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研究生:游創巖
研究生(外文):You, Chuang-Yan
論文名稱:共軛凸輪連桿機構設計與分析
論文名稱(外文):Design and Analysis of a Conjugate Cam Linkage Mechanism
指導教授:謝榮發
指導教授(外文):Hsieh, Jung-Fa
口試委員:汪正祺陳維方
口試委員(外文):Wang, Cheng-ChiChen, Wei-Fang
口試日期:2018-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:遠東科技大學
系所名稱:機械工程研究所在職專班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:凸輪連桿機構齊次座標轉換凸輪設計
外文關鍵詞:cam linkagehomogeneous coordinate conversioncam design.
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中文摘要
本研究以德國進口高速印刷機中的凸輪-連桿組合機構為研究對象,首先建立各連桿之座標系,運用齊次座標轉換求得各桿件轉換矩陣並運用共軛理論,可得凸輪表面輪廓方程式,吾人針對副凸輪基圓的設定也在文中加以分析,以求凸輪設計之合理性。在凸輪連桿組合機構運動中,壓力角的大小為凸輪設計優劣與否的重要指標之一,良好的凸輪機構壓力角(μ),應小於30度,本文應用瞬心原理建構滾子與凸輪接觸點其運動方向及大小,因此可求得壓力角的解析式,因此吾人可探討機構設計參數與壓力角的關係,吾人針對設計參數:基圓半徑R0、滾子半徑、作用周期等參數,經模擬分析後其結果顯示,上述三個參數大小皆與壓力角成反比,同時探討傳力角的變化情形。另外本文應用微分幾何關係求得凸輪主曲率的變化情形,以確保機構運動過程中順暢,為驗證本文所提方法,最後應用Solidworks軟體建構所設計的凸輪連桿機構,模擬及分析其運動情形,發現皆可以達到設計所要求的條件,驗證本文所提方法是可行的。


In this study, the cam-linkage combination mechanism of the high speed printing press imported from Germany is taken as the research object. First, we establish the coordinate system of each connecting rod. Then, using of the homogeneous coordinate transformation establishes the relationship of each link. Second, using the conjugate theory finds the contact point (conjugate point) of the cam and the roller. These expressions of the primary and secondary cam profiles can be derived. Finally, analytical expression for the pressure angle of the cam mechanism by instant center method is derived. The validity of the proposed design methodology is verified by means of motion simulations performed using CAD software. The results confirm that the designed mechanism meets the design requirements.
目 錄
誌 謝 i
中文摘要 ii
西文摘要 iii
目 錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
符號索引 xi
第一章 簡介 1
1-1研究動機 1
1-2文獻回顧 2
1-3齊次座標轉換 5
1-4研究步驟 9
第二章 機構設計 10
2-1凸輪輪廓 10
第三章 設計分析 19
3-1壓力角 19
3-2曲率分析 24
3-3傳力角 28
第四章 印刷機運動曲線 30
4-1運動曲線種類 30
4-2修正型正弦曲線 31
4-3印刷機搖擺運動模式 33
第五章 執行與分析 37
第六章 機構模擬 45
6-1.繪製凸輪 45
6-2.機構組合 52
6-3.模擬分析 55
第七章 結論 64
7-1凸輪設計 64
7-2分析與驗證 64
參考文獻 65
附錄 68
A-1 Solidworks 數據轉換成Excel格式步驟 68
圖目錄
圖1-1 齊次變換矩陣 之空間意義 6
圖1-2 繞X軸旋轉齊次轉換矩陣之空間意義 7
圖1-3 繞Y軸旋轉齊次轉換矩陣之空間意義 7
圖1-4 繞Z軸旋轉齊次轉換矩陣之空間意義 8
圖2-1高速印刷機中凸輪連桿共軛機構 12
圖3-1 壓力角示意圖 19
圖3-2 凸輪連桿機構壓力角示意圖 20
圖3-3 從動桿瞬時中心為於x軸上方示意圖 21
圖3-4 凸輪與滾子過切示意圖 25
圖3-5 凸輪主曲率正負值之示意圖 25
圖3-6 傳力角示意圖 29
圖4-1修正型正弦曲線 32
圖4-2修正型正弦曲線的位移 33
圖4-3搖桿的擺角 35
圖4-4搖桿的類速度與類加速度 35
圖4-5浮動桿傾斜角位移變化 36
圖4-6浮動桿傾斜角速度變化 36
圖5-1設計參數計算流程圖 38
圖5-2 (a)Design 1&2 壓力角曲線 39
圖5-2 (b)Design 1&3 壓力角曲線 39
圖5-2 (c) Design 2&4 壓力角曲線 39
圖5-3(a)Design1&2輪廓比較 40
圖5-3(b)Design2&4輪廓比較 40
圖5-4 共軛點變化情形 40
圖5-6凸輪連桿機構的傳力角變化 41
圖5-7 所設計主凸輪曲率半徑變化 41
圖5-8(a) Design a主副凸輪比較 42
圖5-8(b) Design b主副凸輪比較 42
圖5-8(c) Design c主副凸輪比較 43
圖5-8(d) Design d主副凸輪比較 43
圖5-9 (a) Design a輪廓邊距差值 43
圖5-9 (b) Design b輪廓邊距差值 43
圖5-9 (c) Design c輪廓邊距差值 44
圖5-9 (d) Design d輪廓邊距差值 44
圖6-1匯入曲線 45
圖6-2匯入數據 46
圖6-3繪製草圖 47
圖6-4參考圖元 47
圖6-5點選凸輪曲線 48
圖6-6 點選特徵 48
圖6-7凸輪伸長填料 49
圖6-8 凸輪軸心草圖 49
圖6-9 凸輪軸心伸長除料 50
圖6-10 完成草圖 50
圖6-11 其他零件 51
圖6-12 新增組合件 52
圖6-13置入固定件基座 53
圖6-14 置入其他機件 53
圖6-15 組合完成圖 54
圖6-16 隱藏基座 54
圖6-17 新動作研究 55
圖6-18 開啟Solidworks Motion 56
圖6-19 點選動作分析模式 56
圖6-20 加入動力源 57
圖6-21 動力源設定 57
圖6-22 選取設定 58
圖6-23設定格畫 58
圖6-24 拖曳設定秒數 59
圖6-25 點選計算 59
圖6-26 結果及繪圖 60
圖6-27 角位移繪圖之設定 60
圖6-28 角速度繪圖之設定 61
圖6-29 角位移模擬與設計模式比較圖 61
圖6-30 角速度模擬與設計模式比較圖 62
圖6-31 角加速度模擬圖 62
圖A-1 轉出Excel檔 68
圖A-2 點選散佈圖 69
圖A-3 配置三散佈圖 69
圖A-6 橫軸設定 70
圖A-7 完成曲線圖 70


表目錄
表4-1凸輪運動曲線特性 31
表5-1凸輪連桿機構4種設計參數 37
表5-2 4種副凸輪設計參數 42



參考文獻
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