凸輪輪廓NURBS重構(gòu)與工作特性優(yōu)化研究.pdf

1、在自動機械中，凸輪機構(gòu)主要用作傳動、導(dǎo)向和控制元件，其運動、動力等工作特性對自動機械的精度、效率和速度有決定性影響。本文在全面分析國內(nèi)外凸輪機構(gòu)運動和動力特性研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新的凸輪機構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化方法，該方法以非均勻有理B樣條(non-uniform rational B-splines，NURBS)為工具，通過凸輪廓線、廓面NURBS重構(gòu)，進一步改善和提高凸輪機構(gòu)的運動和動力等工作特性，從而滿足各類自動機械對高速、高精度工作的

2、日益追求。NURBS曲線曲面因其優(yōu)良的全局表達(dá)性和強大的局部調(diào)控性，正逐漸引起工程界重視并在各領(lǐng)域得到應(yīng)用。
　　本文首先分析了NURBS曲線曲面的數(shù)學(xué)模型及其模型特性，設(shè)計了曲線曲面NURBS重構(gòu)流程，重點研究了NURBS曲線曲面控制參量節(jié)點矢量、權(quán)因子及控制頂點等各項參數(shù)的幾何意義、對曲線曲面形狀的影響及計算方法。其次，在研究NURBS曲線曲面重構(gòu)方法的基礎(chǔ)上，提出了凸輪廓面NURBS重構(gòu)的設(shè)計方法。為提高空間凸輪廓面的建模和

3、創(chuàng)成精度，利用直紋面和等距曲面理論分析了空間凸輪廓面的幾何特性，基于單參數(shù)曲面包絡(luò)理論，建立了空間凸輪廓面方程。利用空間分度凸輪廓面方程獲取離散點云數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了空間凸輪廓面NURBS重構(gòu)，建立了空間凸輪參數(shù)化特征模型?；谠撃Ｐ?，進行空間凸輪分度機構(gòu)運動特性優(yōu)化與仿真，進而生成加工制造模型，實現(xiàn)空間凸輪NURBS廓面的仿真加工和四軸銑削NURBS高品質(zhì)創(chuàng)成。再次，針對高速工況下凸輪機構(gòu)動態(tài)特性變差的問題，利用NURBS曲線設(shè)計和優(yōu)化凸輪

4、機構(gòu)從動件運動規(guī)律，進行高速凸輪廓線NURBS重構(gòu)。采用動態(tài)分析方法，建立高速凸輪機構(gòu)單自由度動態(tài)特性模型，推導(dǎo)了高速凸輪機構(gòu)輸入和動態(tài)輸出之間的關(guān)系，獲得了系統(tǒng)殘余振動評價指標(biāo)，由此建立了高速凸輪機構(gòu)多目標(biāo)動態(tài)特性優(yōu)化模型。設(shè)計了集成禁忌搜索策略和變參數(shù)二次尋優(yōu)思想的改進人工魚群多目標(biāo)優(yōu)化算法。通過該算法對高速凸輪機構(gòu)多目標(biāo)動態(tài)特性優(yōu)化模型尋優(yōu)，以獲取優(yōu)化模型的Pareto最優(yōu)解，藉此重構(gòu)高速凸輪NURBS廓線，研究NURBS廓線高速

5、凸輪機構(gòu)的主振和余振響應(yīng)，以降低系統(tǒng)的振動和沖擊。最后，采用運動和動力性能集成優(yōu)化方法，基于NURBS曲線進一步研究凸輪機構(gòu)的動力接觸特性。以擺動從動件固定凸輪機構(gòu)為研究對象，分析了槽道凸輪殘膜撿拾機構(gòu)的工作特性，設(shè)計了適合機構(gòu)的單停留修正正弦(Modifed Sine，MS)運動規(guī)律曲線，考慮運動副摩擦，建立槽道凸輪殘膜撿拾機構(gòu)的動力模型，根據(jù)赫茲接觸理論得到槽道凸輪殘膜撿拾機構(gòu)的接觸應(yīng)力計算方程。采用NURBS曲線進行槽道凸輪殘膜撿