非圓形齒輪-連桿機構應用於特定路徑產生之研究

A Study on the Generation of Specific Paths using a Noncircular Gear-Link Mechanism

楊倬昀(Cho-Yun Yang)

指導教授 ： 張信良

國立虎尾科技大學/工程學院/機械與機電工程研究所/碩士(2010年)

摘要

曲柄懸臂機構通常作為一種產生特定機械運動的方法，如應用於各種工業製程上之複雜曲線。此機構往往需配合複雜的電氣迴路進行控制才可達成。本研究主要目的是設計一非圓形齒輪-連桿機構來取代曲柄懸臂機構。當曲柄懸臂機構之輸出端滿足路徑移動時，懸臂與曲柄迴轉角度之關係並不是線性關係，而是一對一的非線性函數關係。非圓形齒輪節曲線之曲率半徑為一變數，隨著兩齒輪在連心線上之接觸點的位置而變動，兩齒數的轉速比會因此改變。針對此懸臂與曲柄迴轉角度之函數關係，以非圓形齒輪來設計其機構。
本研究將探討三種不同之路徑規劃，第一種及第二種分別為一直線往復的路徑及一∞字形路徑，討論其相關位置及角度關係；第三種則針對任一曲線之往復路徑，由設計者設定幾個必須經過的點位置，再由B-spline曲線擬合的原理來設計出通過這些點位置之曲線，並討論其相關位置及角度關係，達到輸出端能沿著此曲線之路徑做一個週期性的往復移動。文中並討論機架位置在特定的限制條件中最平滑的節曲線。最後以Solid-Works繪製各配置之零件及組合件，再利用COSMOS-Motion進行動作模擬與驗證。

關鍵字

非圓形齒輪 ； 路徑產生 ； B-spline曲線 ； 研磨機 ； 直線機構

並列摘要

A cantilever-crank mechanism is often used as a means of generating specific mechanical motions for industrial applications. The system, however, often relies heavily on a complex control module. This thesis proposes a novel noncircular gear-link mechanism as a replacement of the cantilever-crank mechanism. When the output point traced the designed path, the relationship is nonlinear between the rotation angles of the cantilever and the crank. The relationship of rotation can also be achieved by the noncircular gears. The curvature radius of pitch curve of noncircular gears is variable. It makes the position of contact point between the two meshing pitch curves changing during the rotation. The mentioned pitch curves were then derived by the relationship and the principle of synthesis of non-circular gears while the tooth profiles developed based on the theory of gearing.
Three types of path by applying noncircular gear are designed in the thesis. The first two types are composed to generate a straight line and a specific “∞”. The third type is applied to generate a curve passing through finite points. The path curve passing through some exactly points is fitted by the B-spline curve. These parts and assemblies were drawn by Solid-Works, then using COSMOS-Motion of Solid-Works to simulate and check.

並列關鍵字

Noncircular Gears ； Path Generation ； B-spline ； Abrasive Mechanism ； Straight Line Motion Mechanism

參考文獻

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