【文章內(nèi)容簡介】 () 實際輪廓線上對應(yīng)點 B′的坐標可由下式 求出： x′ =x? rr cos? y′ =y? rr sin? () 其中， cos? ， sin? 可由公 式（ ）求的 ： 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。 式中“ +”號用于外包絡(luò)線，“ ”號用于內(nèi)包絡(luò)線。 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)。為了達到這個要求，本文采用的方案為凸輪機構(gòu)。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?xùn)|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 9 速度規(guī)律。但正弦加速度運動規(guī)律用于 升 — 停 — 回 — 停 運動時，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)。為此本為選取的凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律為修正正弦加速度規(guī)律。 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)?？紤]到安裝尺寸和裝配要求，本文選取第二種方案。在第二種方案中滑塊和凸輪機構(gòu)是并排的，不易連接，因此在兩者間加了個連桿。具體的原理示意圖如 圖 2— 2 所示： 圖 2— 2 擺動滾子從動件平面槽凸輪連桿組合機構(gòu)原理示意圖 這個機構(gòu)由兩部分組成：溝槽凸輪和連桿 滑塊機構(gòu) 。其中主動件為由電動機驅(qū)動的溝槽凸輪，從動件為由溝槽凸輪機構(gòu)驅(qū)動連桿 滑塊機構(gòu) 中的擺桿，運動輸出端為滑塊。 其中 OB=245mm、 OD=550mm、 AB=220mm、 BC=380mm、CD=135mm。 由原理示意圖可作出 擺動滾子從動件平面槽凸輪連桿組合機構(gòu)（以后簡稱為溝槽凸輪機構(gòu)） 的機構(gòu)簡圖。機構(gòu)簡圖如圖 2— 3 所示： 圖 2— 3 溝槽凸輪機構(gòu)機構(gòu)簡圖 本章小結(jié) (1)分析了從動件基本運動規(guī)律和組合運動規(guī)律，歸 納了運動規(guī)律選取的原則。 (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。 (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。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 10 3 凸輪機構(gòu)的 實體建模與裝配 Pro/E 軟件簡介 Pro/E（ Pro/Engineer 操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（ Parametric Technology Corporation，簡稱 PTC）的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當今世界機械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn) 今最成功的 CAD/CAM 軟件之一。 Pro/E 第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。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/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機上 。 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。 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)）。 Pro/Engineer 是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(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)計方式。 零部件的實體建模 （ 1）溝槽凸輪的建模 溝槽凸輪零件的三維實體模型如圖 3— 1 所示： 圖 3— 1 溝槽凸輪 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 11 （ 2）擺桿的建模 擺桿零件的三維實體模型如圖 3— 2 所示： 圖 3— 2 擺桿 （ 3）連桿的建模 連桿零件的三維實體模型如圖 3— 3 所示： 圖 3— 3 連桿 （ 4）滑塊的建模 滑塊零件的三維實體模型如圖 3— 4 所示： 圖 3— 4 滑塊 （ 5）機架的建模 機架零件的三維實體模型如圖 3— 5 所示： 圖 3— 5 機架 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 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撲聯(lián)接關(guān)系。 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動。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。只有這樣，裝配體才能完成人們賦予它的預(yù)期功能。零部件間的這種關(guān)聯(lián)性和有機統(tǒng)一性體現(xiàn)于各個零部件間的約束之中。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。 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。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：一個裝配約束作用于兩個零件，實質(zhì)上就是約束分屬于兩個零件上的兩個幾何元素，這些幾何元素主要有點、直線、二次曲線、平面、二次曲面等，它可以是零件上實際存在的元素，也可以是零件的延伸或擴展，或者說是零件的虛擬部分，如基準和參考元素等。對這些虛擬元 素的約束其實也就是對實體零件的約束。 上面我們論述過，點、線、面等幾何元素之間的關(guān)系又存在著定性關(guān)系和定量關(guān)系兩種，所以我們又把約束分為定性約束和定量約束。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。如兩平面的距離、兩線間的夾角等，能用數(shù)量來表達。定量約束有時也隱含著定性約束，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。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。 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 13 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，基準面 非接觸共面（ Mate Offset） 有 平面，基準面 同向?qū)R（ Align） 無 平面，基準面，邊，軸線 同 向 距 離 對 齊 （ Align Offset） 有 平面，基準面，邊，軸線 坐標系對齊（ Coord Sys） 無 坐標系 插入（ Insert） 無 回轉(zhuǎn)面 同向（ Orient） 無 平面，基準 面 相切（ Tangent） 無 平面，基準面，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，基準面 點在邊上（ Edge on Srt） 無 邊，平面，基準面 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。我們可以看出，定量約束的量為零時，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、 簡化、分解。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。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動的紐帶。 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。這些約束在建立裝配模型，確定零部件在裝配體中的相對空間位置時就建立起來了。它們是裝配模型的重要組成信息之一。 （ 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。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。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準件 (如軸承 )或作為整體的外購裝配體，則當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)當首先拆卸。這些分類在實現(xiàn)裝配規(guī)劃時 有利于提高各個模塊的運算效率。還有零件的材料、重量、體積、重心與 熱處理方法等，也是屬于裝配模型中的語義信息。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 。 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 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。 裝配規(guī)劃研究的重點是裝配過程設(shè)計。裝配過程設(shè)計相當復(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。由于裝配設(shè)計是一個創(chuàng)造性相當強的過程，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。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。同時也可以通過實時仿真功能可視化的驗證規(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)，便于用戶隨時調(diào)整視角進行觀察。 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。 （ 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。在出 現(xiàn)“新文件選項（ New File Options）”對話框中選擇“ mmns_asm_design”作為模板，單擊 按鈕，即進入裝配環(huán)境，此時工作區(qū)顯示坐標系 ASM_DEF_CSYS及基準平面 ASM_FRONT、 ASM_RIGHT、 ASM_TO