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摘 要

机构学在现代先进的机械工业产品的研发与创新中饰演者重要的角色。深入的研究机构学有利于提高工业生产的效率，促进新型机械产品的研发，从而推动制造的进步。随着自动化生产的不断普及以及机器人技术在各个领域的应用，机构学需要被深入研究得以在愈来愈先进的工业产品中发挥作用。

随着高新技术的快速发展，计算机软件技术在设计研发中已经是必不可少的工具。MATLAB是一款强大的科学性软件，本文基于MATLAB软件的功能，运用理论知识对凸轮机构进行轮廓仿真设计，从而进一步得到优化设计结果并对凸轮的运动特性进行仿真。最后结合软件中的GUIDE功能与设计结果开发出具有良好人机交互功能的凸轮机构优化设计程序。

本文将MATLAB软件与凸轮机构的设计原理相结合，详述了优化设计程序的开发过程。

关键词：机构学 凸轮机构 MATLAB 优化设计

The Optimization and Simulation Design of Common Mechamism(Part)——Cam Mechamism

ABSTRSCT

Kinematic of machinery plays an important role in research and innovation of machinery industry in the contemporary society. The further research in kinematic of machinery is beneficial to enhance the efficiency of industrial production and promote the research and development of new mechanical products, which is the driving force for fabrication. Nowadays, automatic production has been popularized and the technology of robot has been applied to wide fields. Therefore, kinematic of machinery needs to be explored in depth so that it could be applied in the increasing advanced industrial products.

With the rapid development of high-tech products, computer software technology has been an essential tool in the research design. MATLAB is a powerful scientific software. This essay is based on the functions of MATLAB and uses theoretical knowledge to make outline of technology. Thus, it could get further progress and draw optimized design result, and then make a stimulation about the characteristics of cam. Finally, this essay will make a combination with the GUIDE function and designing outcomes, and to develop an optimized cam program with good human-computer interaction function.

This essay will make a combination between MATLAB software and the designing principle of cam. What is more, it will give a detailed explanation about the process of optimized designing development.

Keywords: Kinematic of machinery; Cam mechanism; MATLAB; Optimized design

目录

摘要 I

ABSTRSCT II

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机构学的发展与现状 1

1.1.3机构学的前景 2

1.2MATLAB介绍 3

1.2.1MATLAB基本功能 3

1.2.2MATLAB优化工具箱 3

1.3本课题介绍 4

1.4本文内容安排 4

第二章 凸轮的设计方法 5

2.1凸轮机构简的介及分类 5

2.1.1凸轮机构简介 5

2.1.2凸轮机构的分类 5

2.2图解设计法 7

2.3解析设计法 8

2.4基于MATLAB的优化设计 9

第三章 凸轮机构轮廓的常规设计 11

3.1偏置直动滚子盘形凸轮轮廓设计 12

3.1.1建立数学模型 12

3.1.2M文件及运行结果 12

3.2对心平底盘形凸轮轮廓设计 15

3.2.1建立数学模型 15

3.2.2M文件及运行结果 15

3.3摆动尖底盘形凸轮轮廓设计 17

3.3.1建立数学模型 17

3.3.2M文件及运行结果 18

第四章 凸轮机构优化设计 21

4.1压力角与基圆半径的优化 21

4.2滚子半径的优化 24

4.3平底从动件凸轮轮廓的优化 26

第五章 从动件的运动仿真 30

5.1位移曲线仿真 30

5.2速度曲线仿真 32

5.3加速度曲线仿真 34

第六章 配气机构的三维建模与仿真 37

6.1配气机构的主要零部件的建模 37

6.2配气机构的装配与动态仿真 39

第七章 总结与展望 43

7.1毕业设计经济性分析 43

7.2毕业设计总结 43

7.3毕业设计展望 43

参考文献 45

致谢 47

附录一 偏置直动滚子盘形凸轮机构常规设计M文件 48

附录二 对心平底盘形凸轮机构常规设计M文件 57

附录三 摆动尖底盘形凸轮机构常规设计M文件 63

附录四 偏置直动滚子盘形凸轮机构优化设计M文件 69

附录五 对心平底盘形凸轮机构优化设计M文件 78

第一章 绪论

1.1机构学的现状与发展

机构学作为机械设计所主要依据的一门基础理论学科，它源自机械工业生产中的经验总结。深入的研究机构学有利于提高工业生产的效率，促进新型机械产品的研发，从而推动制造的进步。随着自动化生产的不断普及以及机器人技术在各个领域的应用，机构学需要被深入研究得以在愈来愈先进的工业产品中发挥作用。

1.1.1机构学的概况

机构是指“把刚体的机械运动转变为其他刚体的指定的机械运动的系统，系统内各个单元（构件）通过相互间的活动连接作确定的相对运动”。而机构学是研究机构所共有的运动和动力特性以及相应的设计方法[1]。

机构学产生于十八世纪后期，它是机械与力学组合而成的一门学科。运动学与动力学是机构学的重要基础，它们与数学分析相结合研究不同机构的运动规律并分析其动力行为。机构学为机械的发明、设计以及改进提供相应的理论与方法。为适应现代机械的设计需求，机构学正从过去的以刚性系统为主要研究目标不断向研究弹性体、绕性体的方向发展。

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