[發明專利]一種基于多項式擬合的旋蓋機凸輪曲線設計方法

在審

• 申請號: 201711371152.2
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108228980A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 吳佳;何雪明;劉平
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 梁超

本發明提出了一種基于多項式擬合的旋蓋機凸輪曲線設計方法，首先，得到旋蓋機為完成旋蓋功能而確定的各個關鍵點；其次，為了避免量綱帶來的影響，先將各關鍵點的表達方式轉化為時間與位移的關系，再將時間與位移無因次化；再者，在控制曲線形狀與誤差的基礎上適當添加局部控制點，分別用5次、6次、7次多項式擬合法擬合各點，輸出凸輪曲線表達式及凸輪曲線圖譜；最后，對三種多項式擬合凸輪曲線進行運動學性能和動力學性能對比分析，得到最優曲線，針對最優曲線進行旋蓋機凸輪的加工。

技術領域

本發明屬于機械設計領域，特別是涉及一種基于多項式擬合的旋蓋機凸輪曲線設計方法。

背景技術

由于凸輪機構幾乎能夠完成各種變速運動，而且能夠按照需要調節速度，精度高、成本低，所以現代機械中應用凸輪機構的場合仍然很多。現如今有許多方法可以提升凸輪機構運行時的精度，而對凸輪曲線的研究設計是其中最重要關鍵的，同時也是最有效的。對凸輪曲線傳統的研究方法是組合目前一些比較常用的運動曲線來滿足凸輪的實際運動需求，并且已經形成了眾多常用標準凸輪曲線，但是組合的運動曲線在高階導數處并不連續，隨著凸輪機構運行速度不斷地提高，舊的凸輪曲線已經無法在滿足運動學特性要求下同時滿足動力學特性要求。

目前國內許多公司設計旋蓋機凸輪曲線時采用的方法是：將旋蓋機完成相關動作時的各個關鍵點用直線相連，并在關鍵點連接處倒圓。這種方法將直接導致凸輪曲線僅滿足速度連續，當凸輪高速運轉時，由于存在柔性沖擊，構件的動應力比較大，旋蓋機在現場工作時噪聲大、易磨損，運行效率很低。

多項式設計的方法可有效提高凸輪曲線的連續性，但在利用多項式設計凸輪曲線時，經常會遇到局部位移控制條件過多的情況，運用多項式插值法將會導致多項式冪次過高，不利于加工，這時運用多項式擬合法可以有效控制多項式冪次。

發明內容

本發明為了解決現有的技術問題，提出一種基于多項式擬合的旋蓋機凸輪曲線設計方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：一種基于多項式擬合的旋蓋機凸輪曲線設計方法，包括以下步驟：

步驟1、將旋蓋機凸輪從動件在相應角度達到對應位移點的數據作為關鍵點；

步驟2、將所述關鍵點數據無因次化，得到無因次時間T與無因次位移S；

步驟3、通過MATLAB編寫多項式擬合程序，結合對關鍵點位移的約束條件，利用最小二乘法，得到n次多項式擬合凸輪曲線位移函數表達式和圖譜，所述n次多項式擬合凸輪曲線位移函數表達式為：S＝C₀+C₁T+...+C_nTⁿ，其中n取5、6或7，C₀，C₁，…，C_n為系數；

步驟4、三種多項式擬合凸輪曲線運動學性能對比分析，確定運動學性能最優凸輪曲線；

步驟5、三種多項式擬合凸輪曲線動力學性能對比分析，確定動力學性能最優凸輪曲線；

步驟6、在確定運動學性能與動力學性能最優凸輪曲線后，將該最優凸輪曲線三維模型導入UG加工模塊中，生成加工軌跡，在加工中心上完成所述旋蓋機凸輪的加工。

進一步地，所述步驟4具體為：對比5次、6次和7次多項式擬合所得的凸輪曲線圖譜，觀察對應圖譜中速度最大值、加速度最大值、躍度最大值和跳度最大值，其中，最大值越小曲線性能越優，并且加速度最大值的重要性大于速度最大值。