平面凸轮机构的优化设计——计算机辅助设计

机构的优化设计近年来得到了迅速的发展。凸轮机构由于广泛被应用于各种自动机械及轻工机械中,也提出了优化设计及计算机辅助设计的问题。 国内外的凸轮机构优化设计的目标函数大致有:直动从动件的最佳偏置量;从动件与凸轮间的最大接触应力最小;传动中的最大压力角最小以及体积最小等等。 本文从考虑凸轮机构的传动效率最佳为目标函数,将四种平面凸轮机构的优化设计统一起来,采用较新的GRG优化方法(即广义简约梯度法),可以得到凸轮机构传动效率最佳的一组基本参数:基园半径、滚子半径、从动件偏距、从动件导路长度,恳臂长度及摆动从动件的中心距、摆杆长度等。 将凸轮机构优化设计的目标函数定为升程的传动效率最佳,可以兼顾到压力角、接触应力、摩擦影响等各方面因素,比单纯考虑几何压力角,最大接触应力等模型更为合理,更为全面,更符合生产实际。 文中还将凸轮机构优化而得的结果,通过一套几何尺寸计算机程序,可以计算出四种基本类型,七种运动规律的凸轮机构的全部几何尺寸数值。     

对心直动从动件六圆弧盘形凸轮机构的运动学研究

建立了对心直动从动件六圆弧盘形凸轮机构从动件运动规律及压力角的表达式，分析了有关几何参数对运动特性的影响，可用于尖底及滚子接触对心直动从动件六圆弧盘形凸轮机构的优化设计。     

基于改进GA的四杆机构优化分析

选取四杆机构的最小跟踪误差和传动角与直角的偏差最小为其优化目标,建立四杆机构优化模型,并利用遗传算法对四杆机构进行优化分析。对传统遗传算法的交叉概率与变异概率进行了改进,以克服其容易陷入局部最优的缺点。通过实验分析表明,不同的权系数对优化目标具有不同的影响,所提出的改进算法比传统的遗传算法具有较高的跟踪精度和较好的运动性能,更适用于四杆机构的优化。     

智能衣物折叠收纳机

为了解决人们晾晒衣物后折叠衣物繁琐、收纳耗时长、工具自动化程度低、效率低下的问题,课题组设计了一款用全自动电器代替家务劳动的智能家居机器人。该装置主要由衣物运送机构、衣架取出机构、衣物折叠机构和衣物收纳机构4部分构成。其中捻轮卡固衣架让衣架可以轻松从晾衣杆上脱离,可收缩衣架使取出衣架这一过程完全自动化,衣物厚度补偿设计则可完美折叠各种厚薄不同的衣物。该装置的功能是将多件晾干的衣物通过一系列动作完成折叠与收纳,具有自动化程度高、折叠收纳迅速、准确率高、效率高、耗电低、清洁环保和价格低廉等特点,尽量将人们从家务劳动中解脱出来。     

基于ADAMS/Insight的六连杆冲压机构的仿真优化设计

为满足机构低耗能、传动效率高、运动平稳等多重要求,针对六连杆冲压机构进行优化设计。通过对六连杆冲压机构工作原理和工作情况的分析, 确定设计变量, 建立目标函数和约束条件,提出了以驱动曲柄耗功、工作段压力角最大值及加速度绝对值的最大值最小为目标函数,在ADAMS/Insight中应用统一目标线性加权和法,对机构进行了多目标优化设计。仿真结果表明,冲压机构的驱动曲柄耗功经过优化后减小了60.17%,压力角减小了70.25%,加速度绝对值的最大值减小了61.07%;优化效果明显。     

小剂量灌装机理瓶机构优化设计

针对目前小剂量灌装机的人工上料存在效率低下、安全卫生不达标等问题，课题组提出一种基于四杆机构的理瓶机构方案。运用解析法对理料机构进行了结构分析，针对四杆机构特性创建平面简图，采用解析法针对其运行过程中的运动学理论进行分析计算；采用ADAMS软件对目标机构进行建模与仿真分析，并以四杆机构曲柄、连杆、摇杆长度为设计变量，以压力角最小为目标，各杆件之间相互关系为约束条件，进行优化设计得到最优解，使压力角减少了19.6%。优化设计有效解决了原灌装机全自动理料效率低的问题，并通过ADAMS软件对目标机构的优化设计进一步提升了传动效率。     

基于Unity3D的凸轮机构虚拟设计与仿真研究

凸轮机构实验包括凸轮机构设计和凸轮机构运动仿真。借助计算机、多媒体、虚拟现实等技术，构建凸轮机构虚拟实验台，提供凸轮设计与凸轮机构运动仿真功能。通过比较虚拟实验台的相关技术和方法，以Unity3D为平台研究凸轮机构虚拟实验设计与仿真中的关键技术，包括运动曲线的设计、表达式识别、平面凸轮实体生成、界面布局和机构组装。     

基于PLC控制的多方位自动刷鞋机

为了实现多方位刷鞋的功能,设计一款刷鞋机,主要对其刷鞋部分的机构进行了创新型设计。利用皮带轮机构 和凸轮机构传动带动毛刷运动,多方位清洗鞋子的内部和外表面,达到刷洗鞋子的目的。整个洗刷过程采用三菱PLC 自动控制。该设计结构巧妙,成本低,体积小,工作稳定,性能可靠,效果良好。     

基于伺服运动控制的无压损送纸控制方法研究

针对目前纸箱印刷机送纸机构普遍采用拉纸辊结构，存在破坏纸板强度的缺点，笔者提出了基于取消拉纸辊的无压损送纸机构的控制方法。分析了无压损送纸机构的特点，设计了双机械凸轮结构；根据机械凸轮的结构参数及送纸轮与格栅板凸轮的运动规律计算出各运动轴运动曲线的坐标参数；采用伺服运动器拟合设计出各运动轴最优的电子凸轮运行曲线；设计了该机构基于伺服控制与PLC技术的控制系统，包含上位机控制系统以及现场控制系统。应用结果表明:该控制方法在取消拉纸辊对纸板的拉力情况下，仍能保证甚至提升送纸精度；避免因纸板受挤压而强度降低，最大限度提供纸板传送动力。该方法为解决纸板损伤问题提供了实例。     

无缝内衣机斜齿轮与下主同步带传动机构振动特性

为了探究无缝内衣机中传动机构的选择与位置的安放对整机运转的影响，课题组结合无缝内衣机的编织工艺，深入分析整机传动机理，对传动机构中典型部件——斜齿轮传动机构和下主同步带传动机构建立了振动力学模型；利用振动加速度传感器采集2种传动机构在x向,y向和z向上的振动频率信号，进行理论分析和实验验证；最后再对典型传动机构的振动特性进行分析与对比。结论表明：理论与实验2种方式的结论一致，斜齿轮传动机构中螺旋角使其适合与传递载荷量较大的针筒齿轮进行啮合传动；而同步带传动机构3向振动平稳，适合远距离传输。研究成果为从振动层面分析传动机构的选择安装提供了参考和实验依据。     

基于容积可变新型纸容器侧封装置凸轮机构设计

针对一种新型侧壁折叠窝进式容积可变包装容器的结构,根据设计的侧封装置,设计凸轮机构运动,分析凸轮轮廓线。根据新型可变容积包装容器的特殊结构特征,结合侧封装置方案,以抱合成型为主要实现方式,分析从动件运动轨迹,绘制凸轮轮廓线,得出所需凸轮机构。获得的凸轮机构较为精简,运动合理,可用于实现预先设计的侧封操作,推进实际生产。     

真空包装整形装置对合机构的优化设计

针对一种用于分体式整形装置的对合机构,课题组为了减小其运动过程中由于惯性力产生的机械振动,将装置运动简化为曲柄滑块运动。根据对合机构运动的初始和结束状态,利用几何关系建立约束方程使得2滑块运动状态基本一致,再利用解析法对平面机构进行运动学分析,在SolidWorks运动算例中得到滑块的运动特性,并选取2个角度参数验证了数值计算与实际运动相吻合;利用MATLAB优化工具,以曲柄杆长为设计变量,曲柄摆动角度以及压力角大小为约束条件,滑块加速度峰值最小为设计目标,进行优化。结果表明：当曲柄长为100.46 mm时,滑块加速度最大可降低45.33%。     

平面曲柄摇杆机构的优化设计

本文采用几何解析优化法设计平面曲柄摇杆机构.当给定摇杆摆角(?).和行程速度变化系数K,设计最小传动角有最大值的机构时,把多维优化设计问题转化为一维优化设计.并列出了满足工程设计要求的优化性能曲线.     

按许用传动角综合偏置型曲柄摇杆机构

本文针对正偏置和反偏置两种偏置型曲西风摇杆机构，分别分析了在摇杆快，慢地程中最小传动角的发生位置及其计算公式，并在设定曲柄为单位长度和机架相对长度ｄ为一定值情况下，讨论了连杆和摇杆相对长度的取值可行域和机构在快，慢行程中的最小传动角等值曲线，以这些分析的结论为依据，提出了一种用于按快，慢行程不同许用传动角来综合偏置型曲柄摇杆机构的设计方法。     

凸轮轮廓的计算机辅助设计

该软件系统不仅可以对平面凸轮机构进行准确的运动分析、精确的凸轮设计，还可以对所设计的凸轮机构进行形象的运动模拟显示。     

模切机传纸机构驱动凸轮参数化设计

运用MATLAB强大的可视化编程功能,针对模切机传纸机构中的关键零件—凸轮进行了参数化设计计算,得到了驱动递纸牙按照规定的轨迹运动的2个凸轮轮廓轨迹曲线,并检验了凸轮压力角,以验证传纸机构的合理性。当需要进行机构的某方面调整时,可以利用修改凸轮个别参数从而非常方便的进行更新,大大提高了机构设计的调整适应性,提高了快速设计产品的进程。     

基于ANSYS的印刷机递纸凸轮机构运动规律优化分析

凸轮是印刷机中的核心部件。为了改善其承载性能,采用了动力学性能较优的机构,并重新设计了凸轮的运动规律。将重新设计的运动规律与原有的运动规律作比较,得到了凸轮机构运动规律的设计与选择原则。此外,运用有限元分析软件从应力角度分析２种凸轮受力程度的不同,取得的研究结果可作为印刷机凸轮机构的选择依据。     

旋转式吹瓶机开合模凸轮槽优化研究

针对旋转式吹瓶机凸轮机构运动平稳性差,不同尺寸高密度聚乙烯瓶合模位置存在差异,及运动过程中移动位置难以准确确定的问题,课题组建立了不同凸轮曲线的运动模型,分析了不同凸轮曲线的运动学、动力学特点,优化了现有圆柱凸轮的凸轮曲线。在摆线运动规律理论基础上以合模始末位置位移、速度和加速度及运动过程两处位移为约束条件建立了七次多项式运动规律曲线,并通过ADAMS建立吹瓶机凸轮机构模型,模拟其实际开合模的情况。仿真结果表明：优化后实现了对两处模具调节位置位移的控制,同时合模点加速度减小至17.15 mm/s,冲击点由曲线连接点转移至运动过程中,合模点处冲击明显下降。研究使旋转头开合模振动降低,满足了优化的要求,实际使用中能通过调节可适应不同尺寸瓶子的生产。     

可调足式机器人腿部机构设计

为实现腿部机构足端轨迹多样化以增强足式机器人地面适应性，同时提高其运动稳定性，课题组基于曲柄摇杆和曲柄滑块机构设计了一种可调整足式机器人腿部机构。采用解析法对该机构进行了运动学分析，建立了以理想的足端轨迹为设计要求的单目标优化模型，考虑了腿部机构运动过程中的平稳性，引入了速度波动指标，以轨迹 速度为设计目标，采用NSGA Ⅱ多目标优化方法对机构进行优化，对优化结果进行了对比分析；基于多目标优化结果建立了腿部机构的足端轨迹库，并进行腿部机构多步态分析；以该腿部机构构建4足机器人三维模型，运用ADAMS对整机进行运动仿真。研究结果表明：多目标优化比单目标优化的轨迹误差增大了0.16%，而速度波动降低了5.84%；多目标优化与已有相关研究相比，速度波动幅值降低了25.44 mm/s。4足机器人三维模型仿真结果验证了可调整腿部机构的设计具有可行性。     

基于UG的通用凸轮曲线二次开发技术

凸轮曲线是凸轮驱动从动件的运动曲线,它影响到凸轮机构的效率、精度以及寿命,故在凸轮设计中十分重要。为快速有效地进行凸轮机构设计,[HTH]总结推导了通用凸轮曲线公式,综合应用Visual C++6.0、UG/OPEN MenuScript、UG/OPEN UIStyler和UG/OPEN API等开发工具,开发了基于UG软件的通用凸轮设计模块,提高了凸轮机构设计效率。