【正文】 首先本章對課題的研究背景進行了詳細的介紹，然后又對本文的研究內(nèi)容和 本文 意義進行介紹。研究凸輪曲線的目的在于用最短時間、最圓滑、無振動、耗能少的方式來驅(qū)動從動件。因此，凸輪機構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵一步，是根據(jù)工作要求和使用場合，選擇或設(shè)計從動件的運動規(guī)律。除了需要滿足機械的具體工作要求外，還應(yīng)使凸輪機構(gòu)具有良好的動力特性，同時又要考慮所設(shè)計的凸輪廓線便于加工，這些因素又往往是互相制約的。 (3)余弦加速度運動規(guī)律消除了行程中間位置的加速度突變，且易于計算和加工，在中速時也能獲得合理的從動件的運動。但它用于 升 — 停 — 回 — 停 運動時，東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 凸輪機構(gòu)設(shè)計分析 4 在推程與回程的連接點處，躍度從有限的正值變?yōu)樨撝?，因而加速度曲線不連續(xù)。凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)選擇的不恰當(dāng)，則可能造成壓力角過大或產(chǎn)生運動失真現(xiàn)象。為提高凸輪機構(gòu)傳力效果，希望機構(gòu)在推程中壓力角盡量小。從減小推力、避免自鎖，使機構(gòu)具有良好的受力狀況來看，壓力角應(yīng)越小越好。而基圓半徑 r0 及偏距e 與凸輪壓力角 ? 有如下關(guān)系： tan? =0ssedds??? =220 ersedds???? (2— 1) 當(dāng)凸輪逆時針轉(zhuǎn)動、從動件偏于凸輪軸心左側(cè)或當(dāng)凸輪順時針轉(zhuǎn)動，從動件偏于凸輪軸心右側(cè)時，壓力角的計算公式： tan? =220 ersedds???? (2— 2) 由計算公式可知壓力角和基圓半徑兩者是互相制約的，在一般情況下，為了保證設(shè)計的凸輪機構(gòu)既有較好的傳力 特性又具有較緊湊的尺寸，設(shè)計時兩者應(yīng)同時考慮。 凸輪機構(gòu)的偏距 由式 (2— 1)和式 (2— 2)可看出，凸輪的轉(zhuǎn)動方向和從動件的偏置方向不同，增大偏距。即在移動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的情況下，選擇從動件偏置的主要目的是為了減小機構(gòu)推程時 的壓力角。為了避免凸輪實際廓線產(chǎn)生過度切割，有兩種途徑：一是減小滾子半徑 rr ；二是增大理論輪廓線的最小曲率半徑 min? 。凸輪機構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)便是凸輪輪廓曲線的設(shè)計。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。因此，實際廓線與理論廓線在法線方向處處等距，該距離均等于滾子半徑。由反轉(zhuǎn)法原理作圖可以看出，此時滾子中心將處于 B 點。 理論輪廓線上 B 點處的法線的斜率為 tan? =yxdd? = )()(?? dddd yx? () 實際輪廓線上對應(yīng)點 B′的坐標(biāo)可由下式 求出： x′ =x? rr cos? y′ =y? rr sin? () 其中 ， cos? ， sin? 可由公 式 （ ） 求的 ： 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 凸輪機構(gòu)設(shè)計分析 7 cos? =22 )()(???ddddddyxy?? sin? =22 )()(???ddddddyxx? () 將式 （ ） 代入式 （ ） 得到 ： x′ =x? rr22 )()(???ddddddyxy? y′ =y? rr22 )()(???ddddddyxx? () 式 （ ） 即為凸輪實際輪廓 曲 線方程。根據(jù)機構(gòu)運動的要求和凸輪機構(gòu)從動件運動規(guī)律的選取原則，本文選取的凸 輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律為正弦加速度規(guī)律。考慮到安裝尺寸和裝配要求，本文選取第二種方案。其中OB=245mm、 OD=550mm、 AB=220mm、 BC=380mm、 CD=135mm。 (3)對凸輪輪廓曲線設(shè)計進行簡單的分析，列出了凸輪輪廓曲線方程。另外 ， 它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。 Pro/Engineer 是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的 基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。裝配體中的各個零件是不可能孤立存在的，它總是和周圍的零件有聯(lián)系，各個零部件是有機的統(tǒng)一在一起的。 部件和部件之間的幾何空間關(guān)系籠統(tǒng)來說是一種拓撲聯(lián)接關(guān)系，它描述的是一個零件在另一個零件的內(nèi)部、外部、上面、下面等的定性關(guān)系和它們相互之間的距離、角度等定量關(guān)系。定性約束表示零件間的一種配合性質(zhì)，如兩平面共面，兩軸同線等，是一種零件接觸的關(guān)系，不能用數(shù)量來描述；定量約束表示零件之間的一種配合量。 表 3— 1 面向工程的約束分類 約束類型 約束量 約束元素 同向共面（ Mate） 無 平面，基準(zhǔn)面 非接觸共面（ Mate Offset） 有 平面，基準(zhǔn)面 同向?qū)R（ Align） 無 平面，基準(zhǔn)面，邊，軸線 同向距離對齊（ Align Offset） 有 平面，基準(zhǔn)面，邊，軸線 坐標(biāo)系對齊（ Coord Sys） 無 坐標(biāo)系 插入（ Insert） 無 回轉(zhuǎn)面 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 凸輪機構(gòu)的實體建模與裝配 12 同向（ Orient） 無 平面，基準(zhǔn) 面 相切（ Tangent） 無 平面，基準(zhǔn)面，邊，軸線，回轉(zhuǎn)面 點在線上（ Pnt on Line） 無 頂點，邊，軸線 點在面上（ Pnt on Srt） 無 頂點，平面，基準(zhǔn)面 點在邊上（ Edge on Srt） 無 邊，平面，基準(zhǔn)面 定性約束包括下面幾種：同向共面、反向共面、共線、共點、線在面內(nèi)、點在線上、點在面上、線面相切；定量約束包括面間距離、面間夾角、線間距離、線間夾角、點點距離、線面距離及夾角、點線距離。 一般來說，一個部件的定位必須由兩個或兩個以上的三維約束完成。如：把每個零部件分類，并冠以不同的類別名稱，這樣便于對不同類別零部件采取不同的處理方法。這些信息對零件的裝配特性有一定的影響，如體積 或重量很大的零件其裝配性能差；同 樣，體積很小的零件裝配性能也差 。由于裝配設(shè)計是一個創(chuàng)造性相當(dāng)強的過程，而目前計算機的創(chuàng)造能力仍無法與人的創(chuàng)造能力相比擬，所以，目前的裝配規(guī)劃基本上都是以自動裝配規(guī)劃為輔、以計算機輔助裝配規(guī)劃為主。 （ 2） 建立新的裝配文件 單擊工具欄中的 （新建）工具，彈出“新建（ New）”對話框，在“類型（ Type）”欄選擇“組件（ Assembly）”，在“子類型（ Subtype）”欄選擇 “設(shè)計（ Design）”，在“名稱（ Name）”處接受默認(rèn)名稱“ asm0001”，取消對“使用缺省模板（ Use default template）”復(fù)選框的勾選，單擊 按鈕。 圖 3— 6 主題零件的放置 ○ 2 單擊工具欄中的 （裝配）工具，在彈出的“打開（ Open）”對話框中選擇 *： \? \結(jié)果→ ，單擊 按鈕。在“元件放置（ Component Placement）”操控板的對話欄中單擊“預(yù)定義集（ Predefine Set）”列表，在列表中選擇“銷釘（ Pin）”選項，設(shè)置如圖 3— 9 所示的約束。 單擊 （確認(rèn)）按鈕，完成連桿的放置，如圖 3— 12 所示。 單擊 （確認(rèn)）按鈕，完成滑塊的放置，如圖 3— 15 所示。從 20 世紀(jì) 80 年代后期開始，計算機仿真在諸多方面都發(fā)生了十分重大的轉(zhuǎn)變 ： 仿真研究的對象己由對連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向離散事件系統(tǒng) ； 由重視實驗轉(zhuǎn)向重視建模與結(jié)果分析 ： 由強調(diào)并重視與人工智能結(jié)合轉(zhuǎn)向強調(diào)與圖形技術(shù)和對象技術(shù)結(jié)合，使仿真的交互性大大增強。計算機仿真技術(shù)是以數(shù)學(xué)理論、相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機和各種物理效 應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進行試驗研究的一門綜合性技術(shù)。 （ 3）運算結(jié)果可靠：只要系統(tǒng)模型、仿真模型和仿真程序是科學(xué)合理的，那么計算機的運 算結(jié)果一定是準(zhǔn)確無誤的。在從產(chǎn) 品的設(shè)計、制造至測試維護的整個生命周期中，計算機仿真技術(shù)貫穿始終。 （ 3） 虛擬樣機 虛擬樣機技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中，將分散的零部件設(shè)計和分析技術(shù)揉合在一起，在計算機上建造出產(chǎn)品的整體模型，并對該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進行仿真分析，預(yù)測產(chǎn)品的整體性能，進而改進產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。 Pro/E運動仿真簡介 Pro/E運動仿真的特點 在 Pro/E 中，我們可以通過對機構(gòu)添加運動副、驅(qū)動器使其運動起來，以實現(xiàn)機構(gòu)的運動仿真。當(dāng)創(chuàng)建或編輯調(diào)用一個運動副時，就會彈出運動驅(qū)動對話框。當(dāng)選擇靜力學(xué)分析后，時間和步數(shù)的輸入項將不可選。裝配位置與設(shè)計位置的區(qū)別 是 :裝配位置是在裝配機構(gòu)時產(chǎn)生的，與使用者裝配時所選取的配合面有關(guān) ； 而設(shè)計位置是使用者在運動仿真前人為設(shè)置的，使用者可以根據(jù)需要進行設(shè)定或者調(diào)節(jié)設(shè)計位置。這些預(yù)測都是基于非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論以及公認(rèn)的物理和工程原理。 （ 4）連接：成為聯(lián)接。 （ 6）接頭：連接類型，例如 :銷連接、滑塊桿連接等。 （ 7）運動：從驅(qū)動器的構(gòu)件運動方式。 （ 10）回放：錄并重新演示機構(gòu)運動。 圖 4— 2 凸輪 1 曲面 在“凸輪從動機構(gòu)連接定義（ CamFollower Connection Definition）”對話框中點選 “凸輪 2（ Cam2）”選項卡，并鉤選“自動選?。?Auto select）”復(fù)選框，接著點選如圖 4— 3所示的曲面作為凸輪 2 的曲面，然后單擊“選?。?Select）”對話框中的 按鈕。 圖 4— 6 “伺服電動機定義”對話框二 （ 3）定義快照 單擊工具欄中的 (拖動元件）工具，系統(tǒng)彈出“拖動（ Drag） ” 對話框，單擊對話框中的 ，然后單擊對話框中的 （快照）工具，拍下快照，名稱接受默認(rèn)： Snapshot1，如圖 4— 7所示， 然后單擊“選?。?Select）”對話框中的 按鈕，并單擊“拖動（ Drag）”對話框中的 按鈕，完成快照的定義。 圖 4— 9 “測量結(jié)果”對話框 圖 4— 10 “測量定義”對話框 在“測量定義（ Measure Definition）”對話框中的名稱接受默認(rèn)：“ xf1_位移”，“類型（ Type）”欄處選“位置（ Position）”，“評估方法（ Evaluation Method）”處選擇“每個時間步長（ Each Time Step）”，然后在工作區(qū)選擇如圖 4— 11 所示的運動軸，單擊對 話框中的按鈕，完成“ xf1_位移”的定義。 圖 4— 12 “測量定義”對話框 圖 4— 13 點選測量點 用同樣的方法進行該測量點的 Y 方向速度的定義，名稱為：“ xf5_速度”，“測量定義（ Measure Definition）”對話框如圖 4— 14 所示?；爻踢^程中位移逐漸減少，直到達到近程休止，近程休止內(nèi)位移不東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 凸輪機構(gòu)的運動仿真 27 變，推程過程中位移逐漸增大，直到達到遠程休止，遠程休 止內(nèi)位移不變。 在“測量結(jié)果（ Measure Results）”對話框中的“圖形類型（ Graph Type）”欄中選擇“測量與時間（ Measure vs. Time）”，在“測量（ Measure）”欄中按著 Ctrl鍵選擇“ xf4_行程”和“ xf5_速度”，鉤選“分別繪制測量 圖形（ Graph measures separately）”項，在“結(jié)果集（ Result Set）”欄中選中 AnalysisDefinition1，如圖 4— 17 所示。 本章小結(jié) 本章首先介紹了下計算機的仿真技術(shù)，然后較詳細的介紹了 Pro/E 軟件中的運動仿真模塊，最后詳細的介紹了凸輪機構(gòu)的運動仿真過程 ，并對結(jié)果進行了分析 。 當(dāng)然，也使我體味到設(shè)計工作是一項艱苦任務(wù)，必須具備吃苦耐勞的精神。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 致謝 29 致 謝 本文是在 指導(dǎo) 老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。 另外，我還要特別感謝 其它 師對我論文寫作的指導(dǎo)， 他們 為我完成這篇論文提供了巨大的