论文总字数：39706字

摘 要

本文首先对机构学的概况，现状和发展趋势进行了介绍，并介绍了MATLAB软件，包括其基本功能和优化工具箱。接着，文章对常规的直动滚子凸轮，摆动凸轮和平底凸轮的设计方法的相关知识进行了简要介绍，主要包括图解法和解析法两种方式。紧接着，介绍了凸轮的优化方案，包括对滚子半径进行优化，依靠许用压力角对基圆半径进行优化和按照凸轮全部外凸条件对基圆优化。然后，引出了利用MATLAB软件结合所学知识编写程序代码并制作GUI界面，使用户能够使用程序对凸轮进行轮廓仿真，更近一步则进行优化处理。最后利用PROE软件对包含凸轮机构的部件进行三维建模和动态仿真。另外，还要对经济成本进行估算，对更优方案进行思考，总结。

关键词：凸轮仿真 凸轮优化 凸轮建模

Cam Optimization and Simulation Design

Abstract

This paper firstly introduces the general situation, current situation and development trend of the mechanism, and introduces the MATLAB software, including its basic functions and optimization toolbox.Then, the paper briefly introduces the design method of the normal roller CAM, the swing CAM and the flat bottom CAM, including the graphic method and the analytical method.Then, the optimization scheme of CAM is introduced, including the optimization of roller radius, the optimization of base circle radius based on allowable pressure Angle and the optimization of base circle based on all external convex conditions of CAM.Then, the use of MATLAB software combined with the knowledge of programming code and production of GUI interface, users can use the program to carry out contour simulation of the CAM, further step is to optimize the processing.Finally, PROE software is used to carry out 3d modeling and dynamic simulation of the parts containing CAM mechanism.In addition, it is necessary to estimate the economic cost, think about and summarize the better scheme.

Key words: CAM simulation CAM optimization CAM modeling

目 录

摘要 1

ABSTRACT 2

第一章 绪论 1

1.1机构学的现状与发展 1

1.1.1机构学的概况 1

1.1.2机构学的现状 1

1.1.3机构学的趋势 2

1.2MATLAB介绍 2

1.2.1MATLAB基本功能 2

1.2.2MATLAB优化工具箱 3

1.3本课题介绍 5

1.4本文内容安排 5

第二章 凸轮的设计方法 6

2.1凸轮机构简介 6

2.1.1凸轮机构及其原理 6

2.1.2凸轮机构的分类 6

2.2凸轮机构图解设计法 7

2.2.1.直动从动件盘型凸轮机构 7

2.2.2摆动从动件盘型凸轮机构 10

2.3凸轮机构解析设计法 11

2.3.1滚子从动件盘型凸轮机构 11

2.3.2平底从动件盘型凸轮机构实际轮廓曲线方程 15

2.4优化设计法 16

2.4.1按许用压力角确定凸轮半径 16

2.4.2按凸轮曲线全部外凸的条件确定凸轮的基圆半径 16

2.4.3滚子半径选择 17

第三章 凸轮机构轮廓仿真 18

3.1偏置直动滚子推杆盘形凸轮轮廓仿真 18

3.2对心平底盘形凸轮轮廓仿真 20

3.3摆动尖底盘形凸轮轮廓仿真 23

第四章 凸轮机构优化设计 25

4.1按给定许用压力角对偏置直动滚子凸轮基圆半径并对滚子半径进行优化 26

4.2按轮廓曲线全部外凸的条件优化平底从动件盘型凸轮 29

第五章 利用PROE建立包含凸轮机构的部件的三维模型 31

5.1凸轮的建模 32

5.2摇臂的建模与组装 33

5.3气门的建模与组装 38

5.4总装与运动仿真 41

第六章 总结与展望 45

6.1个人总结 45

6.2经济成本计算 45

6.3对优化的进一步思考 45

参考文献 46

致谢 48

附录一 49

附录二 53

附录三 56

附录四 58

附录五 60

附录六 63

第一章 绪论

1.1机构学的现状与发展

1.1.1机构学的概况

机构学是进行机械设计，以及机械设计相关的理论学科的重要分支，它又被称为机器和机构科学。机构学作为机械工程的重要基础学科，是进行理论设计，实际制造，生产运行，维修防护所必不可少的学科。

机构学的主要理论基础是力学和运动几何学，主要分析手段是数学分析，它是对各种不同机构进行运动分析，动力分析并将两者综合的学科。为了能够设计出更加经济且高效的机械设备，使人们日常生活的需求能够得到满足，使社会生产力得到充分解放和发展，我们离不开正确有效的理论基础和实践设计方法。机构学，就是那把能够提供这些充分理论与方法的钥匙，通过机构学，我们就可以创造全新的机械设备并进行各种工业发明。不仅是机械工业体系内部的各种产品所体现的工作性能，其他各行各业的生产设备，它们的所需求的工业化，自动化进步，都离不开机构学发展所带来的推动。

工业革命以后，人类自身所能到达的物理极限已经被各种机械设备突破，而20世纪中后叶信息革命后，特别是再进一步进入21世纪，计算机又极大的提升了人在思维领域的局限，这使得过去人脑人力所难以承担的超大量的运算成为了完全可以实现的操作。现代机械的学科与产业，它已经作为机械与电子的有机结合体，成为了一种跨学科，跨专业的现代产物，成为一个在机电一体化技术中，在机械领域得到充分发展的具有实质体现的应用。现代机械主要有五个子系统，机构系统，在这五个系统中至关重要，它是一切现代机械设备的执行装置，是机械的实质体现。机构学同时也是机械原理学科的重要分支之一，它将各类机械中各类机构的结构与运动等问题作为它研究领域的重中之重。机构学是一门研究各种机械中有关于机构的结构，运动和受力等其他共性相关问题的学科。

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