[发明专利]一种凸轮优化设计方法和装置

权利要求书

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；

其中，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；

其中，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；

其中，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。

2.按照权利要求1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标，为所述凸轮曲线转角，为第二凸轮曲线。

3.按照权利要求1或2任意一项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。

4.按照权利要求1所述的凸轮优化设计方法，其特征在于，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。

5.按照权利要求1所述的凸轮优化设计方法，其特征在于，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。

6.按照权利要求5所述的凸轮优化设计方法，其特征在于，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。

7.一种凸轮优化设计装置，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；

其中，该装置还用于：

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；

其中，约束条件设定模块还用于：

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；

其中，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。