【正文】 polation, Tokyo: Seimitsu kogaku kaishi 61 ＆ Aug 1995 JSPE, 1995, 1092∽ 1100 [2] Watanabe Katsuin, Exact analysis of plate cam mechanisms having errorin kinermatic constants. Nippon Kiha i Gakkai ronbunshuc Hen, 1993 [3] 石永剛，徐振華．凸輪機(jī)構(gòu)，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 . [4] 申永勝．機(jī)械原理教程，北京：清華大學(xué)出版社． [5] 石永剛．凸輪設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . [6] 劉會(huì)英，楊志強(qiáng)，張勤明．機(jī)械原理，北京：機(jī)械工業(yè)出版社． [7] 袁劍雄，李晨霞，潘承怡 .機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)禁計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . [8] 劉昌祺，牧野洋（日），曹西京 .凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . [9] 譚雪松，張青，賴春林． 機(jī)械工程師 Pro/ENGINEER Wildhre 中。感 謝 同學(xué)對(duì)我的無私幫助，使我得以順利完成論 文。 指導(dǎo) 老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神 對(duì)我產(chǎn)生重要影響。總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益匪淺，為我將來工作打好了良好的基礎(chǔ)。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 結(jié)論 30 結(jié) 論 經(jīng)過幾個(gè)多月的忙碌后，終于完成了本設(shè)計(jì)課題的各項(xiàng)任務(wù)。 圖 4— 17 “測(cè)量結(jié)果”對(duì)話框 然后單擊該對(duì)話框中的 （圖形）工具，系統(tǒng)彈出“圖形工具（ Graph tool）”窗口，如圖 4— 18 所示，在該窗口中顯示了凸輪連桿機(jī)構(gòu)執(zhí)行端的Ｙ向行程和速度。速度在回程過程中先減少后增大，在近程休止內(nèi)速度不變，推程過程中速度先增大后減小，在遠(yuǎn)程休止內(nèi)速度不變。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 27 圖 4— 14 “測(cè)量定義”對(duì)話框 圖 4— 15 “測(cè)量結(jié)果”對(duì)話框 （ 2）測(cè)量結(jié)果 在“測(cè)量結(jié)果（ Measure Results）”對(duì)話框中的“圖形類型（ Graph Type）”欄中選擇“測(cè)量與時(shí)間（ Measure vs. Time）”，在“測(cè)量（ Measure）”欄中按著Ctrl鍵選擇“ xf1_位移”、“ xf2_速度”和“ xf3_加速度”，鉤選“分別繪制測(cè)量圖形（ Graph measures separately）”項(xiàng)，在“結(jié) 果集（ Result Set）”欄中選中AnalysisDefinition1，如圖 4— 15 所示。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 26 圖 4— 11 點(diǎn)選運(yùn)動(dòng)軸 用同樣的方法分別繼續(xù)定義“ xf2_速度”和“ xf3_加速度”，與“ xf1_位移”不同的地方是“類型（ Type）”欄處分別選“速度（ Velocity）”和“加速度（ Acceleration）”。 圖 4— 7 “拖動(dòng)”對(duì)話框 （ 4）定義分析 單擊工具欄中的 （分析）工具，系統(tǒng)彈出“分析定義（ Analysis Definition）”對(duì)話框，名稱接受默認(rèn)： AnalysisDefinition1，在“類型（ Type”）欄選擇“運(yùn)動(dòng)學(xué)（ Kinematic）”，在“圖形顯示（ Graphical Display）”的“終止時(shí)間（ End Time）”處輸入： 2，“幀頻（ Frame Rate）”處輸入 ： 900，并在初“始位置（ Initial Configuration）”欄選擇“快照（ Snapshot）”單選框，起用定義的快照： Snapshot1，并單擊對(duì)話框中的 （預(yù)覽）工具，預(yù)覽快照，其余接受默認(rèn)，如圖 4— 8 所示。最后單擊“凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)連接定義（ CamFollower Connection Definition）”對(duì)話框中的 按鈕，完成凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的定義，如圖 4— 4 所示。 Pro/E 運(yùn)動(dòng)仿真的步驟 Pro/E 運(yùn) 動(dòng)仿真的步驟的流程圖： 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 設(shè)置機(jī)構(gòu)環(huán)境 依次單擊主菜單中的“應(yīng)用程序（ Applications）”→“機(jī)構(gòu)（ Mechanism）”命令，進(jìn)入機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真環(huán)境，進(jìn)行機(jī)構(gòu)環(huán)境的設(shè)置。 （ 8）拖動(dòng)：鼠標(biāo)點(diǎn)取并在屏幕上移動(dòng)機(jī)構(gòu)。乃基礎(chǔ) :即大地或者機(jī)架，它是一個(gè)固定不移動(dòng)的零件。它是定義并限制相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的關(guān)系。 Pro/E 運(yùn)動(dòng)仿真的基本術(shù)語 在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真過程中經(jīng)常會(huì)用到以下的基本術(shù)語： （ 1）放置約束：件中放置元件并限制該元件是否運(yùn)動(dòng)的圖元。 （ 6）多種形式輸出 Pro/E 運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果可以以多種格式進(jìn)行輸出，這些形式主要有 MPEG、Animated GFI 以及 VRML 等。 （ 4）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué) /機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué) /機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 (Kinematic/Dynamci Analysis)按輸入的時(shí)間和步數(shù)進(jìn)行仿真分析。使用者可以根據(jù)需要選擇無運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)函數(shù)、恒定運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)以及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)等 5 種可能的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)中的一種。而機(jī)構(gòu)又是由構(gòu)件組合而成的，其中每個(gè)構(gòu)件都是以一定的方式至少與另一個(gè)構(gòu)件相連接，這種連接既使兩個(gè)構(gòu)件 直接接觸，又使兩個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。虛擬樣機(jī)技術(shù)采用了計(jì)算機(jī)仿真與虛擬技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上通過 CAD/CAM/CAE 等技術(shù)把產(chǎn)品的資料集成到一個(gè)可視化的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的仿真、分析。 （ 1） 虛擬制造 (VM) 虛擬制造采用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，以新產(chǎn)品及其制造系統(tǒng)的全局最優(yōu)化為目標(biāo)，通過仿真模型，在計(jì)算機(jī)上仿真生產(chǎn)全過程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工藝規(guī)程、加工制造、裝配和調(diào)試，預(yù)估產(chǎn)品的功能、性能和加工性等方面可能存在的問題，從而更加有效地組織生產(chǎn)，增強(qiáng)決策與控制水平，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 正是基于這些優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)仿真方法能優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低實(shí)驗(yàn)成本，減少失敗風(fēng)險(xiǎn)，提高預(yù)測(cè)能力。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) ： （ 1）模型參數(shù)任意調(diào)整：模型參數(shù)可根據(jù)要求通過計(jì)算機(jī)程序隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整、修改或補(bǔ)充，使人們能掌握各種可能的仿真結(jié)果，為進(jìn)一步完善研究方案提供了極大的方便。就應(yīng)用領(lǐng)域方面而言，計(jì)算機(jī)仿真己由航空航天轉(zhuǎn)向 制造業(yè)，并從研究制造對(duì)象 (產(chǎn)品 )的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及加工、裝配過程，擴(kuò)大到研究制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，并進(jìn)一步擴(kuò)大到后勤供應(yīng)、庫存管理、產(chǎn)品開發(fā)過程的組織、產(chǎn)品測(cè)試等，涉及到企業(yè)制造活動(dòng)的各個(gè)方面。 圖 3— 14 滑動(dòng)桿約束 圖 3— 15 滑塊的放置 本章小結(jié) 本章首先就 Pro/E 軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，然后又對(duì)溝槽凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，最后進(jìn)行機(jī)構(gòu)部零件的實(shí)體建模和裝配。 圖 3— 11 銷釘約束 圖 3— 12 連桿的放置 ○ 5 單擊工具欄中的 （裝配）工具，在彈出的“打開（ Open）”對(duì)話框中選擇 *： \? \結(jié)果→ ，單擊 按鈕。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模與裝配 16 圖 3— 9 銷釘約束 單擊 （確認(rèn)）按鈕，完成擺桿的放置，如圖 3— 10 所示。在“元件放置（ Component Placement）”操控板的對(duì)話欄中單擊“預(yù)定義集（ Predefine Set）” 列表，在列表中選擇“銷釘（ Pin）”選項(xiàng)，設(shè)置如圖 3— 7 所示的約束。在出 現(xiàn)“新文件選項(xiàng)（ New File Options）”對(duì)話框中選擇“ mmns_asm_design”作為模板，單擊 按鈕，即進(jìn)入裝配環(huán)境，此時(shí)工作區(qū)顯示坐標(biāo)系 ASM_DEF_CSYS及基準(zhǔn)平面 ASM_FRONT、 ASM_RIGHT、 ASM_TOP。用戶在進(jìn)行裝配規(guī)劃時(shí) ，可以隨意的調(diào)入任意裝配模型進(jìn)行零部件的拆卸與路徑的調(diào)整，并可以根據(jù)個(gè)人的意愿任意的選擇所要拆卸的零部件數(shù)目，如果用戶不想繼承建模者所建立的裝配模型，也可以很方便的打破原有模型的子裝配體等框架進(jìn)行裝配。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模與裝配 14 （ 3）裝配規(guī)則 裝配規(guī)劃即裝配工藝規(guī)劃形象的描述，就是指裝配過程中按要求制定的裝配計(jì)劃，它研究產(chǎn)品裝配體是用什么工具、沿怎樣的路徑、按照怎樣的次序裝配起來的。裝配工藝路徑規(guī)劃模塊可依據(jù)該語義信息按照一定的判別使序列規(guī)劃更合理更具智能型，如遇到的子裝配體是標(biāo)準(zhǔn)件 (如軸承 )或作為整體的外購(gòu)裝配體，則當(dāng)作不可拆分的零件處理直接拆卸 ； 如遇到聯(lián)接件、緊固件則應(yīng)當(dāng)首先拆卸。這些約束在建立裝配模型，確定零部件在裝配體中的相對(duì)空間位置時(shí)就建立起來了。我們可以看出，定量約束的量為零時(shí)，定量約束就轉(zhuǎn)化為定性約束，這種性質(zhì)使約束可以替代、 簡(jiǎn)化、分解。如兩平面的距離、兩線間的夾角等，能用數(shù)量來表達(dá)。這種關(guān)系可以通過約束關(guān)系來描述，這種約束關(guān)系最終反映到零件的最基本的元素上：一個(gè)裝配約束作用于兩個(gè)零件，實(shí)質(zhì)上就是約束分屬于兩個(gè)零件上的兩個(gè)幾何元素，這些幾何元素主要有點(diǎn)、直線、二次曲線、平面、二次曲面等，它可以是零件上實(shí)際存在的元素，也可以是零件的延伸或擴(kuò)展，或者說是零件的虛擬部分，如基準(zhǔn)和參考元素等。只有這樣，裝配體才能完成人們賦予它的預(yù)期功能。 Pro/Engineer 是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（ Ribs）、槽（ Slots）、倒角（ Chamfers）和抽空（ Shells）等，采用這種手段來建立形體，對(duì)于 使用者 來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。 Pro/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模與裝配 10 3 凸輪機(jī)構(gòu)的 實(shí)體建模與裝配 Pro/E 軟件簡(jiǎn)介 Pro/E（ Pro/Engineer 操作軟件）是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（ Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱 PTC）的重要產(chǎn)品。 由原理示意圖可作出 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件平面槽凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)（以后簡(jiǎn)稱為溝槽凸輪機(jī)構(gòu)） 的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。在第二種方案中滑塊和凸輪機(jī)構(gòu)是并排的，不易連接，因此在兩者間加了個(gè)連桿。但正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律用于 升 — 停 — 回 — 停 運(yùn)動(dòng)時(shí)，在推程與回程的連接點(diǎn)處，躍度從有限的正值變?yōu)樨?fù)值，因而加速度曲線不連續(xù)。 式中“ +”號(hào)用于外包絡(luò)線，“ ”號(hào)用于內(nèi)包絡(luò)線。 由圖可知， B 點(diǎn)的坐標(biāo)（ x， y）分別為： x=asin? ﹣ lsin（ ? + 0? +? ） y=acos? ﹣ lcos（ ? + 0? +? ） () 從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪的實(shí)際輪廓線是以理論輪廓線上各點(diǎn)為圓心作一系列滾子圓，然后作該圓族的包絡(luò)線得到的。 下面介紹的是 滾子擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪輪廓曲線參數(shù)方程的建立 ： 圖 2— 1 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 圖 2— 1 所示為一擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。目前精確設(shè)計(jì)凸輪輪廓的方法有包絡(luò)法、速度瞬心法、等距曲面法等等 。傳統(tǒng)的凸輪輪廓設(shè)計(jì)方法通常 采用作圖法或解析計(jì)算的方法描點(diǎn)。 實(shí)際凸輪時(shí)應(yīng)保證凸輪實(shí)際廓線的最小曲率半徑不小于某一許用值。 從動(dòng)件偏置方向選擇的原則是 ： 若凸輪逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，則應(yīng)使從動(dòng)件軸線偏于凸輪軸心右側(cè) ； 若凸輪順時(shí)針回轉(zhuǎn)，則應(yīng)使從動(dòng)件軸線偏于凸輪軸心左側(cè)。壓力角的變化就不同。為了保證凸輪機(jī)構(gòu)順利工作，規(guī)定了壓力角的許用值 ??? ，在使? ??? ?max 的前提下，選取盡可能小的基圓半徑。同時(shí)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，除了使機(jī)構(gòu)具有良好的受力狀況外，還希望機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊。一般來講，這些參數(shù)的選擇，除應(yīng)保證使從動(dòng)件能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律外，還應(yīng)當(dāng)使機(jī)構(gòu)具有良好的受力狀況和緊湊的尺寸。凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸之間互相影響、互相制約，所以如何合理地設(shè)計(jì)這 些基本尺寸，也是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中要解決的重要問題。這種曲線要求機(jī)械加工的準(zhǔn)確性高于其他曲線。但當(dāng)這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律用于 升 — 停— 回 — 停 運(yùn)動(dòng)時(shí)，在行程的起始和終止位置因加速度突變而仍有柔性沖擊。因此在選擇或設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，必須根據(jù)使用場(chǎng)合、工作條件等分清主次，綜合考慮。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)基木尺寸和凸輪輪廓之前，必須根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的工作性能要求選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程式，選擇不同的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律將直接影響凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸設(shè)計(jì)、輪廓設(shè)計(jì)及