【正文】 點(diǎn)在線上（ Pnt on Line） 無 頂點(diǎn)，邊，軸線 點(diǎn)在面上（ Pnt on Srt） 無 頂點(diǎn)，平面，基準(zhǔn)面 點(diǎn)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(diǎn)、線在面內(nèi)、點(diǎn)在線上、點(diǎn)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(diǎn)點(diǎn)距離、線面距離及夾角、點(diǎn)線距離。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。對這些虛擬元素的約束其實(shí)也就是對實(shí)體零件的約束。 部件和部件之間的幾何空間關(guān)系籠統(tǒng)來說是一種拓?fù)渎?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。零部件間的這種關(guān)聯(lián)性和有機(jī)統(tǒng)一性體現(xiàn)于各個零部件間的約束之中。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(jī)的統(tǒng)一在一起的。 零部件的實(shí)體建模 （ 1）溝槽凸輪的建模 溝槽凸輪零件的三維實(shí)體模型如圖 3— 1 所示： 圖 3— 1 溝槽凸輪 12 （ 2）擺桿的建模 擺桿零件的三維實(shí)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(shí)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(shí)體模型如 圖 3— 4 所示： 圖 3— 4 滑塊 （ 5）機(jī)架的建模 機(jī)架零件的三維實(shí)體模型如圖 3— 5 所示： 圖 3— 5 機(jī)架 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。 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(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)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)）。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 。另外 ， 它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。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(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的 CAD/CAM 軟件之一。 (3)對凸輪輪廓曲線設(shè)計進(jìn)行簡單的分析，列出了凸輪輪廓曲線方程。機(jī)構(gòu)簡圖如圖 2— 3 所示： 圖 2— 3 溝槽凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡圖 10 本章小結(jié) (1)分析了從動件基本運(yùn)動規(guī)律和組合運(yùn)動規(guī)律，歸納了運(yùn)動規(guī)律選取的原則。其中 OB=245mm、 OD=550mm、 AB=220mm、 BC=380mm、CD=135mm。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(jī)構(gòu)原理示意圖 這個機(jī)構(gòu)由兩部分組成：溝槽凸輪和連桿滑塊機(jī)構(gòu)?？紤]到安裝尺寸和裝配要求，本文選取第二種方案。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。根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動的要求和凸輪機(jī)構(gòu)從動件運(yùn)動規(guī)律的選取原則，本文選取的凸輪機(jī)構(gòu)從動件的運(yùn)動規(guī)律為正弦加速度規(guī)律。 理論輪廓線上 B 點(diǎn)處的法線的斜率為 9 機(jī)構(gòu)簡介 本文要求機(jī)構(gòu)輸出端能實(shí)現(xiàn)升 — 停 — 回 — 停的往復(fù)運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。因此，實(shí)際輪廓線與理論輪廓線在法線方向上處處等距，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(diǎn)。已知凸輪機(jī)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。因此，實(shí)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。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速度中心確定凸輪和從動件在某一瞬時接觸點(diǎn)的位置。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。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。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)便是凸輪輪廓曲線的設(shè)計。 一般取 用解析法設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，通常是先根據(jù)機(jī)構(gòu)和強(qiáng)度條件選擇滾子半徑 rr ，然后校核 ，若不滿足，則應(yīng)增大基圓半徑重 新設(shè)計。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? 。 從動件偏置方向選擇的原則是：若凸輪逆時針回轉(zhuǎn)，則應(yīng)使從動件軸線偏于凸輪軸心右側(cè)；若凸輪順時針回轉(zhuǎn)，則應(yīng)使從動件軸線偏于凸輪軸心左側(cè)。在設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，如果壓力角超過了許用值、而機(jī)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。壓力角的變化就不同。 在實(shí)際工作中，一般都是先根據(jù)具體情況預(yù)選一個凸輪的基圓半徑，待凸輪輪廓曲線設(shè)計完成后，在檢查其最大壓力角是否滿足 ? ??? ?max 。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。因此，要獲得輕便緊湊的凸輪機(jī)構(gòu)，就應(yīng)當(dāng)使基圓半徑盡可能地小。同時設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，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。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)。一般來講，這些參數(shù)的選擇，除應(yīng)保證使從動件能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(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。溝槽凸輪機(jī)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。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)計這些基本尺寸，也是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中要解決的重要問題。 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計 凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸對凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、傳力性能都有重要的影響。這種曲線要求機(jī)械加工的準(zhǔn)確性高于其他曲線。 (4)正弦加速度運(yùn)動規(guī)律用于升 — 停 — 回 — 停運(yùn)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(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。但當(dāng)這種運(yùn)動規(guī)律用于升 — 停— 回 — 停運(yùn)動時，在行程的起始和終止位置因加速度突變而仍有柔性沖擊。 (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。因此在選擇或設(shè)計運(yùn)動規(guī)律時，必須根據(jù)使用場合、工作條件等分清主次，綜合考慮。 從動件運(yùn)動規(guī)律的選取原則 從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇或設(shè)計，涉及到許多因素。在設(shè)計凸輪機(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、輪廓設(shè)計及凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能等。一定輪廓曲線形狀的凸輪，能夠使從動件產(chǎn)生一定規(guī)律的運(yùn)動；反過來實(shí)現(xiàn)從動件不同的運(yùn)動規(guī)律，要求凸輪具有不同現(xiàn)狀的輪廓曲線，即凸輪的輪廓曲線與從動件所實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動規(guī)律之間存在著確定的依從關(guān)系。凸輪曲線特性優(yōu)良與否直接影響凸輪機(jī)構(gòu)的精度、效率和壽命。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(yùn)動曲線。 4 2 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計分析 從動件運(yùn)動規(guī)律的選取 運(yùn)動規(guī)律設(shè)計包括對所設(shè)計的凸輪機(jī)構(gòu)輸出件的運(yùn)動提出的所有給定要求。 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)計開發(fā)過程，縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費(fèi)用，同時提高產(chǎn)品質(zhì)量。 本文研究的主要內(nèi)容 本文研究的主要內(nèi)容是關(guān)于溝槽凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真。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。在機(jī)構(gòu)設(shè)計方面，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。對凸輪機(jī)構(gòu)的研究不斷向縱深方向發(fā)展，開始對凸輪進(jìn)行有限元分析及非線性問題的研究，同時，歐美各國學(xué)者對高速凸輪的研究也有新的突破，許多學(xué)者發(fā)表了關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、凸輪振動、動態(tài)響應(yīng)等方面的論文。 國外凸輪機(jī)構(gòu)及其 CAD/CAM 的研究現(xiàn)狀 自上世紀(jì)三十年代以來，人們就開始了對凸輪機(jī)構(gòu)的研究，并且研究工作隨著新技術(shù)、新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用在不斷深化。迄今為止我國凸輪機(jī)構(gòu)CAD/CAM 技術(shù)仍未得到有效的推廣應(yīng)用。我國發(fā)表的凸輪機(jī)構(gòu)CAD/CAM 方面的文獻(xiàn)較多。 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)計奠定了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。在國外 核心技術(shù)也只是集中在少數(shù)的幾家公司和科研機(jī)構(gòu)中，而且由于技術(shù)保密等因素，具有一定參考價值的相關(guān)資料很少公開發(fā)表。 盡管我國對凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究也有多年的歷史，對凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計、運(yùn)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。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。 1990 年以來，有關(guān)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用研究取得了一大批成果，許多己應(yīng)用于生產(chǎn)。例如，自動包裝機(jī)、自動成型機(jī)、自動裝配機(jī)、自動機(jī)床、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、印刷機(jī)械加工中心環(huán)刀機(jī)構(gòu)、高速壓力機(jī)械等。工程中，幾乎所有簡單的、復(fù)雜的重復(fù)性機(jī)械動作都可由凸輪機(jī)構(gòu)或者包括凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 本論文的主要研究內(nèi)容有： 溝槽凸輪設(shè)計 溝槽凸輪機(jī)構(gòu)的零部件的實(shí)體建模 溝槽凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 關(guān)鍵詞 ：溝槽凸輪 實(shí)體建模 運(yùn)動仿真 ABSTRACT In the petitive era of economic globalization and increasingly markets, the development time for new product bee a key factor to win in the fierce petition market. The traditional product design process of double counting, such as repeated heavy workload and modeling have troubled the product development staff, a serious impact on product design quality and efficienct. This phenomenon is particularly on the design of cam highlights. Address with this problem, the subject of using the movement simulation module of Pro / E software on the cam movement simulation. In this paper, the main research contents are as follows: 1. Designing the groove cam 2. Modeling the mechanism parts of groove cam 3. Motion simulating of the groove cam mechanism Key Words: Cam groove, Modeling, Motion Simulation 目 錄 緒 論 ................................................................. 1 本文研究的背景 .................................................... 1 我國凸輪機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀 ........................................ 1 我國凸輪機(jī)構(gòu) CAD/CAM 的研究現(xiàn)狀 ................................ 1 國外凸輪機(jī)構(gòu)及其 CAD/CAM 的研究現(xiàn)狀 ........................... 2 我國凸輪 CAD 系