機械設計外文翻譯-凸輪速度對凸輪系統影響的實驗研究【中文4500字】【PDF+中文WORD】,中文4500字,PDF+中文WORD,機械設計,外文,翻譯,凸輪,速度,系統,影響,實驗,研究,中文,4500,PDF,WORD
【中文4500字】
凸輪速度對凸輪系統影響的實驗研究
H. S. YAN 和 M. C. TSAI
中國臺灣臺南70101號國立成功大學機械工程系
M. H. HSU
中國臺灣臺南71016號永康昆山商業與技術學院
（收稿：1994年9月9日；發表： 1995年10月26日）
摘要：傳統上，在一個凸輪系統，一旦確定凸輪位移曲線的設計,從動件是以恒定的速度和運動特性運動的。從運動學角度看，通過改變輸入速度是一個改善從動件運動特征的可行方法。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動特性的峰值。此外，通過約束和系統設計程序產生一個適當的凸輪角速度軌跡的方法正在開發。設計實例說明了這個程序能為變速凸輪系統的速度得到適當的速度軌跡。此外，一個帶有伺服控制器的實驗裝置正在開發用來研究這種方法的可行性。實驗數據表明，結果是非常接近那些理論。
術語
a--從動件的加速度
A, At--從動件的標準加速度
c, d, e, n, Ta, Tb, x, y--常參數
h--從動件的最大位移
j--從動件的急動值
J, Jc--從動件的標準急動值
s--從動件的位移
S--從動件的標準位移
t--凸輪轉動過θ的時間
T, Tpa, Tpj, pv--標準時間
v--從動件的速度
V, Vc--從動件的標準速度
β--凸輪上升h高度是轉過的角度
β1β2β3β4--凸輪轉過的角度
γ--標準凸輪轉過的角度
θ--凸輪轉過的角度
τ--凸輪上升h高度用的時間
τ1τ2τ3τ4--凸輪旋轉的
ω--凸輪角速度
ωave--一個完整循環中凸輪的平均角速度
ωs1ωs2ωs3ωs4--在從動件一個運動周期中凸輪平均角速度
ω’--ω的一階導
ω’’--ω的二階導
Ω--標準凸輪角速度
Ω’--Ω的一階導
Ω’’--Ω的二階導
引言
在一個凸輪系統中，慣性力所產生的負載是容易變形和產生振動的。而且急動所產生的負載也可能造成振動，這些都會影響凸輪的工作。因此，設計的運動曲線來盡量減少動態加載
對高速凸輪機構很重要。眾所周知，速度和加速度曲線需要是連續的且有較小的峰值。此外，急動曲線應該是有限性的。
在設計一個凸輪機構是凸輪速度往往被假定是不變的。然而，從動件的運動特性是隨凸輪速度變化而變化的。想要達到理想的運動狀態是一個合成有較好動態特性的新曲線的應用。在本文中，我們提出一個通過改變轉速的方法。在凸輪系統設計中用變速的觀念很少在文獻中有研究。羅特巴特[ 1 ]設計了一個變速凸輪機構，在其中凸輪的輸入是輸出一個急回機構。
特薩和馬太福音[ 2 ]通過考慮變速凸輪的案例導出了從動件的運動方程。選擇消除從動件不連續運動特性的適當角度是Yan等人設計的[ 3 ]。從運動學角度講，這項工作的任務是找到減少從動件運動峰值的凸輪速度。此外，通過約束和系統設計程序產生一個適當的凸輪角速度軌跡的方法正在開發。設計實例說明，對于一個給定的從動系統程序設計適合的角速度。
一個實驗凸輪系統是建立在其中一個伺服電機控制生成所需的速度軌跡來進行性能評估上的。
運動方程
對于一個凸輪系統，從動件的位移s（t）是凸輪旋轉角度θ（t）的應變量。在算術上，他們可以這樣表達：
旋轉角度θ（t）在t時間時，從動件的速度v（t）是：
f’（θ）=df（θ）/dθ，而且加速度ω（t）=dθ/dt。而且對應的從動件加速度a（t）和jerk，j（t）是：
方程1~4呈現了凸輪輸入角速度ω（t）和從動件運動參數s（t），v(t) ，a（t）的關系。很明顯，如果ω（t）是連續的，它們就很簡單。令h是凸輪在時間t內轉過β角時從動件的位移。讓T=t/τ，γ=θ/β，S=s/h。我們有。那么方程1~4可以寫成如下的標準形式：
s(t)
是標準的凸輪角速度，V（T），A（T），和J（T）分別是標準的速度，加速度和從動件的急動值方程1~8關系可以表示成：
當凸輪以連續速度工作時，Ω（T）=1，從動件的標準的速度Vc（T），加速度Ac（T），和jerk，Jc（T）可以寫成：
則γ（T）=T。
Ω（T）的設計準則
對于一個給定的凸輪從動件系統，如果我們正確的控制輸入速度軌跡，由恒定速度導致的標準速度，加速度，急動值的峰值可能減小。例如，為了減小標準速度的峰值，Ω（T）能能夠改變，那么，則Vc在標準時間Tpv時有峰值Vc。那么，從方程6，13我們知道Ω（T）必須滿足下面條件：
為了減小標準加速度的峰值，是，當在標準時間Tpa時Ac取峰值。在方程7和14的基礎上，Ω（T）應該這樣選：
請注意必須為非零。相似的，如果要求，則Jc在標準時間Tpj時有峰值。那么從方程（8）和（15）知，Ω（T）需要滿足：
當
為了避免從動件的過度振動，Ω（T）的諧波應該越小越好。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），要求是連續的，且急動值曲線，方程（9），也需要有限的，那么Ω（T）必須至少是二階可微。
考慮到Ω（T）的連續性，Ω（T）的斜率在T為0和1是，可能為了0，即Ω（0）=0，
Ω（1）=0。
而且，由于標準凸輪旋轉角度的邊界限制，γ（0）=0和γ（1）=1，Ω（T）整合必須滿足下列條件：
C是連續的。
在一個變速凸輪從動件系統中，凸輪在時間周期τ中以角速度ω（t）運轉，轉過角度為
β（t），我們得到：
由于，那么方程（20）實際等同于：
這里，我們只考慮Ω（T）≥0的情況，凸輪速度方向不改變。因此選擇Ω（T）來減小從動件峰值的標準是：
(a) (I)為了減小標準速度的峰值：
(II)為了減小標準加速度的峰值：
(III)為了減小標準急動值的峰值：
(b) Ω（T）至少二階可微
(c) Ω（0）=Ω（1）=0
(d)根據邊界條件γ（0）=0和γ（1）=1，連續的c滿足：
(e)Ω（T）有盡可能低的諧波
(f)
(g)Ω（T）≥0
讓方程（5）—方程（8），在從動件的上升期，代表標準運動特性。那么，下降期的運動特性為：
很容易可以發現，標準速度，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Ω（T）在兩個階段是相同的。
角速度Ω（T）
考慮到一個有凸輪提供擺線運動的凸輪從動件系統，并且凸輪輸入Ω（T）是多項式。要在上升（或下降）時間，用標準（a）和標準（g）來減小運動曲線的峰值，我們選擇如下多項式Ω（T），Fig. 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.擺線運動
表1擺線運動
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
當
當
恒定參數d，e，x，y，Ta和Tb是要確定的。參數d呈現了函數Ω（T）的波動，根據準則（g）
-1
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