機(jī)械設(shè)計外文翻譯-凸輪速度對凸輪系統(tǒng)影響的實驗研究【中文4500字】【PDF+中文WORD】

機(jī)械設(shè)計外文翻譯-凸輪速度對凸輪系統(tǒng)影響的實驗研究【中文4500字】【PDF+中文WORD】,中文4500字,PDF+中文WORD,機(jī)械設(shè)計,外文,翻譯,凸輪,速度,系統(tǒng),影響,實驗,研究,中文,4500,PDF,WORD 【中文4500字】凸輪速度對凸輪系統(tǒng)影響的實驗研究H. S. YAN 和 M. C. TSAI中國臺灣臺南70101號國立成功大學(xué)機(jī)械工程系M. H. HSU中國臺灣臺南71016號永康昆山商業(yè)與技術(shù)學(xué)院（收稿：1994年9月9日；發(fā)表： 1995年10月26日）摘要：傳統(tǒng)上，在一個凸輪系統(tǒng)，一旦確定凸輪位移曲線的設(shè)計,從動件是以恒定的速度和運(yùn)動特性運(yùn)動的。從運(yùn)動學(xué)角度看，通過改變輸入速度是一個改善從動件運(yùn)動特征的可行方法。本文中，我們說明如何找到一個多項式的速度軌跡來減少運(yùn)動特性的峰值。此外，通過約束和系統(tǒng)設(shè)計程序產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)耐馆喗撬俣溶壽E的方法正在開發(fā)。設(shè)計實例說明了這個程序能為變速凸輪系統(tǒng)的速度得到適當(dāng)?shù)乃俣溶壽E。此外，一個帶有伺服控制器的實驗裝置正在開發(fā)用來研究這種方法的可行性。實驗數(shù)據(jù)表明，結(jié)果是非常接近那些理論。術(shù)語a-從動件的加速度A, At-從動件的標(biāo)準(zhǔn)加速度c, d, e, n, Ta, Tb, x, y-常參數(shù)h-從動件的最大位移j-從動件的急動值J, Jc-從動件的標(biāo)準(zhǔn)急動值s-從動件的位移S-從動件的標(biāo)準(zhǔn)位移t-凸輪轉(zhuǎn)動過的時間T, Tpa, Tpj, pv-標(biāo)準(zhǔn)時間v-從動件的速度V, Vc-從動件的標(biāo)準(zhǔn)速度-凸輪上升h高度是轉(zhuǎn)過的角度1234-凸輪轉(zhuǎn)過的角度-標(biāo)準(zhǔn)凸輪轉(zhuǎn)過的角度-凸輪轉(zhuǎn)過的角度-凸輪上升h高度用的時間1234-凸輪旋轉(zhuǎn)的-凸輪角速度ave-一個完整循環(huán)中凸輪的平均角速度s1s2s3s4-在從動件一個運(yùn)動周期中凸輪平均角速度-的一階導(dǎo)-的二階導(dǎo)-標(biāo)準(zhǔn)凸輪角速度-的一階導(dǎo)-的二階導(dǎo)引言在一個凸輪系統(tǒng)中，慣性力所產(chǎn)生的負(fù)載是容易變形和產(chǎn)生振動的。而且急動所產(chǎn)生的負(fù)載也可能造成振動，這些都會影響凸輪的工作。因此，設(shè)計的運(yùn)動曲線來盡量減少動態(tài)加載對高速凸輪機(jī)構(gòu)很重要。眾所周知，速度和加速度曲線需要是連續(xù)的且有較小的峰值。此外，急動曲線應(yīng)該是有限性的。在設(shè)計一個凸輪機(jī)構(gòu)是凸輪速度往往被假定是不變的。然而，從動件的運(yùn)動特性是隨凸輪速度變化而變化的。想要達(dá)到理想的運(yùn)動狀態(tài)是一個合成有較好動態(tài)特性的新曲線的應(yīng)用。在本文中，我們提出一個通過改變轉(zhuǎn)速的方法。在凸輪系統(tǒng)設(shè)計中用變速的觀念很少在文獻(xiàn)中有研究。羅特巴特 1 設(shè)計了一個變速凸輪機(jī)構(gòu)，在其中凸輪的輸入是輸出一個急回機(jī)構(gòu)。特薩和馬太福音 2 通過考慮變速凸輪的案例導(dǎo)出了從動件的運(yùn)動方程。選擇消除從動件不連續(xù)運(yùn)動特性的適當(dāng)角度是Yan等人設(shè)計的 3 。從運(yùn)動學(xué)角度講，這項工作的任務(wù)是找到減少從動件運(yùn)動峰值的凸輪速度。此外，通過約束和系統(tǒng)設(shè)計程序產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)耐馆喗撬俣溶壽E的方法正在開發(fā)。設(shè)計實例說明，對于一個給定的從動系統(tǒng)程序設(shè)計適合的角速度。一個實驗凸輪系統(tǒng)是建立在其中一個伺服電機(jī)控制生成所需的速度軌跡來進(jìn)行性能評估上的。運(yùn)動方程對于一個凸輪系統(tǒng)，從動件的位移s（t）是凸輪旋轉(zhuǎn)角度（t）的應(yīng)變量。在算術(shù)上，他們可以這樣表達(dá)： 旋轉(zhuǎn)角度（t）在t時間時，從動件的速度v（t）是： f（）=df（）/d，而且加速度（t）=d/dt。而且對應(yīng)的從動件加速度a（t）和jerk，j（t）是： 方程14呈現(xiàn)了凸輪輸入角速度（t）和從動件運(yùn)動參數(shù)s（t），v(t) ，a（t）的關(guān)系。很明顯，如果（t）是連續(xù)的，它們就很簡單。令h是凸輪在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)過角時從動件的位移。讓T=t/，=/，S=s/h。我們有。那么方程14可以寫成如下的標(biāo)準(zhǔn)形式：s(t) 是標(biāo)準(zhǔn)的凸輪角速度，V（T），A（T），和J（T）分別是標(biāo)準(zhǔn)的速度，加速度和從動件的急動值方程18關(guān)系可以表示成： 當(dāng)凸輪以連續(xù)速度工作時，（T）=1，從動件的標(biāo)準(zhǔn)的速度Vc（T），加速度Ac（T），和jerk，Jc（T）可以寫成： 則（T）=T。（T）的設(shè)計準(zhǔn)則對于一個給定的凸輪從動件系統(tǒng)，如果我們正確的控制輸入速度軌跡，由恒定速度導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)速度，加速度，急動值的峰值可能減小。例如，為了減小標(biāo)準(zhǔn)速度的峰值，（T）能能夠改變，那么，則Vc在標(biāo)準(zhǔn)時間Tpv時有峰值Vc。那么，從方程6，13我們知道（T）必須滿足下面條件： 為了減小標(biāo)準(zhǔn)加速度的峰值，是，當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)時間Tpa時Ac取峰值。在方程7和14的基礎(chǔ)上，（T）應(yīng)該這樣選： 請注意必須為非零。相似的，如果要求，則Jc在標(biāo)準(zhǔn)時間Tpj時有峰值。那么從方程（8）和（15）知，（T）需要滿足： 當(dāng)為了避免從動件的過度振動，（T）的諧波應(yīng)該越小越好。這里，我們選擇一個合適的速度軌跡。由于速度和加速度曲線，方程（6）和（7），要求是連續(xù)的，且急動值曲線，方程（9），也需要有限的，那么（T）必須至少是二階可微?？紤]到（T）的連續(xù)性，（T）的斜率在T為0和1是，可能為了0，即（0）=0，（1）=0。而且，由于標(biāo)準(zhǔn)凸輪旋轉(zhuǎn)角度的邊界限制，（0）=0和（1）=1，（T）整合必須滿足下列條件： C是連續(xù)的。在一個變速凸輪從動件系統(tǒng)中，凸輪在時間周期中以角速度（t）運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過角度為（t），我們得到： 由于，那么方程（20）實際等同于： 這里，我們只考慮（T）0的情況，凸輪速度方向不改變。因此選擇（T）來減小從動件峰值的標(biāo)準(zhǔn)是：(a) (I)為了減小標(biāo)準(zhǔn)速度的峰值： (II)為了減小標(biāo)準(zhǔn)加速度的峰值： (III)為了減小標(biāo)準(zhǔn)急動值的峰值：(b) （T）至少二階可微(c) （0）=（1）=0(d)根據(jù)邊界條件（0）=0和（1）=1，連續(xù)的c滿足：(e)（T）有盡可能低的諧波(f) (g)（T）0讓方程（5）方程（8），在從動件的上升期，代表標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動特性。那么，下降期的運(yùn)動特性為： 很容易可以發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)速度，加速度，急動值在上升期和下降期是分別相等的。所以，我們有以下事實：如果同樣的位移曲線用在從動件的上升期和下降期，函數(shù)（T）在兩個階段是相同的。角速度（T）考慮到一個有凸輪提供擺線運(yùn)動的凸輪從動件系統(tǒng)，并且凸輪輸入（T）是多項式。要在上升（或下降）時間，用標(biāo)準(zhǔn)（a）和標(biāo)準(zhǔn)（g）來減小運(yùn)動曲線的峰值，我們選擇如下多項式（T），F(xiàn)ig. 1:圖. 1上升或下降時期的多項式角速度圖. 2休止時間的多項式角速度變速 定速圖. 3.擺線運(yùn)動表1擺線運(yùn)動 定角速度 變角速度 相差% V的峰值 2.00 1.83 -8.5 A的峰值 6.28 5.97 -4.9 J的峰值 39.48 52.55 33.1 當(dāng) 當(dāng) 當(dāng) 恒定參數(shù)d，e，x，y，Ta和Tb是要確定的。參數(shù)d呈現(xiàn)了函數(shù)（T）的波動，根據(jù)準(zhǔn)則（g）-1d1。為了滿足設(shè)計準(zhǔn)則（b）（d），要： 參數(shù)x，y是根據(jù)凸輪位移曲線決定于凸輪位移曲線和設(shè)計準(zhǔn)則。參數(shù)e服從準(zhǔn)則f如下： 顯然我們可以在多項式（T）圖中，選擇合適的d，Ta，和Tb來獲得最小的運(yùn)動特性峰值。由于擺線運(yùn)動特性具有對稱性，為了簡單和對稱我們讓Tb=1-Ta。另外，當(dāng)從動件在休止階段是，根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則（c），（g）和方程（26），（29），我們得到（T）： 在設(shè)計準(zhǔn)則（d）和方程（30）條件下，我們得到： 且從設(shè)計準(zhǔn)則（c）和（g），我們得到： 圖4.變速凸輪從動件系統(tǒng)角速度角速度位移速度加速度急動值-恒速 變速 圖5：擺線凸輪運(yùn)動（n=0，d=0，1，ave=100rpm） -1n1假設(shè)凸輪具有如下擺線運(yùn)動： 因此 為了減小給定擺線凸輪運(yùn)動的標(biāo)準(zhǔn)速度與加速度的峰值，我們認(rèn)為要選取，Ta=0，Tb=1，d=0.1，且x=y=2 把方程（34）（38）代用到方程（5）（8），我們的到像圖3所示標(biāo)準(zhǔn)的位移，速度，加速度和急動值。在圖3中，我們可以看到連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)的速度，加速度曲線和急動值曲線是有限的。表1中的V，A，和J的峰值表明標(biāo)準(zhǔn)速度和加速度的峰值減小了。設(shè)計實例設(shè)計一個滿足如下條件的凸輪從動件系統(tǒng)：當(dāng)凸輪裝過60度時，徑向滾子停止，且再下一個120度做擺線運(yùn)動，總共上升30mm。從動件停止當(dāng)凸輪在轉(zhuǎn)60度過程中，然后在最后的120度做擺線運(yùn)動退回30mm到遠(yuǎn)處。讓s1，s2，s3，s4分別代表從動件在第一個休止階段，上升階段，第二個休止階段，下降階段的平均角速度。相似的讓1，2，3，4凸輪旋轉(zhuǎn)角度，1，2，3，4分別是以上階段的時間。然后我們得到以下事實： 其中ave是整個循環(huán)中的平均角速度。如圖4所示的（t）必須是連續(xù)的。根據(jù)方程（26）（29）和（30）（33），我們得到： 角速度位移速度加速度急動值圖6.擺線運(yùn)動凸輪從動件系統(tǒng)（n=2，d=0.1，ave=100rpm）（基圓與標(biāo)準(zhǔn)圓）圖7.擺線凸輪 其中1=/3，2=2/3，3=/3，4=2/3，d=0.1，且s1=s2。令ave為100rpm且為0。凸輪的角速度，速度，加速度和從動件的急動值就能計算出來。圖5可以看出凸輪從動件在定速100rpm是的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果。相似的，圖6中ave為100rpm，n為0.2。而且，圖5和圖6表面在變速和定速凸輪從動件系統(tǒng)中峰值出現(xiàn)的時間是不同的。這意味著，可以設(shè)計一個合理的速度來改變峰值出現(xiàn)的時間，以使凸輪從動件系統(tǒng)具有的更好的運(yùn)動特性。圖8.實驗裝置示意圖和使用儀器圖9.基于DSP控制的實驗系統(tǒng)實驗計劃和步驟這項研究中用到了變速凸輪從動件實驗系統(tǒng)和設(shè)備。實驗用的盤形凸輪的直徑，有$50構(gòu)成，有60mm長。考慮到靜態(tài)平衡，如圖7所示盤形凸輪的質(zhì)心是（-0.478mm，0mm）。凸輪的厚度、質(zhì)量、面積和慣性矩分別是13mm，9777.7mm，1082g和0.0031kg.m2。最大的凸輪壓力角是18度，那樣設(shè)計可以正確承受側(cè)向推力。如圖8所示這個凸輪從動件系統(tǒng)是安裝在一個與地基固定的框架上的。滾子從動件可在固定在導(dǎo)軌上的支架上水平移動，且可以由旋轉(zhuǎn)的凸輪驅(qū)動。從動件是一個長為495mm，直徑為20mm的圓柱棒。滾子固定在靠近凸輪端的棒子，直徑為22mm厚度為10ram，可以繞著直徑為8長度為36mm的滾子銷旋轉(zhuǎn)。由于凸輪從動件系統(tǒng)截面尺寸大且是由碳鋼做的，所以被認(rèn)為是剛性的。預(yù)設(shè)彈簧為規(guī)格d13160，剛度為0.146公斤每毫米且長36mm，那樣就可以保證滾子從動件可以和凸輪始終保持接觸。因為凸輪軸和電機(jī)軸由剛性聯(lián)軸器（剛性，MJC50）連接的，所以凸輪角速度和點擊轉(zhuǎn)速要相同。因此要利用直流私服電機(jī)（三洋，點擊，cn-800-10，850w，1000轉(zhuǎn)每分）和圖8所示的驅(qū)動馬達(dá)，它可以很容易的控制凸輪輸入角速度來驅(qū)動凸輪從動件系統(tǒng)。圖10a采用速度控制系統(tǒng)（4），可以最容易的通過電機(jī)來改變角速度的變化。在插件板上的IBM電腦，TMS320C30系統(tǒng)板，是用在實時實驗安裝的。圖9描述了實驗系統(tǒng)的硬件配置。除了通過AT總線來數(shù)字通信外，輸入/輸出模擬信號可以通過車載模數(shù)轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）。這些輸入和輸出通道的分別是為了對DSP的信號反饋和對控制裝置的控制信號。在實時控制中，采樣頻率60每秒是合適的，那樣遙控器可以連續(xù)的控制。圖10b圖10c控制的輸出響應(yīng)通過機(jī)載模數(shù)轉(zhuǎn)換器測量，并存儲在記憶板中。驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速是從電機(jī)電壓信號，即內(nèi)置的轉(zhuǎn)速，并輸入到個人計算機(jī)486來完成。加速度和位移可以通過如圖8所示的加速度測量工具（PCB，353A34），和線性編碼器（HEIDENHAIN，LS404）。圖10d圖10e來自加速度儀的信號取決于電源單元(PCB, mode 480E09 ICP).利用最小二乘擬合方法 7 ，從位移信號獲得從動件加速度，從加速度信號獲得急動值。測量的數(shù)據(jù)傳回電腦來進(jìn)行性能評價。分別能從圖10，11中得到凸輪在轉(zhuǎn)速為150和200rpm是n=0，d=0.1的實驗和理論結(jié)果。雖然運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動，但圖10，11表明在每個中期中實驗與理論結(jié)果一致。本實驗結(jié)果表面該方法是可行的。圖11a圖11b圖11c圖11d圖11e結(jié)論在這項工作中，從運(yùn)動學(xué)角度，根據(jù)凸輪輸入速度的控制，我們提出了一個來提高凸輪從動件系統(tǒng)的運(yùn)動特性可行的方法。通過約束和系統(tǒng)設(shè)計程序產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)耐馆喗撬俣溶壽E的方法正在開發(fā)。實例表明，當(dāng)速度加速度是連續(xù)，急動值是有限時，這個變速凸輪設(shè)計方法是有效的。另外，一個用來實驗的變速凸輪從動件系統(tǒng)已建立用來研究變速凸輪從動件系統(tǒng)。在每個周期的實驗于理論結(jié)果都高度一致。實驗結(jié)果表明，該方法是可行的。文獻(xiàn)1. 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