高速凸轮轮廓参数化设计系统的研究与开发

作     者：祁奕 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王书亭

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：高速凸轮 轮廓设计 高阶插值 性能分析 系统开发 

摘      要：凸轮设计系统可以代替凸轮机构设计人员完成繁琐重复性的设计工作,是凸轮机构设计的有力工具,然而市场上还未有适用于高速凸轮轮廓设计的设计系统。参数化设计思想只要求设计人员输入关键参数,设计计算过程交给软件程序自动进行,这种设计模式大大减轻设计人员的工作量,缩短产品设计周期。本文在全面分析国内外凸轮轮廓设计相关研究的基础上,以开发一款高低速凸轮通用的凸轮轮廓参数化设计系统为目标,对高速凸轮轮廓设计方法展开研究。全文主要从以下几个方面展开了研究:首先,对高速凸轮曲线设计方法展开研究。选用依据形状函数构造的九区间高低速通用凸轮曲线模型进行凸轮曲线的预设计工作;以构造高阶连续性及高保真度的凸轮曲线为目标,引入了基于高阶微分插值的凸轮曲线重构设计方法,通过量化分析得出七次样条为本文高速凸轮轮廓高阶微分插值重构解决方案的最优高阶插值方法。接着,为实现高速凸轮工作性能的优化,对高阶微分插值方法引入形状因子以构建可调节高速凸轮轮廓插值函数。以纸板折叠机活塞式油泵中的直动滚子平面凸轮机构为研究对象,利用高阶微分插值方法重构优化其运动规律曲线,结果表明,优化后的廓线运动性能变化甚微,但系统的动态性能及磨损接触性能都得到了改善。最后,以Qt Creator 4.2.0为开发平台开发了高速凸轮轮廓参数化设计系统。该系统在传统中低速凸轮设计方法的基础上引入基于高阶微分插值的高阶凸轮曲线参数化设计方法,并添加了动力学参数化分析模块和接触分析参数化模块以分析系统的工作性能,其交互式界面简洁易操作,设计方法灵活高效,设计结果以结构简图的形式直观表达,极大的提高了凸轮轮廓的设计效率。