负半径类推杆盘形凸轮机构构型/尺度综合与性能评价方法研究

近年来，国内外学者分别独立提出具有新颖性的"凹圆弧底推杆盘形凸轮机构"和"负半径滚子推杆盘形凸轮机构"，国外学者给出了后者在工业平版印刷机中成功应用的案例。本项目将上述两类盘形凸轮机构统称为"负半径类推杆盘形凸轮机构"。以其为研究对象，根据推杆运动、机构结构和推杆与凸轮相对运动等特征，系统研究构型综合问题，给出可能的各种机构构型，取得各种构型的尺寸参数表达。建立以运动保真、传力性能、纯滚动和接触强度等为代表的性能评价指标、性能参数体系和性能评价方法。研究各项性能要求在机构综合中的先后轻重，采取理论研究与计算机仿真结合的方法手段，开发自动化、智能化和可视化的机构分析、机构综合软件，寻找各性能参数与尺寸参数、运动参数和运动规律等间的复杂映射规律，构建机构性能线图坐标系组，揭示各性能参数间错综复杂的多元耦合关系。对阐明尺寸参数等对性能参数的影响作用规律、揭示机构综合的特性和规律具有重要意义。

1.项目的背景.凸轮机构结构简单、运动可靠、驱控方便，在机械、电子、轻工、纺织、印刷和包装等行业获得广泛应用。现有构型因在结构、承载等方面局限性，难以适应复杂多样的工程需求。“负半径类推杆盘形凸轮机构”在空间有限、承受重载等场合，表现出独特优越性。但因研究稀少，分析设计理论匮乏，严重制约了其工程推广应用和优越性充分发挥。.2. 主要研究内容.1)构型系统分类 根据推杆作直动/摆动/浮动等具体特征，提出了负半径类推杆机构的诸构型及名称，给出了尺寸参数表达。.2)性能评价方法 提出了运动连通、运动保真、传动质量和接触强度等构成的评价体系，建立了四个性能参数及解析表达。.3)尺寸综合框架 阐释了机构形态构成、基本和总体尺寸，提出了尺寸综合问题准确描述，构建起性能/尺寸可视、面向尺寸参数综合的尺寸坐标系。.4)尺寸综合机制 采用“可视映射、遍历搜索”，通过解决反映诸性能约束的的边界线/解区域、边界面/解空间，圆满解决了尺寸综合问题。.3. 重要结果.针对负半径类推杆机构，得到重要结果：.运动保真的影响因素，包括两类—离散参数、连续函数。传动质量、运动连通两性能约束，一般前者实约束，后者虚约束。接触强度、运动保真两性能约束，一般前者实约束，后者虚约束。传动质量、运动保真两性能约束，一般存在交集。.比较负、正半径类推杆机构，得到重要结果：.大载荷工况下，前者结构紧凑、需空间小，具有“跨数量级”显著优势。小载荷工况下，则反之。.4. 关键数据.设定工作载荷Q=800KN—大载荷工况，求解得到的机构尺寸综合结果：.基本尺寸：负半径滚子机构R=656.52mm，r0=529.93mm；正半径滚子机构r=8523.52mm，r0=9697.20mm。.总体尺寸：负半径滚子机构LH=1800.00mm，LZ=1930.00mm；正半径滚子机构 LH=19494.4mm，LZ=18400.89mm。.据此算得，R/r=0.077，r0负/r0正=0.055；LH负/LH正=0.092，LZ负/LZ正=0.105。基本和总体尺寸，前者较后者皆小一个数量级。.5. 科学意义.从理论上圆满解决了负半径类机构的分析设计问题，建立了系统、完善的理论方法体系；揭示、论证了负半径类推杆机构，特别适用于重载、小空间等场合的重要结论；指明了广阔工程应用前景，将使