【正文】 配 12 裝配原理 簡介 與 裝配模型 的 建立 Pro/E 仿真裝配原理介紹 （ 1）裝配模型的配合聯(lián)接信息 裝配體的配合聯(lián)接信息即為構(gòu)成裝配體的所有零部件間的互相關(guān)聯(lián)的信息，它包括三維幾何約束和拓?fù)渎?lián)接關(guān)系。綜合了以上幾種定性和定量的約束，可以將它們歸納成如表所示的面向工程的約束形式，即為 Pro/E 中提供的裝配約束形式，零部件之間的三維幾何約束信息的總和。同時(shí)也可以通過實(shí)時(shí)仿真功能可視化的驗(yàn)證規(guī)劃的合理性與可行性，由于在這個模塊中采用了一種特殊的動畫生成模式，所以在整個仿真過程中，整個界面保持了激活狀態(tài)，便于用戶隨時(shí)調(diào)整視角進(jìn)行觀察。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(xiàng)，設(shè)置如圖 3— 13 所示的約束。目前，無論在科學(xué)研究還是技術(shù)開發(fā)或工業(yè)設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)仿真方法都顯示出強(qiáng)大的威力，已成為人們研究復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)不可或缺的一種手段。 （ 2）關(guān)節(jié)運(yùn)動分析 當(dāng)使用者只需要了解某一關(guān)節(jié)的運(yùn)動情況時(shí)，可 以選擇分析工具條中的關(guān)節(jié)運(yùn)動分析圖標(biāo)，并輸入步長和步 數(shù)進(jìn)行分析。聯(lián)接的作用是約束構(gòu)件之間的相對運(yùn)動，減少機(jī)構(gòu)的總自由 度。 圖 4— 3 凸輪 2 曲面 圖 4— 4 凸輪從動機(jī)構(gòu)連接 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 23 （ 2）定義伺服電動機(jī) 單擊工具欄中的 （伺服電機(jī)）工具，系統(tǒng)彈出“伺服電動機(jī)定義（ Servo Motor Definition）”對話框，在“類型（ Type）”選項(xiàng)卡中選擇“運(yùn)動軸（ Motion Axis）”，如圖 4— 5 所示，然后在工作區(qū)點(diǎn)選如圖 4— 4 所示的運(yùn)動軸，保證凸輪沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)方向可根據(jù)右 手螺旋定則判斷），否則需反向。加速度在回程先 減小后增大然后又減小，在推程過程中加速度先增大后減小然后有增大 。 他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，我的指導(dǎo)老師一直給予的細(xì)心指導(dǎo)，還有其它老師和同學(xué)在提供幫助，在此表示衷心的感謝。 然后單擊該對話框中的 （圖形）工具，系統(tǒng)彈出“圖形工具（ Graph tool）”窗口，如圖 4— 16 所示，在該窗口中顯示了凸輪機(jī)構(gòu)從動件的位移曲線、速度曲線和加速度曲線。 （ 1） 定義凸輪機(jī)構(gòu)連接 單擊工具欄中的 （凸輪）工具，系統(tǒng)彈出“凸輪從動機(jī)構(gòu)連接定義（ CamFollower Connection Definition）”對話框，在“凸輪 1（ Cam1）”選項(xiàng)卡中鉤選“自動選?。?Auto select）”復(fù)選框，如圖 4— 1 所示。 （ 2）自由度 ： 構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目 (或是確定構(gòu)件位置所需要的獨(dú)立參變量的數(shù)目 )稱為構(gòu)件的自由度。創(chuàng)建機(jī)構(gòu)的過程與零件裝配的過程極為相似。這使得計(jì)算機(jī)仿真與通常的實(shí)物實(shí)驗(yàn)相比，具有運(yùn)行費(fèi)用低、無風(fēng)險(xiǎn)以及方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。 圖 3— 10 擺桿的放置 ○ 4 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。 裝配規(guī)劃研究的重點(diǎn)是裝配過程設(shè)計(jì)。定量約束有時(shí)也隱含著定性約束，如兩平面間的距離約束首先必須要求兩平面平行，才可能有平面之間的距離，這種平行約束就是一種定性約束。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上 。為此本為選取的凸輪機(jī)構(gòu)從動件的運(yùn)動規(guī)律為修正正弦加速度規(guī)律。 包絡(luò)法利用凸輪和從動件的幾何關(guān)系導(dǎo)出接觸點(diǎn)的軌跡方程 ； 速度瞬心法利用凸輪和從動件瞬時(shí)速度中心確定凸輪和從動件在某一瞬時(shí)接觸點(diǎn)的位置。若推程壓力角減小，則回程壓力角將增大，即通過增加偏距來減小推程壓力角，是以增大回程壓力角為代價(jià)的。 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計(jì)問題是在給定從動件運(yùn)動規(guī)律和許用壓力角的條件下尋求一組適用的尺寸，從而使設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)性能佳、壽命長。 從動件常用的基本運(yùn)動規(guī)律 幾種常見的基木運(yùn)動規(guī)律有三角函數(shù)運(yùn)動規(guī)律 (簡諧運(yùn)動規(guī)律、擺線運(yùn)動 規(guī)律及雙諧運(yùn)動規(guī)律等 )； 簡單多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律 ； 等速運(yùn)動規(guī)律 (一次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律 )、等加等減速運(yùn)動規(guī)律 (二次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律 )等。并加強(qiáng)了對凸輪機(jī)構(gòu)動力學(xué)和振動方面的研究和標(biāo)準(zhǔn)化研究，發(fā)展成批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)凸輪機(jī)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展凸輪機(jī)構(gòu) CAD/CAM 系統(tǒng)。此外，上海交通大學(xué)、大連輕工業(yè)學(xué)院、合肥工業(yè)大學(xué)和山東大學(xué) (山東工業(yè)大學(xué) )等在理論應(yīng)用研究方面都取得了很多具有國際或國內(nèi)先進(jìn)水平的科研成果。這種現(xiàn)象在凸輪的設(shè)計(jì)中尤為突顯。 我國凸輪機(jī)構(gòu) CAD/CAM 的研究現(xiàn)狀 我國凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)的理論研究己經(jīng)達(dá)到了較高的水平，為凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的 理論基礎(chǔ)。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒論 3 本文意義 對凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真，可以根據(jù)仿真結(jié)果以及碰撞干涉檢查，對設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)等方面的修改，大大簡化機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費(fèi)用，同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量。 (2)等加速等減速運(yùn)動規(guī)律的速度曲線連續(xù)，在所有曲線中其最大加速度值為最小，但在從動件行程的開始、終止和由正加速度變?yōu)樨?fù)加速度的中間位置，加速度的有限值突變將導(dǎo)致柔性沖擊，因而不能在中、高速場合使用。 壓力角是衡量凸輪機(jī)構(gòu)傳力特性好壞的一個重要參數(shù)。而當(dāng)凸輪廓線為外凸廓線時(shí)，實(shí)際廓線的曲率半徑 a? 、理論廓線的曲率半徑 ? 、滾子半徑 rr 三者之間的關(guān)系是 a? =? ﹣ rr ，當(dāng) ? =rr 時(shí)，則 a? =0，即實(shí)際廓線將出現(xiàn)尖點(diǎn)，由于尖點(diǎn)處極易磨損，故不能實(shí)用 ； 若 ? r r ，則 a? 0，這時(shí)實(shí)際廓線將出現(xiàn)交叉，當(dāng)進(jìn)行加工時(shí)，交點(diǎn)以外的部分將被刀具切去，使凸輪廓線產(chǎn)生過度切割，致使從動件不能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為運(yùn)動失真。當(dāng)從動件處于起始位置時(shí)， 滾子中心處于 B0 點(diǎn)，擺桿與連心線 OA0之間的夾角為 0? ；當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過 ? 角后，從動件擺過 ? 角。其中主動件為由電動機(jī)驅(qū)動的溝槽凸輪，從動件為由溝槽凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動連桿 滑塊機(jī)構(gòu) 中的擺桿，運(yùn)動輸出端為滑塊。 三維幾何約束就是裝配體內(nèi)各零部件的幾何配合關(guān)系，它把零部件約束在某個三維幾何空間中，使這些零部件只能在此特定的三維空間中或固定或運(yùn)動。三維幾何約束是維系裝配體中各零部件間的空間位置和相對運(yùn)動的紐帶。 裝配模型建立 （ 1） 設(shè)置工作目錄 依次單擊主菜單中的“文件（ File）”→“設(shè)置工作目錄（ Set Working Directory...）”命令 ,在彈出“選取工作目錄（ Select Working Directory）”對話框中選擇 *： \? \結(jié)果，單擊 按鈕。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模與裝配 17 圖 3— 13 銷釘約束 在“元件放置（ Component Placement）”操控板中單擊“放置（ Placement）”上滑面板，單擊該上滑面板中的“新設(shè)置（ New Set）”，然后在對話欄中單擊“預(yù)定義集（ Predefine Set）”列表，在列表中選擇“滑動桿（ Slider）”選項(xiàng)，設(shè)置如圖 3— 14 所示的約束。 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為一門新興的高科技技術(shù)，在制造業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造，東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 19 尤其在航空、航天、國防及其他大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的研制開發(fā)過程中，一直是不可缺少的工具，它在減少損失、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮了巨大的作用。 （ 3）靜力學(xué)分析 靜力學(xué)分析 (Static Analysis)將模型移動到平衡位置，并輸入運(yùn)動副上的反作用力。 （ 5）環(huán)連接：加到運(yùn)動環(huán)中的最后一個連接。 圖 4— 5 “伺服電動機(jī)定義”對話框一 接著單擊“輪廓（ Profile）”選項(xiàng)卡，在“規(guī)范（ Specification）”欄中選擇“速度（ Velocity）”，模的大小 A： 300，如圖 4— 6 所示，單擊 按鈕，完成伺服電動機(jī)的定義。 由圖形曲線可知從動件的實(shí)際運(yùn)動規(guī)律和修正正 弦 規(guī)律一致。同時(shí)，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中我也學(xué)到了許多 生活方面 的知識 ?？傊?，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)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 27 圖 4— 14 “測量定義”對話框 圖 4— 15 “測量結(jié)果”對話框 （ 2）測量結(jié)果 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(shí)間（ Measure vs. Time）”，在“測量（ 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。 Pro/E 運(yùn)動仿真的步驟 Pro/E 運(yùn) 動仿真的步驟的流程圖： 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 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)動仿真環(huán)境，進(jìn)行機(jī)構(gòu)環(huán)境的設(shè)置。 Pro/E 運(yùn)動仿真的基本術(shù)語 在機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真過程中經(jīng)常會用到以下的基本術(shù)語： （ 1）放置約束：件中放置元件并限制該元件是否運(yùn)動的圖元。而機(jī)構(gòu)又是由構(gòu)件組合而成的，其中每個構(gòu)件都是以一定的方式至少與另一個構(gòu)件相連接，這種連接既使兩個構(gòu)件 直接接觸，又使兩個構(gòu)件產(chǎn)生一定的相對運(yùn)動。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還有以下幾個優(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。 東華理工大學(xué)長江學(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。 東華理工大學(xué)長江學(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。如兩平面的距離、兩線間的夾角等，能用數(shù)量來表達(dá)。 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)。但正弦加速度運(yùn)動規(guī)律用于 升 — 停 — 回 — 停 運(yùn)動時(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)。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 。壓力角的變化就不同。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。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件的運(yùn)動規(guī)律方程式，選擇不同的從動件運(yùn)動規(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)及凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能等。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，致力于尋求凸輪機(jī)構(gòu)的精確解和使凸輪曲線多 樣化，以適應(yīng)新的要求。天津大學(xué)關(guān)于分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究，得到了國家自然科學(xué)基金的支持 ； 研究開發(fā)的兩片式平行分度凸輪機(jī)構(gòu)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。針對這一問題，本課題利用 Pro/E 軟件中的運(yùn)動仿真模塊對凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動進(jìn)行模擬仿真。當(dāng)今，凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)己廣泛采用解析法并借助于計(jì)算機(jī)來完成，數(shù)控機(jī)床用于凸輪加工也有很長的歷史。 本章小結(jié) 首先本章對課題的研究背景進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，然后又對本文的研究內(nèi)容和 本文 意義進(jìn)行介紹。 (3)余弦加速度運(yùn)動規(guī)律消除了行程中間位置的加速度突變，且易于計(jì)算和加工，在中速時(shí)也能獲得合理的從動件的運(yùn)動。從減小推力、避免自鎖，使機(jī)構(gòu)具有良好的受力狀況來看，壓力角應(yīng)越小越好。 為了避免凸輪實(shí)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? 。由反轉(zhuǎn)法原理作圖可以看出，此時(shí)