 第 10 頁 共 114 頁 圖 23 選擇界面 3. 共軛凸輪設計 共軛 凸輪機構設計主窗體如圖 24所示 。 華北科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第 11 頁 共 114 頁 圖 24 共軛凸輪機構設計主界面 4. 優(yōu)化設計 優(yōu)化 設計主窗體如圖 25所示 。 共軛凸輪機構計算機輔助設計 第 12 頁 共 114 頁 圖 24 優(yōu)化設計 小結 本章主要介紹了 劍桿織機共軛凸輪機構 CAD系統(tǒng)的總體設計結構，并介紹了 CAD 系統(tǒng)的開發(fā)工具及組成該系統(tǒng)的各功能模塊。 本章 將 介紹滾子擺動從動件共軛凸輪 運動規(guī)律和輪廓線計算 [11]。 各運動規(guī)律的運動方程如下： a. 等速運動規(guī)律 (直線運動 ) 推程階段的運動方程為 00S=39。39。0SShhSS? ? ????????????????? ??? （ 32） 圖 31 所示為等速運動規(guī)律的運動線圖。4hShShS?????????????????? ??? （ 33） 等減速段的運動方程為 華北科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第 15 頁 共 114 頁 20200202202()439。 ( )4SShShhShS? ? ???? ? ?????? ? ? ??????? ? ? ?????? ????? （ 35） 等減速段的運動方程為 200200020202()()439。 共軛凸輪機構計算機輔助設計 第 16 頁 共 114 頁 圖 32 等加速等減速運動規(guī)律線圖 c. 余弦加速度運動規(guī)律（簡諧運動規(guī)律） 推程階段的運動方程為 000222001 c os239。) 39。 華北科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第 17 頁 共 114 頁 圖 33 余弦加速度運動規(guī)律運動線圖 d. 正弦加速度運動規(guī)律 (擺線運動規(guī)律 ) 推程階段的運動方程為 0000220012S =h[ s i n( )]22S 39。 2 39。 1 c os39。22 sin39。SSSSShhShS? ? ? ?? ? ?? ? ???? ? ???? ? ?? ? ???? ???? ????? ? ? ? ?? ?? ????? ???????? ? ?? ? ? ?? ? ??????????????? ? ? ???? ??? （ 310） 圖 34 所示為正弦加速度運動規(guī)律的運動線圖。= [ 3 0 6 0 +3 0 ]S = [ 6 0 1 8 0 +1 2 0 ]hh? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? （ 311） 回程階段的運動方程為 華北科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 第 19 頁 共 114 頁 ? ?3 4 50 0 039。 39。 39。 39。39。000S =h[ 1 10 +15 6 ]S 39。39。0 +120 S? ? ????????????????????? （ 312） 圖 35 所示為五次多項式運動規(guī)律的運動線圖。通常要求兩凸輪的最小半徑尺寸相等 , 此時為使兩凸輪的最大半徑盡可能相等 ,則擺桿長度 1ABL 和 2ABL 不能相差太大 [11]。根據(jù)反轉法得出凸輪在 xoy坐標系 ( ox 軸指凸輪推程起點 ) 中的理論輪廓 。 1b? 和 1b? 指主凸輪擺桿與主凸輪推程起點相接觸時 ,主凸輪最小極 角 和擺桿與機架間的夾角 : ???????? ??? ?OAbABOAbb LR LLR12122111 2c os? 1?? ∈ [ 0,π ] （ 315） ???????? ??? ? 12122111 2c os ABOA bOAABb LL RLL? 1b? ∈ [ 0,π ] （ 316） 從而得到主凸輪的實際輪廓極坐標計算公式 : ?????????????????? ??????? ??????????? ??????? ?????? ?11111111111111112c o sc o s2s i ns i nt a n???????????????????????bBrbBrKRR （ 317） 1K? ∈ [ 0, 2π ] ?????? ???????? ??????? 1111111111 2c os)c os ( KbBrKK R ???????????? ?? （ 318） 上式中 1rR 指主凸輪 滾子半徑 ,1? 指的是壓力角 ,計算擺動從動件盤形凸輪機構壓力角的一般公式為 : ? ?? ? ? ? ???????