【正文】 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(duì)話欄中單擊“預(yù)定義集（ Predefine Set）”列表，在列表中選擇“滑動(dòng)桿（ Slider）”選項(xiàng)，設(shè)置如圖 3— 14 所示的約束。 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(duì)話框中選擇 *： \? \結(jié)果→ ，單擊 按鈕。在“元件放置（ Component Placement）”操控板的對(duì)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— 11 所示的約束。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)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。 圖 3— 8 凸輪的放置 ○ 3 單擊工具欄中的 （裝配）工具，在彈出的“打開（ Open）”對(duì)話框中選擇 *： \? \結(jié)果→ ，單擊 按鈕。在“元件放置（ Component Placement）”操控板的對(duì)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— 7 所示的約束。在“元件放置（ Component Placement）”操控板的對(duì)話欄中單擊“約束（ Constraint）”列表，在列表中選擇“缺?。?Default）”項(xiàng)，單擊 （確認(rèn)）按鈕，完成主體零件的放置，如圖 3— 6所示。在出 現(xiàn)“新文件選項(xiàng)（ New File Options）”對(duì)話框中選擇“ mmns_asm_design”作為模板，單擊 按鈕，即進(jìn)入裝配環(huán)境，此時(shí)工作區(qū)顯示坐標(biāo)系 ASM_DEF_CSYS及基準(zhǔn)平面 ASM_FRONT、 ASM_RIGHT、 ASM_TOP。 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(duì)話框中選擇 *： \? \結(jié)果，單擊 按鈕。用戶在進(jìn)行裝配規(guī)劃時(shí) ，可以隨意的調(diào)入任意裝配模型進(jìn)行零部件的拆卸與路徑的調(diào)整，并可以根據(jù)個(gè)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(jìn)行裝配。裝配過程設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜，它不但要受零部件設(shè)計(jì)的幾何和功能的影響，而且受制造、裝配過程以及經(jīng)濟(jì)性的影響。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)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。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。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 (如軸承 )或作為整體的外購(gòu)裝配體，則當(dāng)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(dāng)首先拆卸。 （ 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。這些約束在建立裝配模型，確定零部件在裝配體中的相對(duì)空間位置時(shí)就建立起來了。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(duì)運(yùn)動(dòng)的紐帶。我們可以看出，定量約束的量為零時(shí)，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(jiǎn)化、分解。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(dòng)態(tài)性。如兩平面的距離、兩線間的夾角等，能用數(shù)量來表達(dá)。 上面我們論述過，點(diǎn)、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。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(gè)裝配約束作用于兩個(gè)零件，實(shí)質(zhì)上就是約束分屬于兩個(gè)零件上的兩個(gè)幾何元素，這些幾何元素主要有點(diǎn)、直線、二次曲線、平面、二次曲面等，它可以是零件上實(shí)際存在的元素，也可以是零件的延伸或擴(kuò)展，或者說是零件的虛擬部分，如基準(zhǔn)和參考元素等。這些約束包括設(shè)計(jì)變量約束和三維幾何約束，設(shè)計(jì)變量約束控制裝配體中零件的實(shí) 體，三維幾何約束確定零件的位置。只有這樣，裝配體才能完成人們賦予它的預(yù)期功能。 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(gè)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(dòng)。 Pro/Engineer 是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)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(duì)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(jì)方式。 Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 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)。 Pro/E 第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來解決特征的相關(guān)性問題。東華理工大學(xué)長(zhǎng)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 10 3 凸輪機(jī)構(gòu)的 實(shí)體建模與裝配 Pro/E 軟件簡(jiǎn)介 Pro/E（ Pro/Engineer 操作軟件）是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（ Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱 PTC）的重要產(chǎn)品。 (2)介紹了常用凸輪機(jī)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(jì)要求。 由原理示意圖可作出 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件平面槽凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)（以后簡(jiǎn)稱為溝槽凸輪機(jī)構(gòu)） 的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。其中主動(dòng)件為由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的溝槽凸輪，從動(dòng)件為由溝槽凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)連桿 滑塊機(jī)構(gòu) 中的擺桿，運(yùn)動(dòng)輸出端為滑塊。在第二種方案中滑塊和凸輪機(jī)構(gòu)是并排的，不易連接，因此在兩者間加了個(gè)連桿。 在設(shè)計(jì)具體的凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，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(jī)構(gòu)，第二種是凸輪與滑塊并排的平面溝槽凸輪機(jī)構(gòu)。但正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律用于 升 — 停 — 回 — 停 運(yùn)動(dòng)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)。為了達(dá)到這個(gè)要求，本文采用的方案為凸輪機(jī)構(gòu)。 式中“ +”號(hào)用于外包絡(luò)線，“ ”號(hào)用于內(nèi)包絡(luò)線。所以如果已知理論輪廓線上東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 8 任意一點(diǎn) B 的坐標(biāo)（ x， y）時(shí)，只要沿理論輪廓線在該點(diǎn)的法線方向取距離為rr ，即可得到實(shí)際輪廓線上相應(yīng)點(diǎn) B′的坐標(biāo)值（ x′， y′）。 由圖可知， B 點(diǎn)的坐標(biāo)（ x， y）分別為： x=asin? ﹣ lsin（ ? + 0? +? ） y=acos? ﹣ lcos（ ? + 0? +? ） () 從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪的實(shí)際輪廓線是以理論輪廓線上各點(diǎn)為圓心作一系列滾子圓，然后作該圓族的包絡(luò)線得到的。當(dāng)從動(dòng)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(dòng)件擺過 ? 角。 下面介紹的是 滾子擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪輪廓曲線參數(shù)方程的建立 ： 圖 2— 1 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 圖 2— 1 所示為一擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。在滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪的實(shí)際廓線是以 理論廓線上各點(diǎn)為圓心、作一系列滾子圓，然后作該圓族的包絡(luò)線得到的。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 。所謂用解析法設(shè)計(jì)輪廓線，就是根據(jù)人們所要求的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，求出凸輪廓線的方程式，并精確地計(jì)算一出輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。傳統(tǒng)的凸輪輪廓設(shè)計(jì)方法通常 采用作圖法或解析計(jì)算的方法描點(diǎn)。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 7 凸輪輪廓設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)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(jì)是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。 實(shí)際凸輪時(shí)應(yīng)保證凸輪實(shí)際廓線的最小曲率半徑不小于某一許用值。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(dòng)件不能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為運(yùn)動(dòng)失真。 從動(dòng)件偏置方向選擇的原則是 ： 若凸輪逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，則應(yīng)使從動(dòng)件軸線偏于凸輪軸心右側(cè) ； 若凸輪順時(shí)針回轉(zhuǎn)，則應(yīng)使從動(dòng)件軸線偏于凸輪軸心左側(cè)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，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(dòng)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(gè)凸輪的基圓半徑，待凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)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(shí)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，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(gè)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(dòng)件能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)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(jì)參數(shù)有 ： 基圓半徑和偏距，滾子半徑，擺桿長(zhǎng)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(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。 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸對(duì)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(dòng)規(guī)律用于升 — 停 — 回 — 停運(yùn)動(dòng) 時(shí)，從動(dòng)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(dòng)規(guī)律用于 升 — ?！?回 — 停 運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(chǎng)合使用。因此在選擇或設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，必須根據(jù)使用場(chǎng)合、工作條件等分清主次，綜合考慮。 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選取原則 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇或設(shè)計(jì)，涉及到許多因素。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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程式，選擇不同的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)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(dòng)性能等。一定輪廓曲線形狀的凸輪，能夠使從動(dòng)件產(chǎn)生一定規(guī)律的運(yùn)動(dòng) ；反過來實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)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(dòng)件所實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)曲線。東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 4 2 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 分析 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的 選取 運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)包括對(duì)所設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)輸出件的運(yùn)動(dòng)提出的所有給定要求。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒論 3 本文意義 對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可以根據(jù)仿真結(jié)果以及碰撞干涉檢查，對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行結(jié)