【正文】 圖 這個機構(gòu)由兩部分組成：溝槽凸輪和連桿 滑塊機構(gòu) 。 機構(gòu)簡介 本文要求機構(gòu)輸出端能實現(xiàn) 升 — 停 — 回 — 停 的往復(fù)運動 ， 并要求 行程的起始和終止位置加速度無突變，加速度曲線 連續(xù)，無柔性沖擊，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。已知凸輪機構(gòu)轉(zhuǎn)動軸心 O與擺桿擺動軸心 A0 間的中心距為 a，擺桿長度為 l，選取直角坐標(biāo)系 XOY 如圖2— 1 所示。作圖法雖簡便易行，但其效率低，繪出的凸輪輪廓不夠準(zhǔn)確。 凸輪 滾子 半徑 當(dāng)凸輪廓線為內(nèi)凹廓線時，實際廓線的曲率半徑 a? 、理論廓線的曲率半徑? 、滾子半徑 rr 三者之間有如下的關(guān)系 ： a? =? +rr 。推薦推程的許用壓力角為：移動推桿 ??? =30 0 ~38 0 ；當(dāng)要求凸輪尺寸盡可能小時可取 ??? =450 ；擺動推桿??? =400 ~450 ；回程時，由于推桿通常受力較小而無自鎖問題，故許用壓力角可以取大一點，通常取 ??? =700 ~800 。 凸輪機構(gòu)壓力角和基圓半徑 凸輪壓力角是從動件運動 (速度 )方向與傳動軸線方向之間的夾角。正弦加速度運動規(guī)律廣泛用于中速凸輪機構(gòu)，但不適于高速場合。下面是一些常用運動規(guī)律的適用場合： (l)等速運動規(guī)律在很多情況下能滿足凸輪機構(gòu)推程的工作要求，但是在從動件行程的開始和終止位置存在剛性沖擊，是運動特性最差的曲線，所以等速運動規(guī)律很少單獨使用，且不適用于中、高速。從動件的運動情況，是由凸輪輪廓曲線的形狀決定的。首先介紹了溝槽凸輪的設(shè)計，然后在 Pro/E 軟件中實現(xiàn)其實體建模和裝配，最后才對裝配好的溝槽凸輪機構(gòu)進行運動仿真，并對仿真結(jié)果進行了分析。 60 年代后，對凸輪的研究逐步成熟起來，出現(xiàn)了較完整的運動規(guī)律的設(shè)計，在梯薩爾的著作中就采用了多項式運動規(guī)律。這樣就在無形中制約著我國凸輪機構(gòu)設(shè)計和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸輪機構(gòu)必須依賴進口的被動局面 。 我國以前對凸輪機構(gòu)深入系統(tǒng)地研究較少，僅在內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)有較深入研究。 傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計過程中重復(fù)計算、重復(fù)建模等工作量很大，一直困擾著產(chǎn)品開發(fā)人員，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和效率。工程中，幾乎所有簡單的、復(fù)雜的重復(fù)性機械動作都可由凸輪機構(gòu)或者 包括凸輪機構(gòu)的組合機構(gòu)來實現(xiàn)。 盡管我國對凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究也有多年的歷史，對凸輪機構(gòu) 的設(shè)計、運動規(guī)律、輪廓線、動力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計等方面的研究都取得了很多科研成果。迄今為止我國凸輪機 構(gòu)CAD/CAM 技術(shù)仍未得到有效的推廣應(yīng)用。美國、日木等國家的一些凸輪制造企業(yè)開發(fā)了供木企業(yè)使用的凸輪 CAD/CAM 系統(tǒng)，有的還形成了商業(yè)化軟件，如日木 SUNCALL 公司開發(fā)的 HYMOCAM 系統(tǒng)等。所謂凸輪曲線并不是凸輪輪廓的形狀曲線，而是凸輪驅(qū)動從動件的運動曲線。 從動件運動規(guī)律的選取原則 從動件運動規(guī)律的選擇或設(shè)計，涉及到許多因素。 (4)正弦加速度運動規(guī)律用于升 — 停 — 回 — 停運動 時，從動件在行程的起始和終止位置加速度無突變，因而無柔性沖擊，有利于機構(gòu)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。溝槽凸輪機構(gòu)主要設(shè)計參數(shù)有 ： 基圓半徑和偏距，滾子半徑，擺桿長度等。因此，要獲得輕便緊湊的凸輪機構(gòu)，就應(yīng)當(dāng)使基圓半徑盡可能地小。在設(shè)計凸輪機構(gòu)時，如果壓力角超過了許用值、而機械的結(jié)構(gòu)空間又不允許增大基圓半徑，則可通過選取從動件適當(dāng)?shù)钠梅较騺慝@取較小的推程壓力角。 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 凸輪輪廓設(shè)計 實現(xiàn)從動件運動規(guī)律主要依賴于凸輪輪廓曲線形狀，因而輪廓曲線設(shè)計是凸輪機構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。在滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中，凸輪的實際廓線是以 理論廓線上各點為圓心、作一系列滾子圓，然后作該圓族的包絡(luò)線得到的。所以如果已知理論輪廓線上東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 凸輪機構(gòu)設(shè)計分析 8 任意一點 B 的坐標(biāo)（ x， y）時，只要沿理論輪廓線在該點的法線方向取距離為rr ，即可得到實際輪廓線上相應(yīng)點 B′的坐標(biāo)值（ x′， y′）。 在設(shè)計具體的凸輪機構(gòu)時，本文考慮了兩種方案：第一種是滑塊直接與凸輪連接的空間凸輪機構(gòu)，第二種是凸輪與滑塊并排的平面溝槽凸輪機構(gòu)。 (2)介紹了常用凸輪機構(gòu)壓力角、基圓半徑、偏距和 滾子 半徑等基本尺寸的設(shè)計要求。 Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。這些約束包括設(shè)計變量約束和三維幾何約束，設(shè)計變量約束控制裝配體中零件的實 體，三維幾何約束確定零件的位置。定性約束不能修改 (Modify)，只能重新定義（ Redefine)；定量約束的量可以修改，這種定量約束的可變性就是三維幾何約束的動態(tài)性。 （ 2）裝配模型中的語義信息 裝配模型中的語義信息即附加于裝配模型的一些輔助語義信息，它在裝配模型中也同樣具有比較重 要的作用。裝配過程設(shè)計相當(dāng)復(fù)雜，它不但要受零部件設(shè)計的幾何和功能的影響，而且受制造、裝配過程以及經(jīng)濟性的影響。在“元件放置（ Component Placement）”操控板的對話欄中單擊“約束（ Constraint）”列表，在列表中選擇“缺?。?Default）”項，單擊 （確認(rèn)）按鈕，完成主體零件的放置，如圖 3— 6所示。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— 11 所示的約束。所以計算機仿真是通過對系統(tǒng)模型的實驗去研究一個真實系統(tǒng)。 （ 2）系統(tǒng)模型快速求解：利用計算機，在較短時間內(nèi)就能知道仿真運算的結(jié)果 (數(shù)據(jù)或圖像 )。 （ 2） 虛擬產(chǎn)品開發(fā) (VPD) 虛擬產(chǎn)品開發(fā)是實際產(chǎn)品開發(fā)過程在計算機上的本質(zhì)實現(xiàn)，即采用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在計算機上群組協(xié)同工作，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗等。與其他的軟件相比較，用 Pro/E 做運動仿真的主要特點如下： 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 20 （ 1）運動輸入 運動輸入 (Motion Input)是賦給運動副控制運動的運動副參數(shù)。 （ 5）設(shè)計位置和裝配位置 模型的裝配位置可能不同于模型的設(shè)計位置。 （ 3）主體：元件或相對不動的一組元件。在一個運動仿真機構(gòu)中，可以定義多個基礎(chǔ)。 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 22 圖 4— 1 “凸輪 從動機構(gòu)連接定義”對話框 點選如圖 4— 2 所示的曲面作為凸輪 1 的曲面，然后單擊“選?。?Select）”對話框中的 按鈕。 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 25 圖 4— 8 “分析定義”對話框 分析 （ 1）測量定義 單擊工具欄中的 （測量）工具，統(tǒng)彈出“測量結(jié)果（ Measure Results）”對話框，如圖 4— 9 所示，在該對話框中單擊對話框 中的 （新建）工具，系統(tǒng)彈出“測量定義（ Measure Definition）”對話框，如圖 4— 10 所示。 圖 4— 16 從動件實際運動規(guī)律 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 28 從圖 4— 16 所示可知：凸輪是逆時針方向旋轉(zhuǎn)，經(jīng)回程到近程休止，再經(jīng)推程到遠(yuǎn)程休止，如此循環(huán)運動。 這 說明此凸輪機構(gòu)能 夠精確輸出 本文所要求 的運動規(guī)律 。 由于本人知識面較窄，加上時間比較倉促缺乏實踐經(jīng)驗，設(shè)計中難免出現(xiàn)錯誤或不足之處，還望各位老師和同學(xué)批評指正，不勝感激。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 參考文獻(xiàn) 32 參考文獻(xiàn) [1] Xing Yingjie. 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[9] 譚雪松，張青，賴春林． 機械工程師 Pro/ENGINEER Wildhre 中。 指導(dǎo) 老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(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)新的進取精神 對我產(chǎn)生重要影響。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 結(jié)論 30 結(jié) 論 經(jīng)過幾個多月的忙碌后，終于完成了本設(shè)計課題的各項任務(wù)。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)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 凸輪機構(gòu)的運動仿真 26 圖 4— 11 點選運動軸 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）”。最后單擊“凸輪從動機構(gòu)連接定義（ CamFollower Connection Definition）”對話框中的 按鈕，完成凸輪從動機構(gòu)連接的定義，如圖 4— 4 所示。 （ 8）拖動：鼠標(biāo)點取并在屏幕上移動機構(gòu)。它是定義并限制相對運動的構(gòu)件的關(guān)系。 （ 6）多種形式輸出 Pro/E 運動仿真的結(jié)果可以以多種格式進行輸出，這些形式主要有 MPEG、Animated GFI 以及 VRML 等。使用者可以根據(jù)需要選擇無運動驅(qū)動、運動函數(shù)、恒定運動、簡諧運動驅(qū)動以及關(guān)節(jié)運動驅(qū)動等 5 種可能的運動驅(qū)動中的一種。虛擬樣機技術(shù)采用了計算機仿真與虛擬技術(shù)，在計算機上通過 CAD/CAM/CAE 等技術(shù)把產(chǎn)品的資料集成到一個可視化的環(huán)境中，實現(xiàn)產(chǎn)品的仿真、分析。 正是基于這些優(yōu)點，計算機仿真方法能優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，降低實驗成本，減少失敗風(fēng)險，提高預(yù)測能力。就應(yīng)用領(lǐng)域方面而言，計算機仿真己由航空航天轉(zhuǎn)向 制造業(yè)，并從研究制造對象 (產(chǎn)品 )的動力學(xué)、運動學(xué)特性及加工、裝配過程，擴大到研究制造系統(tǒng)的設(shè)計和運行，并進一步擴大到后勤供應(yīng)、庫存管理、產(chǎn)品開發(fā)過程的組織、產(chǎn)品測試等，涉及到企業(yè)制造活動的各個方面。 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— 7 所示的約束。用戶在進行裝配規(guī)劃時 ，可以隨意的調(diào)入任意裝配模型進行零部件的拆卸與路徑的調(diào)整，并可以根據(jù)個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行裝配。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