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1、湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目： 直动尖顶从动件盘型凸轮机构有限元分析专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2021963004 姓 名： 陈平浪 指导教师： 周里群 完成日期： 2021年5月30日 湘潭大学兴湘学院毕业论文设计任务书论文设计题目： 直动尖顶从动件盘型凸轮机构有限元分析 学号： 2021963004 姓名： 陈平浪 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师： 周里群 系主任： 刘伯希 一、主要内容及根本要求1、了解凸轮机构技术的开展进展，掌握凸轮机构运动的根本原理。 2、总结动态设计方法研究和静力学分析法和瞬态动力学分析的开展状况和开展趋势，在总结前人研究成果的根底
2、上，结合当前的技术开展趋势，采用有限元方法来进行开展研究。 3、阐述学习理论根底，并简要运用静力学分析，瞬态动力学分析分析构件。 4、建立盘型凸轮机构有限元模型，应用有限元法对凸轮静力学分析，从动杆进行瞬态动力学分析，做出静力云图，分析从动件位移变化， 加速度变化等重要参数。瞬态动力学分析确定结构稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的任意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。如果惯性力和阻尼作用不重要可用静力学分析代替。 二、重点研究的问题1、ANSYS的根本操作与功用 2、ANSYS有限元模型的建立 3、ANSYS单元类型的选取与网络划分 4、ANSYS施加载荷和求解 5、了解ANSYS静态
3、分析与瞬态动力学分析方法 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料2021年2月下旬2开题报告 2021年3月上旬3设计2021年3月中旬4分析、验证2021年3月下旬5写出初稿2021年4月上、中旬6修改，写出第二稿2021年4月下旬7写出正式稿2021年5月中旬8辩论2021年5月下旬四、应收集的资料及主要参考文献1孙波.毕业设计宝典.西安：西安电子科技大学出版社2021.2潘存云 唐进元 机械原理 长沙：中南大学出版社，2021.3段进 倪栋。ANSYS10.0M北京：兵器工业出版社，20064欧阳周.汪振华毕业论文和毕业设计说明书写作指南.长沙：中南工业大学出版社，1996.
4、5赵韩 丁爵曾 梁锦华 凸轮机构设计 北京 ：高等教育出版社，1993.6 党沙沙 许洋 张红松ANSYS12.0多物理耦合场有限元分析从入门到精通 北京：机械工业出版社， 20217李皓月 周田朋 刘相新 ANSYS工程计算应用教程 北京：中国铁道出版社，20038张乐乐谭南林 焦风川 ANSYS辅助分析应用根底教程 北京：清华大学出版社北京交通大学出版社，20069高耀东 刘学杰 何建霞 ANSYS机械工程应用精华50例第3版北京：电子工业出版社，202110 高耀东 刘学杰 周可璋 ANSYS机械工程应用精华30例M 北京：电子工业出版社，2021湘潭大学兴湘学院毕业论文设计评阅表学号
5、2021963004 姓名 陈平浪 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文设计题目： 直动尖顶从动件盘型凸轮机构有限元分析 评价工程评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，表达学科、专业特点和教学方案的根本要求，到达综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文设计质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用
6、语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否标准；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价选题符合教学方案要求，具有综合训练的目的，具有文献查阅的能力和计算机应用能力，立记正确，记述充分，分析处理正确，有应用价值，同意进行辩论。评阅人： 2021年5月30 日湘潭大学兴湘学院毕业论文设计鉴定意见 学号： 2021963004 姓名： 陈平浪 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文设计说明书 54 页 图 表 27 张论文设计题目： 直动尖顶从动件盘型凸轮机构有限元分析 内容提要： 凸轮机构是一种常用机构应用
7、范围很广，自三十年代以来，人们就在不断研究它，并且研究工作随着新技术，新方法的产生和应用在不断深化，目前低，中速凸轮机构的研究在各方面已近相当完善，成熟。凸轮机构结构简单紧凑，在前沿各种机械自动机和自动控制装置中，广泛采用着各种形式的凸轮机构。本文进行了盘型凸轮机构对其凸轮进行静力学分析，并且对从动件瞬态动力学有线元分析，以一对凸轮机构为实例，建立它的ANSYS仿真模型，通过凸轮静力学分析得出凸轮所受应力分布云图及变形，凸轮从动件运动学分析，得出了其瞬态时的位移和速度曲线，位移和加速度曲线等，为凸轮的优化设计和改良提供了理论依据和设计原那么。 当然在分析过程中也存在结果误差，ANSYS分析值与
8、理论有差异原因可能是：用ANSYS对凸轮机构进行分析时输入的弹性模量、密度、泊松比等相关参数以及网格划分的疏密程度对分析结果都有一定的影响。指导教师评语该生论文对直动尖顶从动件盘型凸轮机构进行设计计算，并建立了有限元模型，对盘型凸轮进行静力学分析，顶尖从动件进行瞬态动力学分析，计算可靠、模型合理、分析清晰准确。同意进行辩论，并建议成绩评为 。指导教师： 年 月 日辩论简要情况及评语辩论小组组长： 年 月 日辩论委员会意见辩论委员会主任： 年 月 日目录摘要1Abstract2第一章 绪论31.1 ANSYS对产品优化设计的开展概括31.1.1 ANSYS根本概括31.1.2 ANSYS根本用途
9、及组成局部41.1.3 ANSYS软件优势41.2 ANSYS对产品优化设计的应用方法5 前处理局部51.2.2 后处理局部6第二章 本课题研究的开展概况72.1 凸轮机构简介72. 凸轮机构的特点及其日常生活中的应用72.72.2 本课题研究内容82.3 ANSYS软件功用及其对本课题研究的意义82. ANSYS软件应用范围82.3.2 ANSYS软件特点92. ANSYS软件主要功用92.3.4 ANSYS软件本课题研究内容10第三章 盘型凸轮机构的凸轮设计及其有限元静力学分析 113.1 凸轮的设计11 凸轮根本尺寸确实定113.1.2 凸轮轮廓曲线设计的根本原理113.1.3 用作图法
10、设计凸轮轮廓曲线133.2凸轮的有限元分析静力学分析143.143.143.15第四章 瞬态动力学分析凸轮从动件运动分析194.1 瞬态动力学分析概述194.1.1 瞬态动力学分析定义194.1.2 瞬态动力学根本运动方程194.1.3瞬态动力学分析步骤204.2问题描述及解析解224.3顶尖从动件分析步骤23总结与展望35参考文献36致谢37附录138附录246直动尖顶从动件盘型凸轮机构有限元分析 摘要：凸轮 盘型凸轮机构是常用机构应用范围很广，自三十年代以来，人们就在不断研究它，并且研究工作随着新技术，新方法的产生和应用在不断深化，目前低，中速凸轮机构的研究在各方面已经相当完善，成熟。凸轮
11、机构结构简单紧凑，在前言在各种机械中,特别是自动机和自动控制装置中,广泛采用着各种形式的凸轮机构。本文进行了直动尖底从动件盘形凸轮机构的有限元仿真分析。以一对凸轮机构为实例，建立它的ANSYS仿真模型，通过凸轮静力学分析得出凸轮受力云图及其变形，凸轮从动件运动学分析，得出了其瞬态时的位移和速度曲线，位移和加速度曲线等，为凸轮的优化设计和改良提供了理论依据和设计原那么。当然在分析过程中也存在结果误差，ANSYS分析值与理论值有差异原因可能是：用ANSYS对凸轮机构进行分析时输入的弹性模量、密度、泊松比等相关参数以及网格划分的疏密程度都对分析结果有一定的影响。关键词：凸轮；运动学分析；ANSYSS
12、teeple disc cam follower Finite Element AnalysisAbstract:Cam mechanism is acommonmechanism ofapplication rangeis very wide ,since thirty time,people have beenstudying it,andworkwith new technologies,andthe application of the new methodin the deepening,the study oflow,medium speedcam mechanismin all
13、aspectsis already quite perfect,mature.Cammechanism is simple and compact in structure,in the prefaceinall kinds of machinery,especially theautomatonand automatic control device,is widely usedin various formsof cammechanism.The finite element analysis of translation follower with sharp end of dish-s
14、haped cam is presented . Taking a certain cam as a example, the analysis model is built in ANSYS and the transient displacement-velocity curve and displacement-acceleration curve and obtained. All this provide the theoretical basic and design principle for the optimization design and improvement of
15、the cam.Of course,the errorexistsin the process of analysis,ANSYS analysisand theoretical values ofdifferentpossible reasons: theinputofthe cam followeris analyzed withANSYSelastic modulus,density,Poissons ratioand other relatedparameters and themeshdensityhassome effect onthe analysis results.Keys
16、words: cam; kinetic analysis; ANSYS 第一章 绪论1.1 ANSYS对产品分析优化设计的开展概况 ANSYS根本概括ANSYS作为有限元领域的大型通用程序，以其多物理场耦合分析的先进技术和理念，在工业领域和研究方向都有广泛而深入的应用。ANSYS具有结构、流体、热电磁及其相互耦合分析的功能。ANSYS 有限元分析可以缩短新产品的研发周期，提高新产品质量，大幅度的降低新产品 的研发本钱，在公司新产品研发中将发挥重要的作用。研发本钱低，产品质量优等特点，以 往采用多种方案设计，试制不同的样机进行比照，再通过试验去验证 的设计方法有待改良，在设计过程中对产品的结构增
17、加ANSYS 有限 元分析这一环节，有利于缩短产品研发周期，提高产品质量，节约开 发本钱。ANSYS 有限元分析的在各类产品设 计中的应用会越来越广泛，对提高产品质量、提高产品设计水平必将 起到重要的作用。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN, Alogor, IDEAS,AutoCAD等， 是现代产品设计中高级CAE工具之一。CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Metho
18、d),边界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差分法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。软件主要包括三个局部：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了
19、一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示可看到结构内部等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，S
20、UN，DEC，IBM，CRAY等。对于特定的物理学领域，ANSYS 的软件可让用户能更深入地钻研，从而解决更多种类的问题，处理更为复杂的情况。除了 ANSYS 外，没有哪家工程仿真软件供给商能提供如此深入的技术能力。ANSYS 的技术涵盖多个学科领域。不管是需要结构分析、流体、热力、电磁学、显式分析、系统仿真还是数据管理，ANSYS 的产品均能为各个行业的企业取得成功助一臂之力。ANSYS 在所提供的工程仿真工具的广度和数量上堪称绝无仅有。以真正耦合的方式使用 ANSYS 技术，开发工程师即可获得符合现实条件的解决方案。综合多物理场场产品组合能使用户利用集成环境中的多个耦合物理场进行仿真与分析
21、。ANSYS 的成套产品极具灵活性。不管是为企业中新手还是能手使用；是单套部署还是企业级部署；是首次通过还是复杂分析；是桌面计算、并行计算还是多核计算，这一工程设计的高扩展性均能满足当前与未来的需求。ANSYS 是唯一一家能提供客户所需能力水平的仿真软件供给商，而且能随此类需求的开展无限扩展。工程设计与开发可使用多种 CAD 产品、内部开发代码、物料库、第三方求解器、产品数据管理流程等其他工具。与那些刻板、僵化的系统不同，ANSYS 的软件具有开放性和适应性特性，能实现高效的工作流程。此外，其产品数据管理可使知识和经验在工作组间与企业内的实现共享。1.2.ANSYS对产品分析优化设计的应用方法
22、前处理局部实体建模ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球 、棱柱，称为基元，程序那么自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块 、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出一个实体模型。ANS YS程序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创立复杂实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作 能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的
23、功能。附加的功能还包括 圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和 删除。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。网格划分ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由 划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几局部，然后 选择适宜的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，
24、可对复杂模型直接划分，防止了 用户对各个局部分别划分然后进行组装时各局部网格不匹配带来的麻烦。自适应网格ADINA、ABAQUS、MSC等，ADINA和ABAQUS在非线性计算功能方面比ANSYS强，ABAQUS没有流体计算模块，ADINA不能做电磁分析但是ADINA是做流固耦合最好的软件。施加载荷在ANSYS中，载荷包括边界条件和外部或内部作应力函数，在不同的分析领域中有不同的表征，但根本上可以分为6大类：自由度约束、力集中载荷、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。1、自由度约束DOF Constraints:将给定的自由度用量表示。例如在结构分析中约束是指位移和对称边界条件，而在热力学
25、分析中那么指的是温度和热通量平行的边界条件。2、力集中载荷Force：是指施加于模型节点上的集中载荷或者施加于实体模型边界上的载荷。例如结构分析中的力和力矩，热力分析中的热流速度，磁场分析中的电流段。3、面载荷Surface Load:是指施加于某个面上的分布载荷。例如结构分析中的压力，热力学分析中的对流和热通量。4、体载荷Body Load:是指体积或场载荷。例如需要考虑的重力，热力分析中的热生成速度。5、惯性载荷Inertia Loads:是指由物体的惯性而引起的载荷。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的惯性力。6、耦合场载荷Coupled-field Loads:是一种特殊的载荷，是考
26、虑到一种分析的结果，并将该结果作为另外一个分析的载荷。例如将磁场分析中计算得到的磁力作为结构分析中的力载荷。后处理局部ANSYS程序提供两种后处理器：通用后处理器和时间历程后处理器。1. 通用后处理器也简称为POSTl，用于分析处理整个模型在某个载荷步的某个了步、或者某个结果序列、或者某特定时间或频率下的结果，例如结构静力求解中载荷步2的最后个子步的压力、或者瞬态动力学求解中时间等于6秒时的位移、速度与加速度等。2. 时间历程后处理器也简称为PosT26，用于分析处理指定时间范围内模型指定节点上的某结果项随时间或频率的变化情况，例如在瞬态动力学分析中结构某节点上的位移、速度和加速度从0秒到10
27、秒之间的变化规律。后处理器处理可以处理的数据类型有两种：一是根本数据，是指每个节点求解所得自由度解，对于结构求解为位移张量，其他类型求解还有热求解的温度、磁场求解的磁势等，这些结果项称为节点解；二是派生数据，是指根据根本数据导出的结果数据，通常是计算每个单元的所有节点、所有积分点或质心上的派生数据，所以也称为单元解。不同分析类型有不同的单元解，对于结构求解有应力和应变等，其他如热求解的热梯度和热流量、磁场求解的磁通量等。第二章 本课题研究的开展概况凸轮机构简介凸轮机构及其技术的应用与开展凸轮机构简介工程中凸轮机构是典型的常用机构之一。几乎所有简单的、复杂的重复性机械动作都可由凸轮机构或者包括凸
28、轮机构的组合机构来实现。凸轮机构在机构化、自动化生产设备中得到极其广泛的应用。在各种机构中凸轮机构具有易于设计和能准确地预测所产生运动的优点可以实现任意给定的位移、速度、加速度等运动规律在工程中得到了广泛的应用。所以在许多机器中如纺织机、包装机、印刷机、压力机、仪器、内燃机、计算机以及农业机具中都可以找到凸轮机构。在凸轮机构的理论研究方面欧美各国已有很多学者为此做出了巨大的奉献他们发表很多的论文和专著。日本在这方面也有很大开展日本是在第二次世界大战以后致力于开展实用的自动设备特别重视对凸轮机构的研究日本有很多从事凸轮机构研究的专家和专门生产凸轮机构的公司如大缘凸轮公司、三共制作所等。日本在凸轮
29、机构的研究方面取得了很大成就如在机构设计方面致力于寻求凸轮机构的精确解和使凸轮曲线多样化以适应新的要求开展凸轮机构的系统。不仅如此日本学者还特别注重将各方面的研究成果应用到实际产品的开发中去。我国对凸轮机构的应用和研究已有多年历史目前仍在继续扩展和深入。如在应用沈拜航空工业学院硕士学位论文方面我国正在大力开展包装机械、食品机械等自动化设备这些设备中都要用到各种形式的凸轮机构。在研究方面近年来也有相当进展但主要是运动规律、动力学分析与综合、振动、优化设计、凸轮组合机构和等内容。此外我国在凸轮机构的共轭曲面原理、和专家系统等方面也有相当研究。但是与先进国家比拟我国对凸轮机构的研究仍有较大差距特别是
30、在加工和产品开发等方面2.2 本课题研究内容本课题研究的是直动尖顶从动件盘型凸轮机构有限元分析。对于直动尖端从动件来说从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。这种从动件结构最简单，但尖端处易磨损，故只适用于速度较低 和传力不大的场合。在总结凸轮机构设计方法研究和凸轮机构研究的开展状况和开展趋势，在总结前人研究成果的根底上，结合当前的技术开展趋势，采用有限元方法来进行开展研究。从而利用ANSYS进行静力学分析及瞬态动力学分析的方法、步骤和过程，并使用解析解对有限元分析结果进行验证。，利用静力学分析凸轮施加载荷后受力情况。并且利用瞬态动力分析时，结构上的载荷呈
31、任意变化时在任意一个载荷步内，约束载荷重新设定并用曲线图显示位移和加速度曲线。2.3 ANSYS软件功用及其对本课题研究的意义范围 ANSYS是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元软件， 广泛应用于水利、铁路、汽车、造船、流体分析等工业领域，可在微机或工作站 上运行，能够进行应力分析、热分析、流场分析、电磁场分析等多物理场分析及 耦合分析，并且具有强大的前后处理功能。ANSYS公司成立于1970年，总部设在美国的宾夕法尼亚洲，目前是世界CAE 行业中最大的公司。其创始人John Swanson博士为匹兹堡大学力学教授、有限元 界权威。在30多年的开展过程中，ANSYS不断改良
32、提高，功能不断增强，目前，ANSYS软件已形成完善、成熟的三大核心体系：以结构、热力学为核 心的MCAE体系，以计算流体动力学为核心的CFD体系，以计算电磁学为核心的CEM 体系。这三大体系不仅提供MCAECFDCEM领域的单场分析技术，各单场分析技 术之间还可以形成多物理场耦合分析机制。 ANSYS 是一个大型通用的商业有限元软件，功能完备的前后处理器使ANSYS 易学易用，强大的图形处理能力及得心应手的实用工具使得用户在处理问题时得 心应手，奇特的多平台解决方案使用户能够做到物尽其用， ANSYS提供两种根本网格划分技术：智能网格和映射网格，分别适合于ANSYS 初学者和高级使用者。智能网
33、格、自适应、局部细分、层网格、网格随移、金字 塔单元(六面体与四面体单元的过渡单元)等多种网格划分工具，帮助用户完成精 确的有限元模型。 另外，ANSYS还提供了与CAD软件专用的数据接口，能实现与CAD软件的无缝 几何模型传递。这些CAD软件有ProE、UG、CATIA、lDEAS，Solidwork、Solid edge、 lnventor、MDT等。ANSYS还可以读取SAT、STEP、ParaSolid、lGES 格式的图形 标准文件。 此外，ANSYS还具有近200种单元类型，这些丰富的单元特性能使用户方便而 准确地构建出反映实际结构的仿真计算模型。 强大的求解器 ANSYS提供了对
34、各种物理场的分析，是目前唯一能融结构、热、电磁、流场、 声学等为一体的有限元软件。除了常规的线性、非线性结构静力、动力分析之外， 还可以解决高度非线性结构的动力分析、结构非线性及非线性屈曲分析。提供的 多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置。后处理功能 ANSYS的后处理用来观察ANSYS的分析结果。ANSYS的后处理分为通用后处理 模块和时间后处理模块两局部。后处理结果可能包括位移温度应力应变速度以及 热流等，输出形式可以是图形显示和数据列表两种。ANSYS还提供自动或手动时 程计算结果处理的工具。ANSYS软件的主要功能 ANSYS软件提供了对各种物理场量的分析，是一种能够融结构、
35、热流体、电 磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，其主要功能包括： 1 结构分析 结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。ANSYS能够完成的结构 分析有：结构静力分析；结构非线性分析；结构动力学分析；隐式、显示及显示 隐式显示耦合求解。 2 热分析 热分析用于计算一个系统的温度等热物理量的分布及变化情况。ANSYS能够完 成的热分析有：稳态温度场分析；瞬态温度场分析；相变分析；辐射分析。 3 流体动力学分析 ANSYS程序的FLOTRAN CFD分析功能能够进行二维及三维的流体瞬态和稳态动 力学分析，其可以完成以下分析：层流、紊流分析；自由对流与强迫对流分析； 可压缩流/不可压缩流分
36、析；亚音速、跨音速、超音速流动分析；多组分流动分 析；移动壁面及自由界面分析；牛顿流与非牛顿流体分析；内流和外流分析；分 布阻尼和FAN模型；热辐射边界条件，管流。 4 电磁场分析 ANSYS程序能分析电感、电容、涡流、电场分布、磁力线及能量损失等电磁场 问题，也可用于螺线管、发电机、变换器、电解槽等装置的设计与分析。其内容 主要包括：2D、3D及轴对称静磁场分析；2D、3D及轴对称时变磁场；交流磁场分 析；静电场、AC电场分析； 5 声学分析 ANSYS程序能进行声波在含流体介质中的传播的研究，也能分析浸泡在流体中 的固体结构的动态特性。其涉及范围包括：声波在容器内的流体介质中传播；声 波在
37、固体介质中的传播；水下结构的动力分析；无限外表吸收单元。 6 压电分析 用于二维或三维结构对AC、DC或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。 主要研究内容如下：稳态分析、瞬态分析；谐响应分析；瞬态响应分析；交流、 直流、时变电载荷或机械载荷分析。 7 多耦合场分析 多耦合场分析就是考虑两个或多个物理之间的相互作用。ANSYS统一数据库及 多物理场分析并存的特点保证了可方便的进行耦合场分析，允许的耦合类型有以 下几种：热应力；磁热、磁结构；流体流动热；流体结构；热电； 电磁热流体应力。 8 优化设计 优化设计是一种寻找最优设计方案的技术。ANSYS程序提供多种优化方法，包 括零阶方法和一阶方法
38、等。对此，ANSYS提供了一系列的分析评估修正的过 程。 利用ANSYS软件分析凸轮机构的前提条件之下，本文利用结构分析里的静力分析，瞬态动力学分析凸轮机构，静力分析用于静态载荷，用于求解静力载荷作用下的结构的位移和应力等。静力分析包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性、应力钢化、大变形、大应变、超弹性、接触面和蠕变。瞬态动力学分析亦称时间历程分析是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比拟重要。如果惯性力和阻尼作用不重要
39、，就可以用静力学分析代替瞬态分析采用ANSYS对一些产品进行优化设计，应用ANSYS对于凸轮机构做有限元分析，从而能更加全面的了解构件，这对凸轮机构及其动力学问题的进一步研究，是长期，持续并有重大意义的工作。第三章 凸轮的设计及其有限元静力学分析凸轮根本尺寸确实定在设计凸轮轮廓曲线时，凸轮的基圆半径等等都假设是给定的，而实际上凸轮机构的根本尺寸是要考虑到机构的受力情况是否良好、动作是否灵活，尺寸是否紧凑等许多因素所确定的。一。凸轮机构中作用力和凸轮机构的压力角1凸轮机构中的作用力直动尖顶推杆盘型凸轮机构在考虑摩擦时，其凸轮对推杆的作用力F和推杆所受载荷包括推杆的自重和弹簧压力等G的关系为F=G
40、/COS(+1)-(1+2b/L)SIN(+1)tan22凸轮机构的压力角凸轮所受正压力的方向沿凸轮轮廓线在接触点的法线方向与推杆上作用点的速度方向间的夹的锐角，称为凸轮机构的压力角用表示，在凸轮机构中，压力角是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数在其他条件相同的情况下，压力角越大，那么作用力F越大；如果压力角大到使作用力增至无限大时机构将发生自锁，而此时的压力角称为临界压力角c，即 c=arctan1/(1+2b/L)tan2- 1为保证凸轮机构的正常运行，应使其最大压力角max小于临界压力角c。在生产实际中，为了提高机构效率、改善其受力情况，通常规定凸轮机构的最大压力角max应小于某一许用压
41、力角其值一般对直动推杆取=30o.二。凸轮基圆半径确实定对于一定型的凸轮机构，在推杆的运动规律选定后，该凸轮机构的压力角与凸轮基圆半径大小直接相关。即tan=(ds/d)-e/(r02-e2)1/2+s由此可知，在偏距一定，推杆的运动规律的条件下，加大基圆半径r0,可减小压力角，从而改善机构的传力特性。但此时机构尺寸将会增大。故凸轮基圆半径确实定原那么为：在满足max限制，还要考虑到凸轮的结构及强度的要求等。因此在实际设计工作中，凸轮的基圆半径常是根据具体结构条件来选择的。必要时再检查所设计的凸轮是否满足max的要求。本文选取基圆半径R45。3.1.2凸轮轮廓曲线设计的根本原理根据工作要求选定
42、了凸轮机构的类型、设计好从动件的运动规律和凸轮机构的根本尺寸后，即可进行凸轮轮廓曲线的设计。凸轮轮廓曲线设计的根本原理是反转法。所谓反转法，是建立在相对运动不变形原理上的一种方法。如图1所示图1 反转法原理在工作情况下，我们看到的是以机架作为静参考系，凸轮和从动件相对机架的运动情况；凸轮以等角速度W按逆时针方向绕轴O相对机架转动，推动从动件按照工作中所要求的运动规律相对机架移动，在设计凸轮轮廓时选择凸轮作为静参考系而保持各构件在工作情况的相对运动不变，而凸轮静止不动，机架以等角速度W按顺时针方向绕转轴O相对凸轮转动反转，从动件相对凸轮那么做一复合运动：随同机架导路一起以等角速度W按顺时针方向绕转轴O相对凸轮转动反转，同时又在机架导路中按照工作所要求的运动规律相对机架移动，此时从动件尖顶沿凸轮轮廓曲线运动，因此设计凸轮轮廓时，只要让从动件上诉复合运动，那么其顶尖的轨迹便是凸轮轮廓曲线，这就是凸轮轮廓曲线设计的反转原理。 3.1.3用作图法设计凸轮