【正文】 統(tǒng)存在的問題 .................................... 2 本文研究的主要內容 ................................................ 2 本文意義 .......................................................... 3 本章小結 .......................................................... 3 2 凸輪機構設計分析 .................................................... 4 從動件運動規(guī)律的選取 .............................................. 4 從動件常用的基本運動規(guī)律 ...................................... 4 從動件運動規(guī)律的選取原則 ...................................... 4 凸輪機構基本尺寸的設計 ............................................ 5 凸輪機構壓力角和基圓半徑 ...................................... 5 凸輪機構的偏距 ................................................ 6 凸輪滾子半徑 .................................................. 7 凸輪輪廓設計 ...................................................... 7 機構簡介 .......................................................... 9 本章小結 ......................................................... 10 3 凸輪機構的實體建模與裝配 ........................................... 11 Pro/E 軟件簡介 ................................................... 11 零部件的實體建模 ................................................. 11 裝配原理簡介與裝配模型的建立 ..................................... 12 Pro/E 仿真裝配原理介紹 ....................................... 12 裝配模型建立 ................................................. 14 本章小結 ......................................................... 17 4 凸輪機構的運動仿真 ................................................. 18 計算機仿真概述 ................................................... 18 計算機仿真的基本概念及特點 ................................... 18 計算機仿真技術在制造業(yè)中的應用 ............................... 18 Pro/E 運動仿真簡介 ............................................... 19 Pro/E 運動仿真的特點 ......................................... 19 Pro/E 運動仿真的基本術語 ..................................... 20 Pro/E 運動仿真的步驟 ......................................... 21 凸輪機構的運動仿真 ............................................... 21 設置機構環(huán)境 ................................................. 21 分析 ......................................................... 23 本章小結 ......................................................... 26 結 論 ................................................................ 27 致 謝 ................................................................ 28 參考文獻 ............................................................... 1 1 緒 論 本文研究的背景 我國凸輪機構的研究現(xiàn)狀 凸輪機構是典型的常用機構之一。這種現(xiàn)象在凸輪的設計中尤為突顯。 摘 要 在當今經濟全球化、市場競爭日趨激烈的時代，新產品的開發(fā)時間成為企業(yè)能否在激烈的市場競爭中取勝的關鍵因素。傳統(tǒng)的產品設計過程中重復計算、重復建模等工作量很大，一直困擾著產品開發(fā)人員，嚴重影響了產品的設計質量和效率。針對這一問題，本課題利用 Pro/E 軟件中的運動仿真模塊對凸輪機構運動進行模擬仿真。凸輪機構是能使從動件按照給定的運動規(guī)律運動的高副機構，可以實現(xiàn)任意給定的位移、速度、加速度等運動規(guī)律，而且與其它機構配合可以實現(xiàn)復雜的運動要求。又由于凸輪機構具有平穩(wěn)性好，重復精度高，運動特性良好，機構的構件少，體積小，剛性大，周期控制簡單，可靠性好，壽命長等優(yōu)點，因而是現(xiàn)代工業(yè)生產設備中不可缺少的機構之一，被廣泛用于各種自動機中。 我國以前對凸輪機構深入系統(tǒng)地研究較少，僅在內燃機配氣凸輪機構有較深入研究。陜西科技大學完成的 ( 高速高精度間歇轉位凸輪分度機構CAD/CAM)， 1995 年獲陜西省科技進步二等獎：開發(fā)的“凸輪分度機構傳動裝置”獲中國輕工總會優(yōu)秀新產品一等獎；加工弧面凸輪的“ XK5001 雙回 轉坐標數(shù)控銑床”獲實用新型專利。此外，上海交通大學、大連輕工業(yè)學院、合肥工業(yè)大學和山東大學 (山東工業(yè)大學 )等在理論應用研究方面都取得了很多具有國際或國內先進水平的科研成果。但是，與先進國家相比，我國對凸輪機構的設計和制造上都還存在較大的差距，尤其在制造方面。這樣就在無形中制約著我國凸輪機構設計和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸輪機構必須依賴進口的被動局面。當今，凸輪機構設計己廣泛采用解析法并借助于計算機來完成，數(shù)控機床用于凸輪加工也有很長的歷史。但這些凸輪的 CAD/CAM 系統(tǒng)核心技術僅被某些 2 企業(yè)所有，并未在市場上以商品軟件的形式出現(xiàn)。另外，由于凸輪專用軟件開發(fā)更新的速度慢，遠遠跟不上當今計算機軟、硬件的發(fā)展速度，使得現(xiàn)有凸輪機構CAD/CAM 軟件己大為落后，不能完全適應廣大設計人員的要求。 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)律的設計，在梯薩爾的著作中就采用了多項式運動規(guī)律。日木在凸輪機構方面的研究也有巨大貢獻。并加強了對凸輪機構動力學和振動方面的研究和標準化研究，發(fā)展成批生產的標準凸輪機構，在此基礎上進一步拓展凸輪機構 CAD/CAM 系統(tǒng)。 我國凸輪 CAD 系統(tǒng)存在的問題 通過調研以及查閱大量文獻資料，我國現(xiàn)有的凸輪 CAD 系統(tǒng)存在如下問題： (1)多數(shù)是在 AutoCAD 基礎上進行二次開發(fā)而成的，不具有三維建模功能； (2)沒有商品化的凸輪 CAD 系統(tǒng)出現(xiàn)； (3)現(xiàn)有的基于 Pro/ENGINEER 的凸輪 CAD 系統(tǒng)中，融入先進的數(shù)據(jù)庫管理技術的還沒有主要原因是由于 Pro/TOOLKIT 開發(fā)界面的功能很 弱，而且根木沒有連接數(shù)據(jù)庫的功能； (4)由于凸輪專用軟件開發(fā)更新的速度慢，遠遠跟不上當今計算機硬件的發(fā)展速度，使得現(xiàn)有的平面凸輪機構 CAD 應用軟件已大為落后，不能適應實際生產的需要； (5)集成化、智能化和網絡化很不完善。首先介紹了溝槽凸輪的設計，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進行運動仿真，并對仿真結果進行了分析。 本章小結 首先本章對課題的研究背景進行了詳細的介紹，然后又對本文的研究內容和本文意義進行介紹。例如，推程、回程運動角、遠休止角、近休止角、行程以及推程、回程的運動規(guī)律曲線形狀，都屬于運動規(guī)律設計。研究 凸輪曲線的目的在于用最短時間、最圓滑、無振動、耗能少的方式來驅動從動件。從動件的運動情況，是由凸輪輪廓曲線的形狀決定的。因此，凸輪機構設計的關鍵一步，是根據(jù)工作要求和使用場合，選擇或設計從動件的運動規(guī)律。 從動件常用的基本運動規(guī)律 幾種常見的基木運動規(guī)律有三角函數(shù)運動規(guī)律 (簡諧運動規(guī)律、擺線運動規(guī)律及雙諧運動規(guī)律等 )；簡單多項式運動規(guī)律；等速運動規(guī)律 (一次項運動規(guī)律 )、等加等減速運動規(guī)律 (二次項運動規(guī)律 )等。除了需要滿足機械的具體工作要求外，還應使凸輪機構具有良好的動力特性，同時又要考慮所設計的凸輪廓線便于加工，這些因素又往往是互相制約的。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。 (3)余弦加速度運動規(guī)律消除了行程中間位置的加速度突變，且易于計算和加工，在中速時也能獲得合理的從動件的運動。當 5 這種規(guī)律用于升 — 回 — 升型運動時，則加速度曲線連續(xù)，沒有柔性沖擊。但它用于升 — 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?速度曲線不連續(xù)。正弦加速度運動規(guī)律廣泛用于中速凸輪機構，但不適于高速場合。凸輪機構的基本參數(shù)選擇的不恰當，則可能造成壓力角過大或產生運動失真現(xiàn)象。 凸輪機構基本尺寸的設計問題是在給定從動件運動規(guī)律和許用壓力角的條件下尋求一組適用的尺寸，從而使設計的凸輪機構性能佳、壽 命長。為提高凸輪機構傳力效果，希望機構在推程中壓力角盡量小。 凸輪機構壓力角和基圓半徑 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。從減小推力、避免自鎖，使機構具有良好的受力狀況來看，壓力角應越小越好。在實現(xiàn)相同運動規(guī)律的情況下，基圓半徑越大，凸輪的尺寸也越大。而基圓半徑 r0 及偏距 e 與凸輪壓力角 ? 有如下關系： tan? =0ssedds??? =220 ersedds???? (2— 1) 當凸輪逆時針轉動、從動件偏于凸 輪軸心左側或當凸輪順時針轉動，從動件偏于凸輪軸心右側時，壓力角的計算公式： tan? =220 ersedds???? (2— 2) 6 由計算公式可知壓力角和基圓半徑兩者是互相制約的，在一般情況下，為了保證設計的凸輪機構既有較好的傳力特性又具有較緊湊的尺寸，設計時兩者應同時考慮。推薦推程的許用壓力角為：移動推桿 ??? =30 0 ~38 0 ；當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 。 凸輪機構的偏距 由式 (2— 1)和式 (2— 2)可看出，凸輪的轉動方向和從動件的偏置方向不同，增大 偏距。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的。即在移動滾子從動件盤形凸輪機構的情況下，選擇從動件偏置的主要目的是為了減小機構推程時的壓力角。 7 凸輪滾子半 徑 線產生過度切割，致使從動件不能準確地實現(xiàn)預期的運動規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為運動失真。 實際凸輪時應保證凸輪實際廓線的最小曲率半徑不小于某一許用值。 凸輪輪廓設計 實現(xiàn)從動件運動規(guī)律主要依賴