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研究生:鄭文騰
研究生(外文):Wen-Teng Cheng
論文名稱:凸輪從動件系統的運動合成與分析
論文名稱(外文):Kinematic Synthesis and Analysis of Cam-Follower Systems
指導教授:顏鴻森顏鴻森引用關係
指導教授(外文):Hong-Sen Yan
學位類別:博士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1996
畢業學年度:84
語文別:中文
中文關鍵詞:凸輪螺旋軸運動合成運動分析凸輪輪廓曲率軸面
外文關鍵詞:camscrew axiskinematic synthesiskinematic analysiscam
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凸輪從動件系統為輸入桿經由凸輪對傳遞運動或力至輸出桿的機構,其中
輸入桿的浮動接頭必須為凸輪對,而輸入桿凸輪則為一個具有曲線或是曲
面形狀以點接觸或線接觸激發運動的桿件。本研究的最基本觀念為微分幾
何和螺旋理論,微分幾何適合於探討接觸曲面的局部狀況,而螺旋理論導
引凸輪機構合成的方法和種類。主要探討空間凸輪機構的一般狀況,而忽
略個別的或是特殊的狀況。為使得推導的式子,能夠應用在目前發現的凸
輪從動件系統,因此考慮的皆為一般化的狀況,而有一般化模型的建立和
通用座標系統的設定。首先,提出旋轉矩陣和螺旋矩陣的基本性質,分別
對應於具固定軸的旋轉運動和螺旋運動,這些矩陣性質適用於空間機構分
析。依據接頭速度螺旋和拘束扳鉗螺旋的互反性,延伸至單迴路傳動機構
中的傳動扳鉗螺旋與傳動扳鉗螺旋和接觸力的關連性,進一步地探討凸輪
從動件系統的基本設計方程式,包含嚙合方程式與嚙合件或浮動桿的接觸
曲面應該滿足的條件。為了分辨凸輪從動件系統的形式和種類,以凸輪機
構的幾何參數、運動參數、以及母曲面,進行分類,同時定義符號標示。
而後,基於一般化模型和通用的座標系統,推導適用在大部分凸輪從動件
系統的一般運動式子,包含座標轉換矩陣、相對速度矩陣、以及其導數。
一般的凸輪合成,從動件曲面或滾子曲面為已知的母曲面,凸輪曲面為被
形成曲面,因此探討若干母曲面的微分幾何性質。在已知的輸入軸和輸出
軸相對位置、輸出入運動關係、以及母曲面,以運動方法,提出凸輪合成
的一般化方程式,包含三桿狀況和四桿狀況。並以曲面合成的結果和曲面
局部運動關係,推導出具線接觸共軛曲面之間的相對曲率關係,間接地瞭
解凸輪曲面的微分幾何,最重要的結果為嚙合函數、第一類界函數、以及
第二類界函數,而後將這些界函數應用在滾子從動件凸輪機構。直紋面和
迴轉面為最經常使用的母曲面,因此並探討直紋面為母曲面的狀況下,推
導其一般化的嚙合方程式,分析嚙合方程式的基本類型,同時定義凸輪壓
力角和從動件壓力角,並且得到這兩種壓力角的關係。最後以另一種曲面
合成方法,即相對軸面合成方法,同時合成三桿和四桿狀況的凸輪和從動
件之接觸曲面,並探討具有純滾動的凸輪對。
封面
摘要
誌謝
目錄
表目錄
圖目錄
符號
第一章 前言
1-1 研究動機
1-2 文獻回顧
1-3 研究目的
1-4 論文架構
第二章 轉換矩陣與雙向量
2-1 座標轉換
2-2 旋轉矩陣和螺旋矩陣性質
2-3 雙向量及雙矩陣
第三章 基本觀念
3-1 定義
3-2 共軛曲面
3-3 嚙合方程式
3-4 運動曲線
第四章 接頭幾何
4-1 互反螺旋
4-2 三桿凸輪從動件系統
4-3 四桿凸輪從動件系統
4-4 螺旋空間
4-5 曲面幾何與扳鉗螺旋
4-6 可動度
4-7 惰桿
4-8 討論
第五章 分類
5-1 凸輪從動件系統特徵
5-2 凸輪從動件系統模型
5-3 符號標示
5-4 系統分類
5-5 應用範例
第六章 運動分析
6-1 凸輪從動件機構
6-2 滾子從動件凸輪機構
6-3 速度矩陣和加速度矩陣的展開式
6-4 應用範例
6-5 結論
第七章 母曲面
7-1 曲面
7-2 迴轉曲面
7-3 單葉迴轉雙曲面
7-4 環面
7-5 二次曲面
7-6 螺旋面
第八章 凸輪輪廓的合成
8-1 問題定義與合成過程
8-2 凸輪從動件機構
8-3 滾子從動件凸輪機構
8-4 壓力角
8-5 具一般滾子的凸輪機構
8-6 具雙曲面滾子的凸輪機構
8-7 具平面從動件的凸輪機機
8-8 具環面滾子的凸輪機構
8-9 具球面從動件的凸輪機構
8-10具螺旋面從動件的凸輪機構
8-11應用範例
8-12討論
第九章 凸輪從動機構曲率分析
9-1 基本方程式
9-2 相對速度和單位法向量變化率之關係
9-3 統御方程式
9-4 從動件曲面和凸輪曲面的曲率
9-5 相對法曲率
9-6 曲率的非過切
9-7 應用範例
9-8 討論
第十章 滾子從動件凸輪機構曲率分析
10-1第一類和第二類界函數
10-2具一般滾子的凸輪從動件系統
10-3具雙曲面滾子的凸輪從動件系統
10-4具環面滾子的凸輪從動件系統
10-5應用系統
第十一章具直紋面從動件的凸輪合成
11-1直紋面幾何
11-2嚙合方程式
11-3壓力角
11-4特殊狀況
11-5應用範例
11-6結論
第十二章軸面接觸的三桿凸輪機構
12-1螺旋軸
12-2軸面
12-3壓力角
12-4純滾動接觸
12-5結論
第十三章軸面接觸的四桿凸輪機構
13-1四桿凸輪機構模型
13-2軸面
13-3雙曲滾子
13-4RARR機構
13-5RAPP機構
13-6PARR機構
13-7PARP機構
13-8結構
第十四章結論與建議
14-1結論
14-2建議
參考文獻
附錄一 凸輪從動件系統圖集
附錄1-1 平面三桿凸輪從動件系統
附錄1-2 平面四桿凸輪從動件系統
附錄1-3 球面四桿凸輪從動件系統
附錄1-4 空間凸輪從動件系統
附錄1-5 平面雙凸輪機構
附錄1-6 平面輪廓形從動件機構
附錄1-7 分度凸輪機構
附錄二 具直角的三角函數恆式
英文摘要
自述
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