盤形凸輪廓形曲線計算機(jī)輔助設(shè)計
盤形凸輪廓形曲線計算機(jī)輔助設(shè)計,凸輪,曲線,計算機(jī)輔助設(shè)計
大 連 大 學(xué) 2017屆學(xué)生畢業(yè)論文(設(shè)計)中期檢查表 題 目 盤形凸輪廓形曲線計算機(jī)輔助設(shè)計 指導(dǎo)教師 于靖華 職稱 教授 學(xué)生姓名 王詩璇 閱讀文獻(xiàn)數(shù) 0 初稿完成時間 2017-05-18 工 作 量 較少 適中 √ 較多 出勤情況 較好 √ 一般 較差 工作進(jìn)度 快 按進(jìn)度進(jìn)行 √ 慢 任 務(wù) 書 有 開題報告 有 中期工作結(jié)論 優(yōu) 調(diào)整情況 無 教研室主任 意見 同意 教研室主任(簽名)：賈衛(wèi)平 日期：2017-04-22 學(xué)院意見 同意 教學(xué)院長(簽名)：賈衛(wèi)平 日期：2017-04-24 本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目：盤形凸輪廓形曲線計算機(jī)輔助設(shè)計學(xué) 院 ： 機(jī) 械 工 程 學(xué)院 專 業(yè) 、班 級
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）；
3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
一、選題依據(jù)
1．論文（設(shè)計）題目
盤形凸輪廓形曲線計算機(jī)輔助設(shè)計2．研究領(lǐng)域
計算機(jī)輔助設(shè)計
3. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動件和機(jī)架組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)中，只要凸輪廓線設(shè)計合理，便可使從動件按照任意給定的規(guī)律運(yùn)動，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠的特點(diǎn)，同時凸輪機(jī)構(gòu)還兼有傳動、導(dǎo)向及控制機(jī)構(gòu)的各種功能。在以凸輪為中心的基礎(chǔ)上，已經(jīng)發(fā)展出成千上萬種高效、小型、精密、價廉的機(jī)械，例如內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)、自動包裝機(jī)、自動成型機(jī)、自動裝配機(jī)、自動機(jī)床、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、印刷機(jī)械、自動辦公設(shè)備、自動售貨機(jī)、電子元件的自動加工機(jī)械、服裝加工機(jī)械掣等。凸輪按照形狀可分為：盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪。其中盤形凸輪是一個繞
固定軸轉(zhuǎn)動并且具有變化向徑的盤形零件，如內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的凸輪。當(dāng)其繞固定軸轉(zhuǎn)動時，可推動從動件在垂直于凸輪轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)運(yùn)動。平面盤形凸輪在結(jié)構(gòu)上比較簡單，但實際上凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計是一個多層次、多因素的復(fù)雜過程，對設(shè)計人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實際廓線要精確滿足從動件的運(yùn)動要求。它是凸輪的最基本型式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最廣。
根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件決定了凸輪機(jī)構(gòu)的型式及凸輪的基圓半徑等基本尺寸， 那么只要選定了從動件的運(yùn)動規(guī)律和轉(zhuǎn)向，就可以進(jìn)行凸輪廓線的設(shè)計。通常凸輪廓線的設(shè)計方法有作圖法和解析法兩種。兩者所依據(jù)的設(shè)計原理基本相同。幾何法簡便、直觀，但其效率低，繪出的凸輪輪廓誤差大，難以獲得凸輪輪廓曲線上各點(diǎn)的精確坐標(biāo)。所以按幾何法所得輪廓數(shù)據(jù)加工的凸輪只能應(yīng)用于低速或不重要的場合。對于高速凸輪或精確度要求較高的凸輪，必須用解析法設(shè)計凸輪廓線。所謂用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動件的運(yùn)動規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，建立凸輪理論輪廓曲線、實際輪廓曲線以及加工刀具中心軌跡的坐標(biāo)方程，并精確地計算出凸輪輪廓曲線或刀具運(yùn)動軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓，以適合在數(shù)控機(jī)床上加工。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。目前精確設(shè)計輪廓的方法有包絡(luò)法、速度瞬心法、等距曲面法、共扼曲面法和相對速度法等等。
早期的工程技術(shù)人員大多采用作圖法繪制凸輪輪廓，這種方法的效率低、精度差、很難精確地得到壓力角和曲率半徑等設(shè)計參數(shù)。在 CAD 二維設(shè)計階段，CAD 的作用僅僅是使工程人員得以擺脫煩瑣、精度低的手工繪圖，可重復(fù)利用已有的設(shè)計方案。但一旦凸輪有某一個參數(shù)改變凸輪的廓形曲線就會隨之改變，需要重新設(shè)計，工作量大， 比較麻煩。微機(jī)進(jìn)入我國已有多年，計算機(jī)技術(shù)在我國已經(jīng)得到很大的發(fā)展。計算機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)值計算、邏輯判斷和圖形繪制功能，在有關(guān)軟件的支撐下，可以完成凸
輪機(jī)構(gòu)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。利用計算機(jī)進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計，不僅可以大大提高設(shè)計速度、設(shè)計精度和設(shè)計自動化程度，而且可以采用動態(tài)仿真技術(shù)和三維造型技術(shù)，模擬凸輪機(jī)構(gòu)的工作情況，甚至可由設(shè)計數(shù)據(jù)形成數(shù)控加工程序，直接傳輸給制造系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造一體化，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代周期。
使用計算機(jī)參數(shù)化設(shè)計，可以使凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計能夠快速進(jìn)行。只要由設(shè)計者輸入或者選擇相關(guān)的參數(shù)，就能夠自動的得到有關(guān)數(shù)據(jù)。目前全國范圍內(nèi)凸輪計算機(jī)輔助設(shè)計已經(jīng)有了大量的設(shè)計論文，但在精度、實用性等方面還是有所不足。
4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
我國對凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究也有多年的歷史，對凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計、運(yùn)動規(guī)律、輪廓線、動力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計等方面的研究都有相關(guān)的論文發(fā)表。但是，與先進(jìn)國家相比，我國對凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計和制造上都還存在較大的差距，尤其在制造方面，國外也只是集中在少數(shù)的幾家公司和科研機(jī)構(gòu)中，而且由于技術(shù)保密等因素，具有一定參考價值的相關(guān)資料很少公開發(fā)表，這樣就在無形中制約著我國凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸輪機(jī)構(gòu)必須依賴進(jìn)口的被動局面。
我國對凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。1983 年全國第三屆機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會上關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的論文只有 8 篇，涉及設(shè)計、運(yùn)動規(guī)律、分析、廓線
的綜合等四個研究方向。到了 1988 年第六屆會議，已有凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文 20 篇，
增加了動力學(xué)、振動、優(yōu)化設(shè)計等研究方向。而 1990 年第七屆會議，凸輪機(jī)構(gòu)方面又增加了 CAD/CAM、誤差分析等研究方向。近幾年，對凸輪分度機(jī)構(gòu)方面的研究也不斷深入，并發(fā)表了一系列論文對凸輪機(jī)構(gòu)的共扼曲面原理山、專家系統(tǒng)等方面也有了相當(dāng)?shù)难芯俊，F(xiàn)在凸輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、紡織機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械、動力機(jī)械、印刷機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，與先進(jìn)國家相比，我國對凸輪機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較大的差距。
隨著 CAD/CAM 技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用的日趨成熟和廣泛，在國內(nèi)也出現(xiàn)了一些研究凸輪機(jī)構(gòu) CAD/CAM 系統(tǒng)的文獻(xiàn)也有新的突破，許多學(xué)者發(fā)表了關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、凸輪，采用面向?qū)ο蟮膮?shù)化程序設(shè)計方法，設(shè)計出了主要包括工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖和運(yùn)動規(guī)律設(shè)計、從動件系統(tǒng)設(shè)計、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析、條件校核、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及結(jié)果 輸出等內(nèi)容的平面凸輪的 CAD 軟件，實現(xiàn)了凸輪的計算機(jī)輔助設(shè)計。文獻(xiàn)則是在凸輪機(jī)構(gòu) CAD 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究針對某種凸輪機(jī)構(gòu)的 CAD/CAM 系統(tǒng)，實現(xiàn)了凸輪設(shè)計、凸輪數(shù)控加工一體化，進(jìn)一步提高了凸輪 CAD/CAM 技術(shù)的實用性。但這些凸輪的 CAD/CAM 系統(tǒng)核心技術(shù)僅被某些企業(yè)所有，并未在市場上以商品軟件的形式出現(xiàn)。
CAD 技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，利用 CAD 技術(shù)可以起到提高企業(yè)的設(shè)計效率、優(yōu)化設(shè)計方案、減輕技術(shù)人員的勞動強(qiáng)度、縮短設(shè)計周期、加強(qiáng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)
化等作用。本文在研究基于特征的三維 CAD 理論的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一個擴(kuò)充性、開放性、復(fù)用性和維護(hù)性良好的 CAD 軟件系統(tǒng)。并在 CAD 技術(shù)理論和 CAD 軟件體系結(jié)構(gòu)上， 做出了許多具有重要意義的工作。
平面盤形凸輪在結(jié)構(gòu)上比較簡單，但實際上凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計是一個多層次、多因素的復(fù)雜過程，對設(shè)計人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實際廓線要精確滿足從動件的運(yùn)動要求。
實現(xiàn)從動件運(yùn)動規(guī)律主要依賴于凸輪輪廓曲線形狀，因而輪廓曲線設(shè)計是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)便是凸輪輪廓曲線的設(shè)計。傳統(tǒng)的凸輪輪廓設(shè)計方法通常采用作圖法或解析法。作圖法雖簡便易行，但其效率低，繪出的凸輪輪廓誤差大。
所謂用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動件的運(yùn)動規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，求出凸輪廓線的方程式，并精確地計算出凸輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。目前精確設(shè)計輪廓的方法有包絡(luò)法、速度瞬心法、等距曲面法、共扼曲面法和相對速度法等等。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題
（1） 軟件總體功能設(shè)計和程序總體框架設(shè)計。
（2） 直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計，包括：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪。
（3） 擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計，包括：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪。主要對凸輪輪動規(guī)律進(jìn)行分析，并運(yùn)用解析法和作圖法設(shè)計出各類盤形凸輪的輪
廓曲線，借助于 vb 編程減少計算量、加精確度，實現(xiàn)人機(jī)結(jié)合的理念。2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
1. 緒論
1.1 凸輪結(jié)構(gòu)概述
1.2 凸輪結(jié)構(gòu)課題研究背景及意義
1.3 目前研究概況及未來發(fā)展趨勢2.從動件運(yùn)動規(guī)律
2.1 等速度運(yùn)動規(guī)律
2.2 等加速、等減速運(yùn)動規(guī)律
2.3 余弦加速度（簡諧）運(yùn)動規(guī)律3.盤形凸輪的類型分析
3.1 對凸輪類型進(jìn)行分析
3.2 對從動件進(jìn)行分析
3.3 對運(yùn)動形式進(jìn)行分析4.盤形凸輪輪廓線的設(shè)計
4.1 反轉(zhuǎn)法概念
4.2 反轉(zhuǎn)法原理
4.3 尖頂直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
4.4 滾子直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
4.5 平底直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
4.6 尖頂擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
4.7 滾子擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
4.8 平底擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計5.盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計
5.1 壓力角的設(shè)計及檢驗
5.2 盤形凸輪曲率半徑設(shè)計及檢驗
5.3 盤形凸輪系統(tǒng)開發(fā)6.總結(jié)
3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
（1） 根據(jù)課題要求對盤形凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析、設(shè)計與研究。
（2） 開發(fā)相關(guān)應(yīng)用軟件，提供 VB 程序源代碼、工程文件和可執(zhí)行文件，程序運(yùn)行可靠。
（3） 翻譯相關(guān)外文資料。
（4） 完成畢業(yè)論文。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）
用解析法設(shè)計凸輪廓線并用 Visual Basic 語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。用解析法設(shè)計凸輪廓線的關(guān)鍵問題是將凸輪廓線表示為數(shù)學(xué)形式，這一過程稱
為建立數(shù)學(xué)模型。Visual Basic 提供了繪圖功能，如果以足夠小的間距將凸輪輪廓上的點(diǎn)繪出，這一系列的點(diǎn)就構(gòu)成了凸輪輪廓曲線。建立凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式，利用方程算出計算各類凸輪的理論廓線和實際廓線。
分析各類凸輪的從動件運(yùn)動規(guī)律，通常從動件運(yùn)動規(guī)律的選取與設(shè)計，是根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用工況以及要完成的運(yùn)動功能來確定的。確定凸輪的轉(zhuǎn)動方向、基圓半徑之后就可以對凸輪廓線進(jìn)行設(shè)計了。然后計算壓力角及曲率半徑并校核是否符合要求。
本課題擬采用 Visual Basic 語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計，輸入凸輪相關(guān)基本參數(shù)，自動計算凸輪廓形任意點(diǎn)坐標(biāo)值，繪制凸輪廓形曲線，繪制凸輪運(yùn)動線圖。程序?qū)⑻峁┝己玫娜藱C(jī)交互操作界面，為盤形凸輪廓形設(shè)計提供良好的電子設(shè)計平臺。
2. 論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃
第 1 周：安排設(shè)計任務(wù)，布置設(shè)計要求
第 2 周：分析設(shè)計題目，了解設(shè)計內(nèi)容，復(fù)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識
第 3 周：查找設(shè)計資料，查找設(shè)計文獻(xiàn)
第 4 周：撰寫開題報告，修改開題報告，開題答辯
第 5 周：軟件總體方案設(shè)計，主界面設(shè)計
第 6 周：尖頂直動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第 7 周：滾子直動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第 8 周：平底直動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第 9 周：尖頂擺動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第 10 周：滾子擺動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第 11 周：平底擺動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第 12 周：凸輪運(yùn)動規(guī)律分析，作圖法和解析法設(shè)計凸輪廓線
第 13 周：程序運(yùn)行與調(diào)試
第 14 周：撰寫設(shè)計說明書和外文翻譯
第 15 周：修改設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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文獻(xiàn)綜述
一．現(xiàn)階段相關(guān)研究及成果
在我國已有了大量的論文對盤形凸輪廓線進(jìn)行設(shè)計，現(xiàn)在的研究成果主要如下： 1.盤形凸輪廓線的計算機(jī)輔助設(shè)計研究
本篇文章作者用解析法設(shè)計凸輪廓線，他認(rèn)為關(guān)鍵問題是將凸輪廓線表示為數(shù)學(xué)形式，這一過程稱為建立數(shù)學(xué)模型。Visual Basic 提供了繪圖功能，如果以足夠小的間距將凸輪輪廓上的點(diǎn)繪出，這一系列的點(diǎn)就構(gòu)成了凸輪輪廓曲線。建立凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式，就是所需的數(shù)學(xué)模型。
輪廓曲線設(shè)計方法：
以偏置直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行其數(shù)學(xué)模型的建立，設(shè)計一偏置直動滾子從動件盤形凸輪廓線。凸輪基圓半徑 Rb，滾子半徑 R r，偏距值為 E，從動件的運(yùn)動規(guī)律 s = s（φ）。
理論輪廓方程：過凸輪的回轉(zhuǎn)中心 O 建立直角坐標(biāo)系 XOY，設(shè)推程開始時從動件滾子中心處于 B0 點(diǎn)，B0 點(diǎn)即為凸輪理論廓線上的起始點(diǎn)。凸輪理論廓線上任一點(diǎn) B 的坐標(biāo)表達(dá)式為 x=（s0+s）sinφ+Ecosφ，y=（s0+s）cosφ－Esinφ。若 E=0，上式即為對心直動滾子從動件凸輪的理論廓線方程。
實際廓線方程：滾子從動件盤形凸輪的理論廓線與實際廓線為法向等距曲線。設(shè)凸輪理論廓線上點(diǎn) B 的法線為 nn，它與 x 軸的夾角為θ。法線 nn 與滾子圓相交于兩個 B’點(diǎn)，則凸輪實際廓線上 B’點(diǎn)的坐標(biāo)為:x＇=x +（-）rcosθ，y＇= y +（-） rsinθ。式中，“－ ”號適用于理論廓線的內(nèi)等距曲線η＇；“+”號適用于外等距曲線η"。
2. 織網(wǎng)機(jī)下鉤機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線優(yōu)化
本篇文章作者采用 MATLAB 對凸輪輪廓線進(jìn)行輔助設(shè)計。用解析法設(shè)計了凸輪的輪廓曲線方程。為滿足織網(wǎng)機(jī)織網(wǎng)成型的工藝要求，首先分析下鉤機(jī)構(gòu)的工作原理， 依據(jù)機(jī)構(gòu)的工作原理，設(shè)計下鉤機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖，并具體分析鉤線段、拉線段、脫線段的運(yùn)行過程。采用解析法推導(dǎo)出凸輪輪廓曲線方程，根據(jù)從動件運(yùn)動規(guī)律選擇原則，選擇擺線修正等速運(yùn)動規(guī)律，避免等速運(yùn)動規(guī)律在開始和終點(diǎn)處速度發(fā)生突變、凸輪機(jī)構(gòu)受到剛性沖擊和柔性沖擊，使下鉤機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)動學(xué)性能。運(yùn)用 MATLAB 對凸輪輪廓線進(jìn)行輔助設(shè)計，得到下鉤機(jī)構(gòu)前后和上下凸輪的理論和實際輪廓曲線， 為織網(wǎng)機(jī)凸輪輪廓線提供設(shè)計參考依據(jù)。
輪廓曲線設(shè)計方法：凸輪的回轉(zhuǎn)中心Ｏ點(diǎn)作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，a 為凸輪軸心與擺桿軸心之間距離，L 為擺桿長度，ro 為基圓半徑。擺動滾子從動件的起始位置 AOBO反轉(zhuǎn)δ角后到達(dá)位置 AB，凸輪與從動件的接觸點(diǎn) BO 到達(dá) B 點(diǎn)，對應(yīng)從動件的擺角為φ。設(shè) BO 點(diǎn)的坐標(biāo)為(xBO，yBO)，B 點(diǎn)坐標(biāo)為（x，y），Ａ點(diǎn)坐標(biāo)為（xA，yA）。AB的復(fù)合運(yùn)動可用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和平移變換來實現(xiàn)，即：
［x］＝cos(δ＋Φ) sin（δ＋Φ）（xBO-0）+［xA］
［y］=-sin(δ＋φ)cos（δ＋φ）（yBO-a）+［yA］
將 xA=asinδ、yA=acosδ、xBO=- Lsinφ0 、yBO=a-Lcosφ0，φ0 為推桿初始角， φ0＝arccos 根號下（（a^2+L^2-r0^2）/ （2aL））代入式（1），可得到理論輪廓線上任意一點(diǎn) B 的坐標(biāo)：x=asinδ-Lsin（δ＋φ＋φ0），y=acosδ-L cos（δ＋φ＋φ0）。凸輪實際輪廓線與理論輪廓線法線方向距離等于滾子半徑 r，只要沿理論輪廓線任意一點(diǎn) B 的法線方向取距離為 r，即得實際輪廓線上的相應(yīng)點(diǎn) B′（x′ ，y′）。理論輪廓線 Ｂ 點(diǎn)處法線 n-n 的斜率為：tanθ=dx/dy=-（dx/dδ）/（dy/dδ）=sinθ/cos θ，其中：θ為法線 n-n 與 x 軸夾角。dx/dδ=acosδ-Lcos（δ＋φ＋φ0）（１＋ｄ φ/ｄδ），dy/dδ=-asinδ+Lsin（δ＋φ＋φ0）（１＋ｄφ/ｄδ）。sinθ=（dx/d δ）/根號下（（dx/dδ）^2+（dy/dδ）^2），cosθ=（dy/dδ）/根號下（（dx/dδ）
^2+（dy/dδ）^2）則凸輪實際輪廓線上對應(yīng)點(diǎn) B′的坐標(biāo)為：x′= x-（+）rcosθ， y′= y-（+）rsinθ。其中：“-”用于內(nèi)等距曲線；“+”用于外等距曲線
3. 發(fā)動機(jī)配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計與研究
本篇文章作者詳細(xì)介紹了配氣凸輪輪廓曲線的設(shè)計原理，通過反轉(zhuǎn)法原理分別推導(dǎo)出配氣凸輪的理論輪廓曲線和實際輪廓曲線的直角坐標(biāo)表達(dá)式，利用 SolidWorks 三維軟件的二次開發(fā)對凸輪輪廓曲線進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，最終得出配氣凸輪的三維實體模型，為發(fā)動機(jī)配氣凸輪廓線的設(shè)計提供了一種依據(jù)。
配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計的方法有 2 種:第一種方法稱之為作圖法，另一種方法稱之為解析法。比較而言，采用解析法設(shè)計配氣凸輪的輪廓曲線要優(yōu)于作圖法，但無論采用何種方法進(jìn)行設(shè)計，兩種方法的設(shè)計原理都是相同的，稱之為“反轉(zhuǎn)法”。當(dāng)凸輪以角速度ω繞軸 O 轉(zhuǎn)動時，推桿在凸輪的高副元素(輪廓曲線)的推動下實現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動。設(shè)想給整個凸輪機(jī)構(gòu)加上一個公共角速度－ω，使其繞軸心 O 轉(zhuǎn)動，此時凸輪將靜止不動，而推桿一方面隨其導(dǎo)軌以角速度－ω繞軸心 O 轉(zhuǎn)動，一方面又在導(dǎo)軌內(nèi)做預(yù)期的往復(fù)移動。推桿在這種復(fù)合運(yùn)動中，其尖頂?shù)倪\(yùn)動軌跡即為凸輪的輪廓曲線。根據(jù)上述分析，在進(jìn)行凸輪輪廓曲線設(shè)計時，假設(shè)凸輪靜止不動，而推桿相對于凸輪作反轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時又在其軌道內(nèi)作預(yù)期運(yùn)動，做出推桿在這種復(fù)合運(yùn)動中的一系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪輪廓曲線。這種凸輪輪廓曲線設(shè)計方法即為 “反轉(zhuǎn)法”。
4. 基于 VB6_0 和 UG6_0 的盤形凸輪機(jī)構(gòu) CAD 系統(tǒng)設(shè)計
本篇文章作者利用面向用戶的可視化軟件 Visual Basic6.0 和 UG 6.0 進(jìn)行盤形凸輪機(jī)構(gòu) CAD 系統(tǒng)設(shè)計。輸入原始參數(shù)后，得到該參數(shù)下的凸輪廓線、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析及運(yùn)動仿真，大大縮短解析法設(shè)計凸輪廓線時數(shù)據(jù)處理時間，為高速高精度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計、制造和檢測提供了有利條件。使凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計直觀化、實時化。通過實例驗證，該軟件界面友好，方便直觀，既可用于工程實際，又可滿足教學(xué)需要。
5. 基于 MATLAB 的平面盤形凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計
本篇文章作者利用 MATLAB 語言編制了盤形凸輪機(jī)構(gòu)輪廓參數(shù)化設(shè)計的可視化程序，針對不同參數(shù)和推桿運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了推桿運(yùn)動線圖、凸輪輪廓曲線和凸輪輪廓曲線壓力角的繪制仿真實驗，并且分析了不同參數(shù)的選取對這些圖形曲線繪制的影響。
6. 盤型凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)
本篇文章作者主要是對盤型凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)開發(fā)，盤形凸輪輪廓曲線是復(fù)雜的非圓平面曲線，為高效、精確的實現(xiàn)其設(shè)計自動化，利用 Auto-CAD 二次開發(fā)功能，開發(fā)了界面友好、擴(kuò)展性強(qiáng)的盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，實現(xiàn)了參數(shù)的輸入、參數(shù)合理性校核、設(shè)計計算及繪圖輸出等功能。依據(jù)凸輪設(shè)計理論， 研究了參數(shù)校核方法，導(dǎo)出了按照要求的曲線擬合精度確定步長值的算法。最后以偏置直動滾子推桿盤型凸輪輪廓曲線為例對系統(tǒng)進(jìn)行了測試和驗證，并給出了運(yùn)行結(jié) 果。
7. 基于 UG 表達(dá)式的直動平底從動件盤形凸輪廓形設(shè)計
本篇文章作者根據(jù)直線包絡(luò)曲線知識，結(jié)合凸輪廓形的反轉(zhuǎn)法設(shè)計方法，導(dǎo)出直動平底從動件盤形凸輪廓形曲線的一般方程，并根據(jù)積分幾何學(xué)相關(guān)知識，給出凸輪廓形曲線保持外凸的充分必要條件。利用得出的結(jié)論，結(jié)合 UG 表達(dá)式的格式，編譯表達(dá)式，作出凸輪廓形曲線，為直動平底從動件盤形凸輪的 CAD/CAE/CAM 一體化設(shè)計建立了基礎(chǔ)模型，具有實際意義。
8. 基于 VB 軟件的盤形凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計與運(yùn)動分析
本篇文章作者以 VB 編程語言為工具，根據(jù)直動推桿的不同類型，分別對盤形凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計。此方法只需給出凸輪機(jī)構(gòu)的幾個相關(guān)參數(shù)，并選擇推程與回程的運(yùn)動規(guī)律，就可方便快捷的設(shè)計出凸輪機(jī)構(gòu)。對比于傳統(tǒng)的繪圖法，提高了效率和準(zhǔn)確度，同時對其它類型的機(jī)構(gòu)分析也具有重要的參考意義。
9. 基于 VB 的共軛凸輪廓線的反求
本篇文章作者針對凸輪加工僅靠測量數(shù)據(jù)易造成誤差，影響其工作性能的情況， 提出一種通過測量數(shù)據(jù)反求其廓線的方法，并開發(fā)出以 VB 為平臺的共軛凸輪反求系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用二階連續(xù)三次樣條插值函數(shù)對主凸輪輪廓線進(jìn)行光順處理，改善廓線的曲率連續(xù)性，再利用共軛凸輪之間的機(jī)構(gòu)關(guān)系得到副凸輪的廓線值。借助 ProE 的實體構(gòu)造及運(yùn)動仿真功能，進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性分析，通過分析其運(yùn)動規(guī)律曲線，確定從動件的運(yùn)動角及運(yùn)動規(guī)律，最后實現(xiàn)對共軛凸輪的重新設(shè)計。
10. 盤形凸輪的解析法設(shè)計及宏程序應(yīng)用研究
本篇文章作者用解析法建立凸輪廓線方程，并編制宏程序在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工，克服了傳統(tǒng)的圖解法設(shè)計與仿形法加工的缺點(diǎn)，提高了凸輪機(jī)構(gòu)從動件的實際運(yùn)動規(guī)律與預(yù)期運(yùn)動規(guī)律的吻合性。
11. 盤形凸輪輪廓曲線的參數(shù)化設(shè)計
本篇文章作者介紹運(yùn)用 UG 軟件建立參數(shù)表達(dá)組，進(jìn)行盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計。介紹了構(gòu)建盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計的步驟及構(gòu)建凸輪設(shè)計參數(shù)表達(dá)式主要依據(jù)。闡述了由 S-Q 函數(shù)建立各參數(shù)表達(dá)式組方法、各變量的含義及參數(shù)化凸輪輪廓曲線的創(chuàng)建方法和步驟。
12. 基于 VBA 的凸輪輪廓設(shè)計與結(jié)果輸出
本篇文章作者以 Visual Basic for Application(VBA)為開發(fā)工具,研制出了用戶界面友好的直動式從動件盤形凸輪輪廓曲線的 CAD 系統(tǒng)，實現(xiàn)了 AutoCAD 與 Word 的“無縫”連接。該系統(tǒng)實現(xiàn)了凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計、繪圖、設(shè)計結(jié)果輸出一體化，能顯著提高設(shè)計的品質(zhì)與效率。
13. 基于 VB 的直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計及分析
本篇文章作者采用 Visual Basic 為開發(fā)語言，對盤形凸輪機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。通過人機(jī)對話，可實時修改輸入?yún)?shù)及選擇從動件運(yùn)動規(guī)律，從而使凸輪機(jī)械的設(shè)計直觀化、實時化。設(shè)計者在輸入原始參數(shù)后，就能得到該參數(shù)下的凸輪輪廓線及有關(guān)參數(shù)，將大大縮短解析法設(shè)計凸輪輪廓線時數(shù)據(jù)處理時間，提高設(shè)計工作效率。14.Cam profile optimization for a new cam drive（新凸輪驅(qū)動的凸輪輪廓優(yōu)化）
本篇文章作者研究復(fù)雜的凸輪形狀優(yōu)化問題，用于新凸輪驅(qū)動發(fā)動機(jī)的獨(dú)特凸輪機(jī)構(gòu)。首先，通過分析獨(dú)特的凸輪機(jī)構(gòu)來定義優(yōu)化問題。通過將發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩定義為目標(biāo)函數(shù)并且將接觸應(yīng)力、曲率半徑和壓力角作為約束，分析在優(yōu)化問題中的多個設(shè)計規(guī)格。第二，分析場景通過操縱凸輪輪廓表示和優(yōu)化方法的不同組合來找到最好的凸輪輪廓。在凸輪輪廓合成中采用兩種類型的曲線表示，包括一般多項式樣條和 B 樣條。此外，應(yīng)用經(jīng)典優(yōu)化技術(shù)和基于遺傳算法（GA）的方法來解決復(fù)雜優(yōu)化問題。最后，在初始輪廓和最佳輪廓之間進(jìn)行比較研究，以證明這些提出的設(shè)計方法在解決凸輪輪廓優(yōu)化問題的有效性。結(jié)果顯示，從 B 樣條表示和基于 GA 的方法的組合獲得最佳輪廓，與初始設(shè)計相比，所提出的優(yōu)化方法大大提高了發(fā)動機(jī)性能。 15.Optimal Design of Cams（凸輪的最佳設(shè)計）
本篇文章作者提出了一種使用約束優(yōu)化算法來設(shè)計電機(jī)發(fā)動機(jī)氣門列車的凸輪。所施加的約束是最大氣門升程和為正時，而目標(biāo)函數(shù)是對氣流打開的氣門面積最小化的時間積分。施加分段分析定義的加速度，使得控制加速度分布的時間常數(shù)被用作優(yōu)化的變量。該策略考慮了一些幾何約束，例如，避免進(jìn)氣和排氣閥之間以及閥和活塞之間的干擾。此外，限制加速度的最小和最大值以避免機(jī)構(gòu)鏈中的力過大，并且防止凸輪和隨動件之間的分離的可能性。一旦確定了最佳升程廓線，則使用由運(yùn)動鏈引入的幾何非線性的逆運(yùn)動學(xué)分析來計算凸輪形狀。最后，在動力分析中驗證整個機(jī)構(gòu)以檢查設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的滿意度。進(jìn)行與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動的比較。
16. Optimum design of local cam profile of a valve train（氣門機(jī)構(gòu)的局部凸輪輪廓的最佳設(shè)計）
本篇文章作者描述了通過參數(shù)化貝塞爾曲線模擬的氣門機(jī)構(gòu)的局部凸輪輪廓的 優(yōu)化。通過使用 ADAMS 軟件構(gòu)建的多體系統(tǒng)動力學(xué)模型來模擬氣門機(jī)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)?？死锝鸱ㄓ糜诮⑻娲Ｐ停涑尸F(xiàn)了由多體系統(tǒng)動力學(xué)模擬產(chǎn)生的動態(tài)響應(yīng)與局部貝塞爾曲線的參數(shù)之間的關(guān)系。局部凸輪輪廓通過通用算法優(yōu)化，使得在閥打開階段的加速度峰值明顯減小。
17. 機(jī)械工程師手冊
本書具體的介紹了凸輪的類型、基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動規(guī)律、壓力角、基圓半徑、凸輪廓線和刀具、中心軌跡等內(nèi)容以及涉及到的各種算法。
二.本課題采用的研究方法
綜合比較上述文獻(xiàn)，最終決定用解析法設(shè)計凸輪廓線并用 Visual Basic 語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。原因如下：
幾何法簡便、直觀，但其效率低，繪出的凸輪輪廓誤差大，難以獲得凸輪輪廓曲線上各點(diǎn)的精確坐標(biāo)。所以按幾何法所得輪廓數(shù)據(jù)加工的凸輪只能應(yīng)用于低速或不重要的場合。對于高速凸輪或精確度要求較高的凸輪，必須用解析法設(shè)計凸輪廓線。所謂用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動件的運(yùn)動規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，建立凸輪理論輪廓曲線、實際輪廓曲線以及加工刀具中心軌跡的坐標(biāo)方程，并精確地計算出凸輪輪廓曲線或刀具運(yùn)動軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓，以適合在數(shù)控機(jī)床上加工。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。計算量大這個問題可以用計算機(jī)輔助設(shè)計來彌補(bǔ)。所以選用解析法來設(shè)計凸輪廓線。VB 能完成一般用戶要求的所有功能，在客戶端不需要安裝什么環(huán)境，簡單易學(xué)，操作簡單，界面簡潔一目了然，用起來方便，并且快速高效的產(chǎn)出率更是其他編程語言無法比擬的，所以選用 Visual Basic 語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。
典型的凸輪結(jié)構(gòu)是由主動凸輪、從動推桿和機(jī)架所組成的三構(gòu)件高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)是生產(chǎn)中最常用的構(gòu)件之一，它廣泛用于內(nèi)燃機(jī)、輕工機(jī)械和自動機(jī)等各種機(jī)械。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，設(shè)計較方便；幾乎能實現(xiàn)從動推桿為任何預(yù)期運(yùn)動規(guī)律的往復(fù)移動或往復(fù)擺動；但高副元素接觸處的潤滑條件較差，接觸應(yīng)力大，易磨損；且當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用于高速時，動力特性較復(fù)雜，相應(yīng)的機(jī)構(gòu)精確分析和設(shè)計也較困難。
盤形凸輪分為直動推桿和擺動推桿。
推桿運(yùn)動規(guī)律是指推桿的角位移、角速度、角加速度等隨凸輪轉(zhuǎn)角或時間變化的規(guī)律。一般當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過一整周時推桿完成一個循環(huán)運(yùn)動。在設(shè)計凸輪結(jié)構(gòu)前，一般先給定推桿的運(yùn)動規(guī)律，因為推桿運(yùn)動規(guī)律不僅關(guān)系到凸輪的廓線形狀和尺寸，同時還影響凸輪機(jī)構(gòu)的動力特性和使用。
盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計：
反轉(zhuǎn)法概念：以直動凸輪為例，在設(shè)計的時候，通常假定凸輪固定、推桿繞凸輪旋轉(zhuǎn)，并考察他們的相對運(yùn)動。而推桿相對于凸輪旋轉(zhuǎn)的方向（假定的方向），與凸輪相對于機(jī)架的實際旋轉(zhuǎn)方向是相反的。故名“反轉(zhuǎn)法”。
反轉(zhuǎn)法的原理：假想給整個凸輪機(jī)構(gòu)加一公共角速度-ω，不影響各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動。此時，則凸輪相對靜止不動，推桿一方面隨導(dǎo)軌以-ω繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動， 另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)移動，推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動中的運(yùn)動軌跡即為凸輪輪廓曲線。
圖解法是根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理作出從動件推桿尖頂在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中依次占據(jù)的各位置， 然后作出其高副元素所形成的曲線族，并作從動件高副元素所形成的曲線族的包絡(luò)線，即是所求的凸輪輪廓曲線。
當(dāng)給整個機(jī)構(gòu)加一個共同的運(yùn)動時，各構(gòu)件的絕對運(yùn)動發(fā)生了變化，但各構(gòu)件的相對運(yùn)動卻并不改變，各構(gòu)件的相對尺寸亦不改變。因而，對轉(zhuǎn)化后的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的結(jié)果與對原機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的結(jié)果是相同的。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的方法就是機(jī)構(gòu)倒置或反轉(zhuǎn)法。反轉(zhuǎn)法的本質(zhì)就是改變參考系，是許多機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計及機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析的一種基本方法。其中,在凸輪機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用最典型。凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計原理對于凸輪機(jī)構(gòu)，如果根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定了凸輪機(jī)構(gòu)的形式、基本尺寸，推桿的運(yùn)動規(guī)律和凸輪的轉(zhuǎn)向，凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計就是凸輪輪廓曲線的設(shè)計了。凸輪輪廓曲線無論是采用解析法還是采用作圖法設(shè)計都采用“反轉(zhuǎn)法”原理。給整個凸輪機(jī)構(gòu)加一個與凸輪角速度等值反向的公共角速度-ω，使其繞軸心 O 轉(zhuǎn)動，根據(jù)相對運(yùn)動原理， 這時凸輪與推桿的相對運(yùn)動不變，內(nèi)作預(yù)期的運(yùn)動，推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動中的軌跡就是所要求凸輪的廓線。反轉(zhuǎn)法原理的 2 種應(yīng)用：
1. 偏置滾子直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓曲線
在求出壓力角及基圓半徑的基礎(chǔ)上根據(jù)公式求出理論廓線及實際廓線。
（1） 對于對心推桿可在式中令 e=0。
（2） 實際廓線中滾子半徑rg 前上下兩組符號分別對應(yīng)于外凸輪和內(nèi)凸輪兩種情況。
（3） s（Φ）為推桿運(yùn)動規(guī)律。滾子中心（理論廓線）方程x=[s0+s（Φ）]sinΦ+ecosΦ y=[s0+s（Φ）]cosΦ-esinΦ s0=根號下（r02-e2）
實際（工作）輪廓線方程xc=x±rgy/ 根 號 下 （x2+y2） yc=x-（+）rgx/根號下（x2+y2）
x=[s0+s（Φ）]cosΨ+（ds/dΦ-e）sinΦ
y=-[s0+s（Φ）] sinΨ+（ds/dΦ-e）cosΦ 2.平底直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓曲線
在求出壓力角及基圓半徑的基礎(chǔ)上根據(jù)公式求出理論廓線及實際廓線。
（1） 平底底面長為 L，L=2|（ds/dΦ）|max+（2~5）mm
（2） s（Φ）為推桿運(yùn)動規(guī)律推桿平底中點(diǎn) B 的運(yùn)動軌跡方程x=[r0+s（Φ）]sinΦ y=[r0+s（Φ）]cosΦ
工作廓線方程xc=[r0+s（Φ）]sinΨ+（ds/dΦ）cosΦ yc=[r0+s（Φ）]conΨ+（ds/dΦ）sinΦ
指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評閱）
審
核
簽字： 年 月 日
意
見
教研室主任意見
簽字： 年 月 日
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見
簽字： 年 月 日公章：
本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目：盤形凸輪廓形曲線計算機(jī)輔助設(shè)計
學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 、班 級：
學(xué) 生 姓 名：
指導(dǎo)教師（職稱）
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。
一、選題依據(jù)
1.論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；
2.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值；
3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題；
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）；
3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃。
四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1.開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2.開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；
3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；
4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?
一、選題依據(jù)
1．論文（設(shè)計）題目
盤形凸輪廓形曲線計算機(jī)輔助設(shè)計
2．研究領(lǐng)域
計算機(jī)輔助設(shè)計
3．論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動件和機(jī)架組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)中，只要凸輪廓線設(shè)計合理，便可使從動件按照任意給定的規(guī)律運(yùn)動，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠的特點(diǎn)，同時凸輪機(jī)構(gòu)還兼有傳動、導(dǎo)向及控制機(jī)構(gòu)的各種功能。在以凸輪為中心的基礎(chǔ)上，已經(jīng)發(fā)展出成千上萬種高效、小型、精密、價廉的機(jī)械，例如內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)、自動包裝機(jī)、自動成型機(jī)、自動裝配機(jī)、自動機(jī)床、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、印刷機(jī)械、自動辦公設(shè)備、自動售貨機(jī)、電子元件的自動加工機(jī)械、服裝加工機(jī)械掣等。
凸輪按照形狀可分為：盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪。其中盤形凸輪是一個繞固定軸轉(zhuǎn)動并且具有變化向徑的盤形零件，如內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的凸輪。當(dāng)其繞固定軸轉(zhuǎn)動時，可推動從動件在垂直于凸輪轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)運(yùn)動。平面盤形凸輪在結(jié)構(gòu)上比較簡單，但實際上凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計是一個多層次、多因素的復(fù)雜過程，對設(shè)計人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實際廓線要精確滿足從動件的運(yùn)動要求。它是凸輪的最基本型式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最廣。
根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件決定了凸輪機(jī)構(gòu)的型式及凸輪的基圓半徑等基本尺寸，那么只要選定了從動件的運(yùn)動規(guī)律和轉(zhuǎn)向，就可以進(jìn)行凸輪廓線的設(shè)計。通常凸輪廓線的設(shè)計方法有作圖法和解析法兩種。兩者所依據(jù)的設(shè)計原理基本相同。幾何法簡便、直觀，但其效率低，繪出的凸輪輪廓誤差大，難以獲得凸輪輪廓曲線上各點(diǎn)的精確坐標(biāo)。所以按幾何法所得輪廓數(shù)據(jù)加工的凸輪只能應(yīng)用于低速或不重要的場合。對于高速凸輪或精確度要求較高的凸輪，必須用解析法設(shè)計凸輪廓線。所謂用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動件的運(yùn)動規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，建立凸輪理論輪廓曲線、實際輪廓曲線以及加工刀具中心軌跡的坐標(biāo)方程，并精確地計算出凸輪輪廓曲線或刀具運(yùn)動軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓，以適合在數(shù)控機(jī)床上加工。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。目前精確設(shè)計輪廓的方法有包絡(luò)法、速度瞬心法、等距曲面法、共扼曲面法和相對速度法等等。
早期的工程技術(shù)人員大多采用作圖法繪制凸輪輪廓，這種方法的效率低、精度差、很難精確地得到壓力角和曲率半徑等設(shè)計參數(shù)。在CAD二維設(shè)計階段，CAD的作用僅僅是使工程人員得以擺脫煩瑣、精度低的手工繪圖，可重復(fù)利用已有的設(shè)計方案。但一旦凸輪有某一個參數(shù)改變凸輪的廓形曲線就會隨之改變，需要重新設(shè)計，工作量大，比較麻煩。微機(jī)進(jìn)入我國已有多年，計算機(jī)技術(shù)在我國已經(jīng)得到很大的發(fā)展。計算機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)值計算、邏輯判斷和圖形繪制功能，在有關(guān)軟件的支撐下，可以完成凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。利用計算機(jī)進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計，不僅可以大大提高設(shè)計速度、設(shè)計精度和設(shè)計自動化程度，而且可以采用動態(tài)仿真技術(shù)和三維造型技術(shù)，模擬凸輪機(jī)構(gòu)的工作情況，甚至可由設(shè)計數(shù)據(jù)形成數(shù)控加工程序，直接傳輸給制造系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造一體化，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代周期。?
使用計算機(jī)參數(shù)化設(shè)計，可以使凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計能夠快速進(jìn)行。只要由設(shè)計者輸入或者選擇相關(guān)的參數(shù)，就能夠自動的得到有關(guān)數(shù)據(jù)。目前全國范圍內(nèi)凸輪計算機(jī)輔助設(shè)計已經(jīng)有了大量的設(shè)計論文，但在精度、實用性等方面還是有所不足。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
我國對凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究也有多年的歷史，對凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計、運(yùn)動規(guī)律、輪廓線、動力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計等方面的研究都有相關(guān)的論文發(fā)表。但是，與先進(jìn)國家相比，我國對凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計和制造上都還存在較大的差距，尤其在制造方面，國外也只是集中在少數(shù)的幾家公司和科研機(jī)構(gòu)中，而且由于技術(shù)保密等因素，具有一定參考價值的相關(guān)資料很少公開發(fā)表，這樣就在無形中制約著我國凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸輪機(jī)構(gòu)必須依賴進(jìn)口的被動局面。
我國對凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。1983年全國第三屆機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會上關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的論文只有8篇，涉及設(shè)計、運(yùn)動規(guī)律、分析、廓線的綜合等四個研究方向。到了1988年第六屆會議，已有凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文20篇，增加了動力學(xué)、振動、優(yōu)化設(shè)計等研究方向。而1990年第七屆會議，凸輪機(jī)構(gòu)方面又增加了CAD/CAM、誤差分析等研究方向。近幾年，對凸輪分度機(jī)構(gòu)方面的研究也不斷深入，并發(fā)表了一系列論文對凸輪機(jī)構(gòu)的共扼曲面原理山、專家系統(tǒng)等方面也有了相當(dāng)?shù)难芯俊，F(xiàn)在凸輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、紡織機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械、動力機(jī)械、印刷機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，與先進(jìn)國家相比，我國對凸輪機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較大的差距。
隨著CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用的日趨成熟和廣泛，在國內(nèi)也出現(xiàn)了一些研究凸輪機(jī)構(gòu)CAD/CAM系統(tǒng)的文獻(xiàn)也有新的突破，許多學(xué)者發(fā)表了關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、凸輪，采用面向?qū)ο蟮膮?shù)化程序設(shè)計方法，設(shè)計出了主要包括工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖和運(yùn)動規(guī)律設(shè)計、從動件系統(tǒng)設(shè)計、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析、條件校核、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及結(jié)果?輸出等內(nèi)容的平面凸輪的CAD軟件，實現(xiàn)了凸輪的計算機(jī)輔助設(shè)計。文獻(xiàn)則是在凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究針對某種凸輪機(jī)構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)，實現(xiàn)了凸輪設(shè)計、凸輪數(shù)控加工一體化，進(jìn)一步提高了凸輪CAD/CAM技術(shù)的實用性。但這些凸輪的CAD/CAM系統(tǒng)核心技術(shù)僅被某些企業(yè)所有，并未在市場上以商品軟件的形式出現(xiàn)。?
CAD技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，利用CAD技術(shù)可以起到提高企業(yè)的設(shè)計效率、優(yōu)化設(shè)計方案、減輕技術(shù)人員的勞動強(qiáng)度、縮短設(shè)計周期、加強(qiáng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化等作用。本文在研究基于特征的三維CAD理論的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一個擴(kuò)充性、開放性、復(fù)用性和維護(hù)性良好的CAD軟件系統(tǒng)。并在CAD技術(shù)理論和CAD軟件體系結(jié)構(gòu)上，做出了許多具有重要意義的工作。
平面盤形凸輪在結(jié)構(gòu)上比較簡單，但實際上凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計是一個多層次、多因素的復(fù)雜過程，對設(shè)計人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實際廓線要精確滿足從動件的運(yùn)動要求。
實現(xiàn)從動件運(yùn)動規(guī)律主要依賴于凸輪輪廓曲線形狀，因而輪廓曲線設(shè)計是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)便是凸輪輪廓曲線的設(shè)計。傳統(tǒng)的凸輪輪廓設(shè)計方法通常采用作圖法或解析法。作圖法雖簡便易行，但其效率低，繪出的凸輪輪廓誤差大。
所謂用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動件的運(yùn)動規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，求出凸輪廓線的方程式，并精確地計算出凸輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。目前精確設(shè)計輪廓的方法有包絡(luò)法、速度瞬心法、等距曲面法、共扼曲面法和相對速度法等等。?
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題
（1）軟件總體功能設(shè)計和程序總體框架設(shè)計。
（2）直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計，包括：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪。
（3）擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計，包括：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪。
主要對凸輪輪動規(guī)律進(jìn)行分析，并運(yùn)用解析法和作圖法設(shè)計出各類盤形凸輪的輪廓曲線，借助于vb編程減少計算量、加精確度，實現(xiàn)人機(jī)結(jié)合的理念。
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
1.緒論
1.1凸輪結(jié)構(gòu)概述
1.2凸輪結(jié)構(gòu)課題研究背景及意義
1.3目前研究概況及未來發(fā)展趨勢
2.從動件運(yùn)動規(guī)律
2.1等速度運(yùn)動規(guī)律
2.2等加速、等減速運(yùn)動規(guī)律
2.3五次多項式運(yùn)動規(guī)律
2.4正弦加速度運(yùn)動規(guī)律
2.5余弦加速度（簡諧）運(yùn)動規(guī)律
3.盤形凸輪的類型分析
3.1對凸輪類型進(jìn)行分析
3.2對從動件進(jìn)行分析
3.3對運(yùn)動形式進(jìn)行分析
4.盤形凸輪輪廓線的設(shè)計
4.1反轉(zhuǎn)法概念及原理
4.2尖頂直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
4.3滾子直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
4.4平底直動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
4.5尖頂擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
4.6滾子擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
4.7平底擺動推桿盤形凸輪廓形曲線設(shè)計
5.盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計
5.1壓力角的設(shè)計及檢驗
5.2盤形凸輪曲率半徑設(shè)計及檢驗
5.3盤形凸輪系統(tǒng)開發(fā)
6.總結(jié)
3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果?
（1）根據(jù)課題要求對盤形凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析、設(shè)計與研究。
（2）開發(fā)相關(guān)應(yīng)用軟件，提供VB程序源代碼、工程文件和可執(zhí)行文件，程序運(yùn)行可靠。
（3）翻譯相關(guān)外文資料。
（4）完成畢業(yè)論文。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）
用解析法設(shè)計凸輪廓線并用Visual?Basic語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。
用解析法設(shè)計凸輪廓線的關(guān)鍵問題是將凸輪廓線表示為數(shù)學(xué)形式，這一過程稱為建立數(shù)學(xué)模型。Visual Basic 提供了繪圖功能，如果以足夠小的間距將凸輪輪廓上的點(diǎn)繪出，這一系列的點(diǎn)就構(gòu)成了凸輪輪廓曲線。建立凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式，利用方程算出計算各類凸輪的理論廓線和實際廓線。
分析各類凸輪的從動件運(yùn)動規(guī)律，通常從動件運(yùn)動規(guī)律的選取與設(shè)計，是根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用工況以及要完成的運(yùn)動功能來確定的。確定凸輪的轉(zhuǎn)動方向、基圓半徑之后就可以對凸輪廓線進(jìn)行設(shè)計了。然后計算壓力角及曲率半徑并校核是否符合要求。
本課題擬采用Visual?Basic語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計，輸入凸輪相關(guān)基本參數(shù)，自動計算凸輪廓形任意點(diǎn)坐標(biāo)值，繪制凸輪廓形曲線，繪制凸輪運(yùn)動線圖。程序?qū)⑻峁┝己玫娜藱C(jī)交互操作界面，為盤形凸輪廓形設(shè)計提供良好的電子設(shè)計平臺。
2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃
第1周：安排設(shè)計任務(wù)，布置設(shè)計要求
第2周：分析設(shè)計題目，了解設(shè)計內(nèi)容，復(fù)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識
第3周：查找設(shè)計資料，查找設(shè)計文獻(xiàn)
第4周：撰寫開題報告，修改開題報告，開題答辯
第5周：軟件總體方案設(shè)計，主界面設(shè)計
第6周：尖頂直動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第7周：滾子直動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第8周：平底直動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第9周：尖頂擺動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第10周：滾子擺動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第11周：平底擺動推桿盤形凸輪廓形曲線模塊設(shè)計
第12周：凸輪運(yùn)動規(guī)律分析，作圖法和解析法設(shè)計凸輪廓線
第13周：程序運(yùn)行與調(diào)試
第14周：撰寫設(shè)計說明書和外文翻譯
第15周：修改設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1]宋敏.盤形凸輪廓線的計算機(jī)輔助設(shè)計研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012(15):3645
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[2]張懿驊.織網(wǎng)機(jī)下鉤機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線優(yōu)化[J].機(jī)械工程與自動化,2016（06）:
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[3] 張牧元.發(fā)動機(jī)配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計與研究[J].汽車零部件,2016（06）:61-63.
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文獻(xiàn)綜述
一．現(xiàn)階段相關(guān)研究及成果
在我國已有了大量的論文對盤形凸輪廓線進(jìn)行設(shè)計，現(xiàn)在的研究成果主要如下：
1.盤形凸輪廓線的計算機(jī)輔助設(shè)計研究
本篇文章作者用解析法設(shè)計凸輪廓線，他認(rèn)為關(guān)鍵問題是將凸輪廓線表示為數(shù)學(xué)形式，這一過程稱為建立數(shù)學(xué)模型。Visual Basic提供了繪圖功能，如果以足夠小的間距將凸輪輪廓上的點(diǎn)繪出，這一系列的點(diǎn)就構(gòu)成了凸輪輪廓曲線。建立凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)式，就是所需的數(shù)學(xué)模型。
輪廓曲線設(shè)計方法：
以偏置直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行其數(shù)學(xué)模型的建立，設(shè)計一偏置直動滾子從動件盤形凸輪廓線。凸輪基圓半徑Rb，滾子半徑R r，偏距值為E，從動件的運(yùn)動規(guī)律s = s（φ）。
理論輪廓方程：過凸輪的回轉(zhuǎn)中心O建立直角坐標(biāo)系XOY，設(shè)推程開始時從動件滾子中心處于B0點(diǎn)，B0點(diǎn)即為凸輪理論廓線上的起始點(diǎn)。凸輪理論廓線上任一點(diǎn) B 的坐標(biāo)表達(dá)式為x=（s0+s）sinφ+Ecosφ，y=（s0+s）cosφ－Esinφ。若E=0，上式即為對心直動滾子從動件凸輪的理論廓線方程。
實際廓線方程：滾子從動件盤形凸輪的理論廓線與實際廓線為法向等距曲線。設(shè)凸輪理論廓線上點(diǎn)B的法線為nn，它與x軸的夾角為θ。法線nn與滾子圓相交于兩個B’點(diǎn)，則凸輪實際廓線上B’點(diǎn)的坐標(biāo)為:x＇=x +（-）rcosθ，y＇= y +（-）rsinθ。式中，“－ ”號適用于理論廓線的內(nèi)等距曲線η＇；“+”號適用于外等距曲線η"。
2.織網(wǎng)機(jī)下鉤機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線優(yōu)化
本篇文章作者采用MATLAB對凸輪輪廓線進(jìn)行輔助設(shè)計。用解析法設(shè)計了凸輪的輪廓曲線方程。為滿足織網(wǎng)機(jī)織網(wǎng)成型的工藝要求，首先分析下鉤機(jī)構(gòu)的工作原理，依據(jù)機(jī)構(gòu)的工作原理，設(shè)計下鉤機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖，并具體分析鉤線段、拉線段、脫線段的運(yùn)行過程。采用解析法推導(dǎo)出凸輪輪廓曲線方程，根據(jù)從動件運(yùn)動規(guī)律選擇原則，選擇擺線修正等速運(yùn)動規(guī)律，避免等速運(yùn)動規(guī)律在開始和終點(diǎn)處速度發(fā)生突變、凸輪機(jī)構(gòu)受到剛性沖擊和柔性沖擊，使下鉤機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)動學(xué)性能。運(yùn)用MATLAB對凸輪輪廓線進(jìn)行輔助設(shè)計，得到下鉤機(jī)構(gòu)前后和上下凸輪的理論和實際輪廓曲線，為織網(wǎng)機(jī)凸輪輪廓線提供設(shè)計參考依據(jù)。
輪廓曲線設(shè)計方法：凸輪的回轉(zhuǎn)中心Ｏ點(diǎn)作為直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，a為凸輪軸心與擺桿軸心之間距離，L為擺桿長度，ro為基圓半徑。擺動滾子從動件的起始位置AOBO 反轉(zhuǎn)δ角后到達(dá)位置AB，凸輪與從動件的接觸點(diǎn)BO到達(dá)B點(diǎn)，對應(yīng)從動件的擺角為φ。設(shè)BO點(diǎn)的坐標(biāo)為(xBO，yBO)，B點(diǎn)坐標(biāo)為（x，y），Ａ點(diǎn)坐標(biāo)為（xA，yA）。AB的復(fù)合運(yùn)動可用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和平移變換來實現(xiàn)，即：
［x］＝cos(δ＋Φ) sin（δ＋Φ）（xBO-0）+［xA］
［y］=-sin(δ＋φ)cos（δ＋φ）（yBO-a）+［yA］
將xA=asinδ、yA=acosδ、xBO=- Lsinφ0 、yBO=a-Lcosφ0，φ0為推桿初始角，φ0＝arccos根號下（（a^2+L^2-r0^2）/ （2aL））代入式（1），可得到理論輪廓線上任意一點(diǎn)B的坐標(biāo)：x=asinδ-Lsin（δ＋φ＋φ0），y=acosδ-L cos（δ＋φ＋φ0）。凸輪實際輪廓線與理論輪廓線法線方向距離等于滾子半徑r，只要沿理論輪廓線任意一點(diǎn)B的法線方向取距離為r，即得實際輪廓線上的相應(yīng)點(diǎn)B′（x′ ，y′）。理論輪廓線 Ｂ 點(diǎn)處法線n-n的斜率為：tanθ=dx/dy=-（dx/dδ）/（dy/dδ）=sinθ/cosθ，其中：θ為法線n-n與x軸夾角。dx/dδ=acosδ-Lcos（δ＋φ＋φ0）（１＋ｄφ/ｄδ），dy/dδ=-asinδ+Lsin（δ＋φ＋φ0）（１＋ｄφ/ｄδ）。sinθ=（dx/dδ）/根號下（（dx/dδ）^2+（dy/dδ）^2），cosθ=（dy/dδ）/根號下（（dx/dδ）^2+（dy/dδ）^2）則凸輪實際輪廓線上對應(yīng)點(diǎn)B′的坐標(biāo)為：x′= x-（+）rcosθ，y′= y-（+）rsinθ。其中：“-”用于內(nèi)等距曲線；“+”用于外等距曲線
3. 發(fā)動機(jī)配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計與研究
本篇文章作者詳細(xì)介紹了配氣凸輪輪廓曲線的設(shè)計原理，通過反轉(zhuǎn)法原理分別推導(dǎo)出配氣凸輪的理論輪廓曲線和實際輪廓曲線的直角坐標(biāo)表達(dá)式，利用SolidWorks三維軟件的二次開發(fā)對凸輪輪廓曲線進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，最終得出配氣凸輪的三維實體模型，為發(fā)動機(jī)配氣凸輪廓線的設(shè)計提供了一種依據(jù)。
配氣凸輪輪廓曲線設(shè)計的方法有2種:第一種方法稱之為作圖法，另一種方法稱之為解析法。比較而言，采用解析法設(shè)計配氣凸輪的輪廓曲線要優(yōu)于作圖法，但無論采用何種方法進(jìn)行設(shè)計，兩種方法的設(shè)計原理都是相同的，稱之為“反轉(zhuǎn)法”。當(dāng)凸輪以角速度ω繞軸O轉(zhuǎn)動時，推桿在凸輪的高副元素(輪廓曲線)的推動下實現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動。設(shè)想給整個凸輪機(jī)構(gòu)加上一個公共角速度－ω，使其繞軸心O轉(zhuǎn)動，此時凸輪將靜止不動，而推桿一方面隨其導(dǎo)軌以角速度－ω繞軸心O轉(zhuǎn)動，一方面又在導(dǎo)軌內(nèi)做預(yù)期的往復(fù)移動。推桿在這種復(fù)合運(yùn)動中，其尖頂?shù)倪\(yùn)動軌跡即為凸輪的輪廓曲線。根據(jù)上述分析，在進(jìn)行凸輪輪廓曲線設(shè)計時，假設(shè)凸輪靜止不動，而推桿相對于凸輪作反轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時又在其軌道內(nèi)作預(yù)期運(yùn)動，做出推桿在這種復(fù)合運(yùn)動中的一系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪輪廓曲線。這種凸輪輪廓曲線設(shè)計方法即為 “反轉(zhuǎn)法”。
4．基于VB6_0和UG6_0的盤形凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)設(shè)計
本篇文章作者利用面向用戶的可視化軟件Visual Basic6.0 和 UG 6.0 進(jìn)行盤形凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)設(shè)計。輸入原始參數(shù)后，得到該參數(shù)下的凸輪廓線、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析及運(yùn)動仿真，大大縮短解析法設(shè)計凸輪廓線時數(shù)據(jù)處理時間，為高速高精度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計、制造和檢測提供了有利條件。使凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計直觀化、實時化。通過實例驗證，該軟件界面友好，方便直觀，既可用于工程實際，又可滿足教學(xué)需要。
5. 基于MATLAB的平面盤形凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計
本篇文章作者利用MATLAB語言編制了盤形凸輪機(jī)構(gòu)輪廓參數(shù)化設(shè)計的可視化程序，針對不同參數(shù)和推桿運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了推桿運(yùn)動線圖、凸輪輪廓曲線和凸輪輪廓曲線壓力角的繪制仿真實驗，并且分析了不同參數(shù)的選取對這些圖形曲線繪制的影響。
6. 盤型凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)
本篇文章作者主要是對盤型凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)開發(fā)，盤形凸輪輪廓曲線是復(fù)雜的非圓平面曲線，為高效、精確的實現(xiàn)其設(shè)計自動化，利用Auto-CAD二次開發(fā)功能，開發(fā)了界面友好、擴(kuò)展性強(qiáng)的盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，實現(xiàn)了參數(shù)的輸入、參數(shù)合理性校核、設(shè)計計算及繪圖輸出等功能。依據(jù)凸輪設(shè)計理論，研究了參數(shù)校核方法，導(dǎo)出了按照要求的曲線擬合精度確定步長值的算法。最后以偏置直動滾子推桿盤型凸輪輪廓曲線為例對系統(tǒng)進(jìn)行了測試和驗證，并給出了運(yùn)行結(jié)果。
7. 基于UG表達(dá)式的直動平底從動件盤形凸輪廓形設(shè)計
本篇文章作者根據(jù)直線包絡(luò)曲線知識，結(jié)合凸輪廓形的反轉(zhuǎn)法設(shè)計方法，導(dǎo)出直動平底從動件盤形凸輪廓形曲線的一般方程，并根據(jù)積分幾何學(xué)相關(guān)知識，給出凸輪廓形曲線保持外凸的充分必要條件。利用得出的結(jié)論，結(jié)合UG表達(dá)式的格式，編譯表達(dá)式，作出凸輪廓形曲線，為直動平底從動件盤形凸輪的CAD/CAE/CAM一體化設(shè)計建立了基礎(chǔ)模型，具有實際意義。
8. 基于VB軟件的盤形凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計與運(yùn)動分析
本篇文章作者以VB編程語言為工具，根據(jù)直動推桿的不同類型，分別對盤形凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計。此方法只需給出凸輪機(jī)構(gòu)的幾個相關(guān)參數(shù)，并選擇推程與回程的運(yùn)動規(guī)律，就可方便快捷的設(shè)計出凸輪機(jī)構(gòu)。對比于傳統(tǒng)的繪圖法，提高了效率和準(zhǔn)確度，同時對其它類型的機(jī)構(gòu)分析也具有重要的參考意義。
9. 基于VB的共軛凸輪廓線的反求
本篇文章作者針對凸輪加工僅靠測量數(shù)據(jù)易造成誤差，影響其工作性能的情況，提出一種通過測量數(shù)據(jù)反求其廓線的方法，并開發(fā)出以VB為平臺的共軛凸輪反求系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用二階連續(xù)三次樣條插值函數(shù)對主凸輪輪廓線進(jìn)行光順處理，改善廓線的曲率連續(xù)性，再利用共軛凸輪之間的機(jī)構(gòu)關(guān)系得到副凸輪的廓線值。借助 ProE的實體構(gòu)造及運(yùn)動仿真功能，進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性分析，通過分析其運(yùn)動規(guī)律曲線，確定從動件的運(yùn)動角及運(yùn)動規(guī)律，最后實現(xiàn)對共軛凸輪的重新設(shè)計。
10.盤形凸輪的解析法設(shè)計及宏程序應(yīng)用研究
本篇文章作者用解析法建立凸輪廓線方程，并編制宏程序在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工，克服了傳統(tǒng)的圖解法設(shè)計與仿形法加工的缺點(diǎn)，提高了凸輪機(jī)構(gòu)從動件的實際運(yùn)動規(guī)律與預(yù)期運(yùn)動規(guī)律的吻合性。
11.盤形凸輪輪廓曲線的參數(shù)化設(shè)計
本篇文章作者介紹運(yùn)用UG軟件建立參數(shù)表達(dá)組，進(jìn)行盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計。介紹了構(gòu)建盤形凸輪輪廓曲線參數(shù)化設(shè)計的步驟及構(gòu)建凸輪設(shè)計參數(shù)表達(dá)式主要依據(jù)。闡述了由S-Q函數(shù)建立各參數(shù)表達(dá)式組方法、各變量的含義及參數(shù)化凸輪輪廓曲線的創(chuàng)建方法和步驟。
12. 基于VBA的凸輪輪廓設(shè)計與結(jié)果輸出
本篇文章作者以Visual Basic for Application(VBA)為開發(fā)工具,研制出了用戶界面友好的直動式從動件盤形凸輪輪廓曲線的CAD系統(tǒng)，實現(xiàn)了AutoCAD與Word的“無縫”連接。該系統(tǒng)實現(xiàn)了凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計、繪圖、設(shè)計結(jié)果輸出一體化，能顯著提高設(shè)計的品質(zhì)與效率。
13.基于VB的直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計及分析
本篇文章作者采用Visual Basic為開發(fā)語言，對盤形凸輪機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。通過人機(jī)對話，可實時修改輸入?yún)?shù)及選擇從動件運(yùn)動規(guī)律，從而使凸輪機(jī)械的設(shè)計直觀化、實時化。設(shè)計者在輸入原始參數(shù)后，就能得到該參數(shù)下的凸輪輪廓線及有關(guān)參數(shù)，將大大縮短解析法設(shè)計凸輪輪廓線時數(shù)據(jù)處理時間，提高設(shè)計工作效率。
14.Cam profile optimization for a new cam drive（新凸輪驅(qū)動的凸輪輪廓優(yōu)化）
本篇文章作者研究復(fù)雜的凸輪形狀優(yōu)化問題，用于新凸輪驅(qū)動發(fā)動機(jī)的獨(dú)特凸輪機(jī)構(gòu)。首先，通過分析獨(dú)特的凸輪機(jī)構(gòu)來定義優(yōu)化問題。通過將發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩定義為目標(biāo)函數(shù)并且將接觸應(yīng)力、曲率半徑和壓力角作為約束，分析在優(yōu)化問題中的多個設(shè)計規(guī)格。第二，分析場景通過操縱凸輪輪廓表示和優(yōu)化方法的不同組合來找到最好的凸輪輪廓。在凸輪輪廓合成中采用兩種類型的曲線表示，包括一般多項式樣條和B樣條。此外，應(yīng)用經(jīng)典優(yōu)化技術(shù)和基于遺傳算法（GA）的方法來解決復(fù)雜優(yōu)化問題。最后，在初始輪廓和最佳輪廓之間進(jìn)行比較研究，以證明這些提出的設(shè)計方法在解決凸輪輪廓優(yōu)化問題的有效性。結(jié)果顯示，從B樣條表示和基于GA的方法的組合獲得最佳輪廓，與初始設(shè)計相比，所提出的優(yōu)化方法大大提高了發(fā)動機(jī)性能。
15.Optimal Design of Cams（凸輪的最佳設(shè)計）
本篇文章作者提出了一種使用約束優(yōu)化算法來設(shè)計電機(jī)發(fā)動機(jī)氣門列車的凸輪。所施加的約束是最大氣門升程和為正時，而目標(biāo)函數(shù)是對氣流打開的氣門面積最小化的時間積分。施加分段分析定義的加速度，使得控制加速度分布的時間常數(shù)被用作優(yōu)化的變量。該策略考慮了一些幾何約束，例如，避免進(jìn)氣和排氣閥之間以及閥和活塞之間的干擾。此外，限制加速度的最小和最大值以避免機(jī)構(gòu)鏈中的力過大，并且防止凸輪和隨動件之間的分離的可能性。一旦確定了最佳升程廓線，則使用由運(yùn)動鏈引入的幾何非線性的逆運(yùn)動學(xué)分析來計算凸輪形狀。最后，在動力分析中驗證整個機(jī)構(gòu)以檢查設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的滿意度。進(jìn)行與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動的比較。
16. Optimum design of local cam profile of a valve train（氣門機(jī)構(gòu)的局部凸輪輪廓的最佳設(shè)計）
本篇文章作者描述了通過參數(shù)化貝塞爾曲線模擬的氣門機(jī)構(gòu)的局部凸輪輪廓的優(yōu)化。通過使用ADAMS軟件構(gòu)建的多體系統(tǒng)動力學(xué)模型來模擬氣門機(jī)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)?？死锝鸱ㄓ糜诮⑻娲Ｐ?，其呈現(xiàn)了由多體系統(tǒng)動力學(xué)模擬產(chǎn)生的動態(tài)響應(yīng)與局部貝塞爾曲線的參數(shù)之間的關(guān)系。局部凸輪輪廓通過通用算法優(yōu)化，使得在閥打開階段的加速度峰值明顯減小。
17.機(jī)械工程師手冊
本書具體的介紹了凸輪的類型、基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動規(guī)律、壓力角、基圓半徑、凸輪廓線和刀具、中心軌跡等內(nèi)容以及涉及到的各種算法。
二.本課題采用的研究方法
綜合比較上述文獻(xiàn)，最終決定用解析法設(shè)計凸輪廓線并用Visual?Basic語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。原因如下：
幾何法簡便、直觀，但其效率低，繪出的凸輪輪廓誤差大，難以獲得凸輪輪廓曲線上各點(diǎn)的精確坐標(biāo)。所以按幾何法所得輪廓數(shù)據(jù)加工的凸輪只能應(yīng)用于低速或不重要的場合。對于高速凸輪或精確度要求較高的凸輪，必須用解析法設(shè)計凸輪廓線。所謂用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的從動件的運(yùn)動規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，建立凸輪理論輪廓曲線、實際輪廓曲線以及加工刀具中心軌跡的坐標(biāo)方程，并精確地計算出凸輪輪廓曲線或刀具運(yùn)動軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓，以適合在數(shù)控機(jī)床上加工。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。計算量大這個問題可以用計算機(jī)輔助設(shè)計來彌補(bǔ)。所以選用解析法來設(shè)計凸輪廓線。VB能完成一般用戶要求的所有功能，在客戶端不需要安裝什么環(huán)境，簡單易學(xué)，操作簡單，界面簡潔一目了然，用起來方便，并且快速高效的產(chǎn)出率更是其他編程語言無法比擬的，所以選用Visual?Basic語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。
典型的凸輪結(jié)構(gòu)是由主動凸輪、從動推桿和機(jī)架所組成的三構(gòu)件高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)是生產(chǎn)中最常用的構(gòu)件之一，它廣泛用于內(nèi)燃機(jī)、輕工機(jī)械和自動機(jī)等各種機(jī)械。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，設(shè)計較方便；幾乎能實現(xiàn)從動推桿為任何預(yù)期運(yùn)動規(guī)律的往復(fù)移動或往復(fù)擺動；但高副元素接觸處的潤滑條件較差，接觸應(yīng)力大，易磨損；且當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用于高速時，動力特性較復(fù)雜，相應(yīng)的機(jī)構(gòu)精確分析和設(shè)計也較困難。
盤形凸輪分為直動推桿和擺動推桿。
推桿運(yùn)動規(guī)律是指推桿的角位移、角速度、角加速度等隨凸輪轉(zhuǎn)角或時間變化的規(guī)律。一般當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過一整周時推桿完成一個循環(huán)運(yùn)動。在設(shè)計凸輪結(jié)構(gòu)前，一般先給定推桿的運(yùn)動規(guī)律，因為推桿運(yùn)動規(guī)律不僅關(guān)系到凸輪的廓線形狀和尺寸，同時還影響凸輪機(jī)構(gòu)的動力特性和使用。
盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計：
反轉(zhuǎn)法概念：以直動凸輪為例，在設(shè)計的時候，通常假定凸輪固定、推桿繞凸輪旋轉(zhuǎn)，并考察他們的相對運(yùn)動。而推桿相對于凸輪旋轉(zhuǎn)的方向（假定的方向），與凸輪相對于機(jī)架的實際旋轉(zhuǎn)方向是相反的。故名“反轉(zhuǎn)法”。
反轉(zhuǎn)法的原理：假想給整個凸輪機(jī)構(gòu)加一公共角速度-ω，不影響各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動。此時，則凸輪相對靜止不動，推桿一方面隨導(dǎo)軌以-ω繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動，另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)移動，推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動中的運(yùn)動軌跡即為凸輪輪廓曲線。
圖解法是根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理作出從動件推桿尖頂在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中依次占據(jù)的各位置，然后作出其高副元素所形成的曲線族，并作從動件高副元素所形成的曲線族的包絡(luò)線，即是所求的凸輪輪廓曲線。?
當(dāng)給整個機(jī)構(gòu)加一個共同的運(yùn)動時，各構(gòu)件的絕對運(yùn)動發(fā)生了變化，但各構(gòu)件的相對運(yùn)動卻并不改變，各構(gòu)件的相對尺寸亦不改變。因而，對轉(zhuǎn)化后的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的結(jié)果與對原機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的結(jié)果是相同的。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的方法就是機(jī)構(gòu)倒置或反轉(zhuǎn)法。反轉(zhuǎn)法的本質(zhì)就是改變參考系，是許多機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計及機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析的一種基本方法。其中,在凸輪機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用最典型。凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計原理對于凸輪機(jī)構(gòu)，如果根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定了凸輪機(jī)構(gòu)的形式、基本尺寸，推桿的運(yùn)動規(guī)律和凸輪的轉(zhuǎn)向，凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計就是凸輪輪廓曲線的設(shè)計了。凸輪輪廓曲線無論是采用解析法還是采用作圖法設(shè)計都采用“反轉(zhuǎn)法”原理。給整個凸輪機(jī)構(gòu)加一個與凸輪角速度等值反向的公共角速度-ω，使其繞軸心O轉(zhuǎn)動，根據(jù)相對運(yùn)動原理，這時凸輪與推桿的相對運(yùn)動不變，內(nèi)作預(yù)期的運(yùn)動，推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動中的軌跡就是所要求凸輪的廓線。反轉(zhuǎn)法原理的2種應(yīng)用：?
1. 偏置滾子直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓曲線
在求出壓力角及基圓半徑的基礎(chǔ)上根據(jù)公式求出理論廓線及實際廓線。
（1） 對于對心推桿可在式中令e=0。
（2） 實際廓線中滾子半徑rg前上下兩組符號分別對應(yīng)于外凸輪和內(nèi)凸輪兩種情況。
（3） s（Φ）為推桿運(yùn)動規(guī)律。
滾子中心（理論廓線）方程
x=[s0+s（Φ）]sinΦ+ecosΦ
y=[s0+s（Φ）]cosΦ-esinΦ
s0=根號下（r02-e2）
實際（工作）輪廓線方程
xc=x±rgy/根號下（x2+y2）
yc=x-（+）rgx/根號下（x2+y2）
x=[s0+s（Φ）]cosΨ+（ds/dΦ-e）sinΦ
y=-[s0+s（Φ）] sinΨ+（ds/dΦ-e）cosΦ
2.平底直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓曲線?
在求出壓力角及基圓半徑的基礎(chǔ)上根據(jù)公式求出理論廓線及實際廓線。
（1） 平底底面長為L，L=2|（ds/dΦ）|max+（2~5）mm
（2） s（Φ）為推桿運(yùn)動規(guī)律
推桿平底中點(diǎn)B的運(yùn)動軌跡方程
x=[r0+s（Φ）]sinΦ
y=[r0+s（Φ）]cosΦ
工作廓線方程
xc=[r0+s（Φ）]sinΨ+（ds/dΦ）cosΦ
yc=[r0+s（Φ）]conΨ+（ds/dΦ）sinΦ
審 核 意 見
指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評閱）
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教研室主任意見
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學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見
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公章：
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