【正文】 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。即在移動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的情況下，選擇從動件偏置的主要目的是為了減小機(jī)構(gòu)推程時(shí)的壓力角。7 凸輪滾子半徑線產(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。min?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。 凸輪輪廓設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)從動件運(yùn)動規(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)。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)。所謂用解析法設(shè)計(jì)輪廓線，就是根據(jù)人們所要求的從動件的運(yùn)動規(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。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。在滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪的實(shí)際廓線是以理8 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。下面介紹的是滾子擺動從動件凸輪輪廓曲線參數(shù)方程的建立：圖 2—1 擺動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)圖 2—1 所示為一擺動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)從動件處于起始位置時(shí)，滾子中心處于 B 點(diǎn)，擺桿與連心線 OA0之間的夾角為 ；當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過 角后，從動件擺過 角。由圖可知，B 點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y）分別為： ()從動件凸輪機(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。所以如果已知理論輪廓線上任意一點(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 r，即可得到實(shí)際輪廓線上相應(yīng)點(diǎn) B′的坐標(biāo)值（ x′，y′） 。為了達(dá)到這個(gè)要求，本文采用的方案為凸輪機(jī)構(gòu)。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)。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)。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。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。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(jī)構(gòu)（以后簡稱為溝槽凸輪機(jī)構(gòu)）的機(jī)構(gòu)簡圖。(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。11 3 凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)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。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)庫來解決特征的相關(guān)性問題。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 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/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。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。只有這樣，裝配體才能完成人們賦予它的預(yù)期功能。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。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、13 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。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。如兩平面的距離、兩線間的夾角等，能用數(shù)量來表達(dá)。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。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、簡化、分解。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。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(shí)就建立起來了。（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。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。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。（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。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。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 15 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。在出現(xiàn)“新文件選項(xiàng)（New File Options） ”對話框中選擇“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。在“元件放置（Component Placement） ”操控板的對話欄中單擊 “約束（Constraint） ”列表，在列表中選擇“缺?。―efault ） ”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“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—7 所示的約束。圖 3—8 凸輪的放置單擊工具欄中的 （裝配）工具，在彈出的“打開（ Open） ”對話框中選○ 3擇*：\…\結(jié)果→ ，單擊 按鈕。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。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—11 所示的約束。圖 3—11 銷釘約束圖 3—12 連桿的放置單擊工具欄中的 （裝配）工具，在彈出的“打開（Open） ”對話框中選○ 5擇*：\…\結(jié)果→ ，單擊 按鈕。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。17 圖 3—14 滑動桿約束圖 3—15 滑塊的放置 本章小結(jié)本章首先就 Pro/E 軟件進(jìn)行了簡單的介紹，然后又對溝槽凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡單的分析，最后進(jìn)行機(jī)構(gòu)部零件的實(shí)體建模和裝配。所以計(jì)算機(jī)仿真是通過對系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)。就應(yīng)用領(lǐng)域方面而言，計(jì)算機(jī)仿真己由航空航天轉(zhuǎn)向制造業(yè)，并從研究制造對象(產(chǎn)品) 的動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)特性及加工、裝配過程，擴(kuò)大到研究制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，并進(jìn)一步擴(kuò)大到后勤供應(yīng)、庫存管理、產(chǎn)品開發(fā)過程的組織、產(chǎn)品測試等，涉及到企業(yè)制造活動的各個(gè)方面。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、多媒體、軟件工程、信息處理、自動控制等多個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域的知識。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還有以下幾個(gè)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。（2）系統(tǒng)模型快速求解：利用計(jì)算機(jī)，在較短時(shí)間內(nèi)就能知道仿真運(yùn)算的結(jié)果( 數(shù)據(jù)或圖像) 。正是基于這些優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)仿真方法能優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低實(shí)驗(yàn)成本，減少失敗風(fēng)險(xiǎn)，提高預(yù)測能力。 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，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19 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。（1）虛擬制造(VM)虛擬制造采用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，以新產(chǎn)品及其制造系統(tǒng)的全局最優(yōu)化為目標(biāo)，通過仿真模型，在計(jì)算機(jī)上仿真生產(chǎn)全過程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工藝規(guī)程、加工制造、裝配和調(diào)試，預(yù)估產(chǎn)品的功能、性能和加工性等方面可能存在的問題，從而更加有效地組織生產(chǎn)，增強(qiáng)決策與控制水平，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。（2）虛擬產(chǎn)品開發(fā)(VPD)虛擬產(chǎn)品開發(fā)是實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)過程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)等。虛擬樣機(jī)技術(shù)采用了計(jì)算機(jī)仿真與虛擬技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上通過 CAD/CAM/CAE 等技術(shù)把產(chǎn)品的資料集成到一個(gè)可視化的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的仿真、分析。用虛擬樣機(jī)來代替物理樣機(jī)驗(yàn)證設(shè)計(jì)時(shí)，不但可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，而且大幅度地縮短產(chǎn)品研制周期和費(fèi)用。而機(jī)構(gòu)又是由構(gòu)件組合而成的，其中每個(gè)構(gòu)件都是以一定的方式至少與另一個(gè)構(gòu)件相連接，這種連接既使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸，又使兩個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生一定的相對運(yùn)動。與其他的軟件相比較，用 Pro/E 做運(yùn)動仿真的主要特點(diǎn)如下：（1）運(yùn)動輸入20 運(yùn)動輸入(Motion Input)是賦給運(yùn)動副控制運(yùn)動的運(yùn)動副參數(shù)。使用者可以根據(jù)需要選擇無運(yùn)動驅(qū)動、運(yùn)動函數(shù)、恒定運(yùn)動、簡諧運(yùn)動驅(qū)動以及關(guān)節(jié)運(yùn)動驅(qū)動等 5 種可能的運(yùn)動驅(qū)動中的一種。（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。（4）機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)/機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)/機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析(Kinematic/Dynamci Analysis)按輸入的時(shí)間和步數(shù)進(jìn)行仿真分析。（5）設(shè)計(jì)位置和裝配位置模型的裝配位置可能不同于模型的設(shè)計(jì)位置。（6）多種形式輸出Pro/E 運(yùn)動仿真的結(jié)果可以以多種格式進(jìn)行輸出，這些形式主要有MPEG、Animated GFI 以及 VRML 等。就是說，在許多情況下，在機(jī)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)前或者說在機(jī)構(gòu)真正生產(chǎn)出來前，用該軟件預(yù)測機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性，即它類似于有限元分析 Pro/E 有限元分析模塊 )和注塑流動分析(Pro/E 塑料零件分析顧問模塊)。 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。（3）主體：元件或相對不動的一組元件。它是定義并限制相對運(yùn)動的構(gòu)件的關(guān)系。