本申请公开一种凸轮优化设计方法和装置，通过根据建立的凸轮槽曲面弯行程的凸轮曲线方程，设定凸轮曲线的约束因子，其中，所述约束因子包括凸轮曲线经过设定端点、活塞杆角速度、活塞杆角加速度、凸轮滚子的受力状态；调节所述约束因子获得至少一种调节后的凸轮曲线方程；带入活塞杆运动参数到调节后的凸轮曲线方程中，得到相应凸轮曲线的性能参数，并根据多个所述性能参数确定最优的凸轮曲线，以根据确定的凸轮曲线建模。本申请实现了通过调节凸轮曲线的约束因子从而获得多个调节后的凸轮曲线，并从中选择性能参数最优的凸轮曲线进行建模，从而提高凸轮槽的光顺度。从而提高凸轮槽的光顺度。从而提高凸轮槽的光顺度。
【技术实现步骤摘要】
一种凸轮优化设计方法和装置
[0001]本申请涉及机械设计
，尤其涉及一种凸轮优化设计方法和装置。
技术介绍
[0002]在制瓶机的扑气机构中，活塞杆在气动驱动下作往复运动。活塞杆的一端安装有凸轮滚子，其与凸轮槽配合，使得活塞杆在往复运动的同时还会绕中心轴旋转一个角度，从而实现预设的动作。如图1所示，凸轮槽的轮廓由一段直行程和一段弯行程构成。其中，凸轮槽的弯行程通过凸轮槽中心线的转角与活塞杆轴向坐标的通过函数进行描述。在目前的凸轮槽的二维图纸中，通过散点数据表给出。
[0003]相关的凸轮结构设计中，按照二维图纸中给出的散点数据表绘制凸轮曲线，但是绘制出的凸轮曲线不够光顺，可能会导致凸轮滚子在运动中的卡顿。并且在三维建模中可能会出现凸轮槽曲面没有严格遵循凸轮滚子在运动中扫掠轨迹，导致凸轮槽和凸轮滚子之间存在干涉，从而导致凸轮机构在实际工作中出现卡顿的问题。
[0004]因此有必要对凸轮的设计方法进行改进，以提高凸轮槽的光顺度。
技术实现思路
[0005]本申请的主要目的在于提供一种凸轮优化设计方法和装置，旨在解决凸轮滚子在凸轮槽中运动卡顿的技术问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种凸轮优化设计方法，所述方法包括以下步骤：根据建立的凸轮槽曲面弯行程的凸轮曲线方程，设定凸轮曲线的约束因子，其中，所述约束因子包括凸轮曲线经过设定端点、活塞杆角速度、活塞杆角加速度、凸轮滚子的受力状态；调节所述约束因子获得至少一种调节后的凸轮曲线方程；带入活塞杆运动参数到调节后的凸轮曲线方程中，得到相应凸轮曲线的性能参数，并根据多个所述性能参数确定最优的凸轮曲线，以根据确定的凸轮曲线建模。
[0007]一些实施例中，建立的凸轮槽曲面弯行程的凸轮曲线方程具体包括以下步骤：基于多项式函数建立所述凸轮曲线方程：其中，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为凸轮曲线，为多项式待定参数。
[0008]一些实施例中，建立活塞杆角速度的方程包括：
其中，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为活塞杆往复运动参数方程，为所述活塞杆角速度；建立活塞杆角加速度的方程包括：其中，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为活塞杆往复运动参数方程，为所述活塞杆角加速度；设定凸轮曲线的约束因子的具体步骤包括：设定所述凸轮曲线经过端点和端点，并设定活塞杆角加速度在端点和端点处连续；设定凸轮滚子的推力与全反力满足：其中，为推力，为全反力，为摩擦角，为凸轮曲线与轴夹角，为转动惯量，R为支持力作用半径，为凸轮滚子的质量，为活塞杆往复运动参数方程。
[0009]一些实施例中，所述调节所述约束因子获得至少一种调节后的凸轮曲线方程具体包括以下步骤：设定凸轮曲线在端点和端点处的一阶导数和二阶导数均为0，得到第一凸轮曲线：其中，端点为端点，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为第一凸轮曲线。
[0010]一些实施例中，所述调节所述约束因子获得至少一种调节后的凸轮曲线方程具体包括以下步骤：设定凸轮曲线在端点和端点处的活塞杆角速度不等于0，得到第二凸轮曲线：其中，端点为端点，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为第二凸轮曲线。
[0011]一些实施例中，所述调节所述约束因子获得至少一种调节后的凸轮曲线方程具体包括以下步骤：设定凸轮曲线在端点和端点处的活塞杆角加速度不等于0，得到第三凸轮曲线：其中，端点为端点，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为第三凸轮曲线。
[0012]一些实施例中，该方法还包括，根据余弦函数建立第四凸轮曲线：其中，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为第四凸轮曲线。
[0013]一些实施例中，所述带入活塞杆运动参数到调节后的凸轮曲线方程中，得到相应凸轮曲线的性能参数，并根据多个所述性能参数确定最优的凸轮曲线具体包括以下步骤：带入活塞杆运动参数到调节后的凸轮曲线中，得到相应凸轮曲线对应的凸轮滚子的位移、凸轮滚子的推力和活塞杆角加速度随时间变化的变化趋势；根据相应凸轮曲线对应的凸轮滚子的位移、凸轮滚子的推力、活塞杆角加速度随时间的变化趋势综合确定最优凸轮曲线。
[0014]一些实施例中，根据确定的凸轮曲线建模具体包括以下步骤：以凸轮滚子的轴线为轮廓，以活塞杆中心轴线和确定的凸轮曲线为引导线绘制扫琼曲面；以凸轮滚子的半径为偏移距离对所述扫琼曲面进行前后偏移，获得凸轮槽的侧面曲面；绘制凸轮槽起始位置和结束位置的圆柱曲面，获得完整凸轮槽曲面。
[0015]第二方面，本申请还提供一种凸轮优化设计装置，所述装置包括：约束条件设定模块，其用于根据建立的凸轮槽曲面弯行程的凸轮曲线方程，设定凸轮曲线的约束因子，其中，所述约束因子包括凸轮曲线经过设定端点、活塞杆角速度、活塞杆角加速度、凸轮滚子的受力状态；调节模块，其用于调节所述约束因子获得至少一种调节后的凸轮曲线方程；凸轮曲线确定模块，其用于带入活塞杆运动参数到调节后的凸轮曲线方程中，得到相应凸轮曲线的性能参数，并根据多个所述性能参数确定最优的凸轮曲线，以根据确定的凸轮曲线建模。
[0016]本申请提供一种凸轮优化设计方法和装置，通过根据建立的凸轮槽曲面弯行程的凸轮曲线方程，设定凸轮曲线的约束因子，其中，所述约束因子包括凸轮曲线经过设定端点、活塞杆角速度、活塞杆角加速度、凸轮滚子的受力状态；调节所述约束因子获得至少一种调节后的凸轮曲线方程；带入活塞杆运动参数到调节后的凸轮曲线方程中，得到相应凸轮曲线的性能参数，并根据多个所述性能参数确定最优的凸轮曲线，以根据确定的凸轮曲
线建模。本申请通过调节凸轮曲线的约束因子从而获得多个调节后的凸轮曲线，并从中选择性能参数最优的凸轮曲线进行建模，从而提高凸轮槽的光顺度。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为凸轮槽轮廓示意图；图2为本申请实施例提供的一种凸轮优化设计方法的流程示意图；图3为凸轮滚子全反力与X轴平行时的示意图；图4为凸轮滚子的受力示意图；图5为4种凸轮曲线的形状示意图；图6为活塞杆运动规律为余弦函数时4种凸轮曲线的性能参数随时间变化示意图；图7为活塞杆运动规律为匀速运动时4种凸轮曲线的性能参数随时间变化示意图；图8为扫琼曲面示意图；图9为凸轮槽的侧面曲面示意图；图10为完整凸轮槽曲面示意图；图11为完成建模后的凸轮示意图；图12为本申请实施例提供的一种凸轮优化设计装置的示意性框图；本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0019]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种凸轮优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：根据建立的凸轮槽曲面弯行程的凸轮曲线方程，设定凸轮曲线的约束因子，其中，所述约束因子包括凸轮曲线经过设定端点、活塞杆角速度、活塞杆角加速度、凸轮滚子的受力状态；调节所述约束因子获得至少一种调节后的凸轮曲线方程；带入活塞杆运动参数到调节后的凸轮曲线方程中，得到相应凸轮曲线的性能参数，并根据多个所述性能参数确定最优的凸轮曲线，以根据确定的凸轮曲线建模。2.按照权利要求1所述的凸轮优化设计方法，其特征在于，建立的凸轮槽曲面弯行程的凸轮曲线方程具体包括以下步骤：基于多项式函数建立所述凸轮曲线方程：其中，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为凸轮曲线，为多项式待定参数。3.按照权利要求2所述的凸轮优化设计方法，其特征在于，建立活塞杆角速度的方程包括：其中，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为活塞杆往复运动参数方程，为所述活塞杆角速度；建立活塞杆角加速度的方程包括：其中，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为活塞杆往复运动参数方程，为所述活塞杆角加速度；设定凸轮曲线的约束因子的具体步骤包括：设定所述凸轮曲线经过端点和端点，并设定活塞杆角加速度在端点和端点处连续；设定凸轮滚子的推力与全反力满足：其中，为推力，为全反力，为摩擦角，为凸轮曲线与轴夹角，为转动惯量，R为支持力作用半径，为凸轮滚子的质量，为活塞杆往复运动参数方程。
4.按照权利要求3所述的凸轮优化设计方法，其特征在于，所述调节所述约束因子获得至少一种调节后的凸轮曲线方程具体包括以下步骤：设定凸轮曲线在端点和端点处的一阶导数和二阶导数均为0，得到第一凸轮曲线：其中，端点为端点，为所述活塞杆轴向坐标，为所述凸轮曲线转角，为第一凸轮曲线。5.按照权利要求4所述的凸轮优化设计方法，其特征在于，所述调节所述约束因子获得至少一种调节后的凸轮曲线方程具体包括以下步骤：设定凸轮曲线在端点和端点处的活塞杆角速度不等于0，得到第二凸轮曲线：其中，端点为端点，为所述活塞杆轴向坐...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓家辉，蔡志相，夏博阳，范生政，郭云飞，
申请(专利权)人：湖北楚大智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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