【正文】 緒論 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(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上當(dāng)今計算機軟、硬件的發(fā)展速度，使得現(xiàn)有凸輪機構(gòu)CAD/CAM 軟件己大為落后，不能完全適應(yīng)廣大設(shè)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(shè)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(gòu)方面的研究也有巨大貢獻。并加強了對凸輪機構(gòu)動力學(xué)和振動方面的研究和標(biāo)準(zhǔn)化研究，發(fā)展成批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)凸輪機構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進一步拓展凸輪機構(gòu) CAD/CAM 系統(tǒng)。 我國凸輪 CAD 系統(tǒng)存在的問題 通過調(diào)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(chǔ)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(shù)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(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上當(dāng)今計算機硬件的發(fā)展速度，使得現(xiàn)有的平面凸輪機構(gòu) CAD 應(yīng)用軟件已大為落后，不能適應(yīng)實際生產(chǎn)的需要； (5)集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化很不完善。首先介紹了溝槽凸輪的設(shè)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(gòu)進行運動仿真，并對仿真結(jié)果進行了分析。 本章小結(jié) 首先本章對課題的研究背景進行了詳細(xì)的介紹，然后又對本文的研究內(nèi)容和 本文 意義進行介紹。例如， 推程、回程運動角、遠(yuǎn)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(shè)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(qū)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(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵一步，是根據(jù)工作要求和使用場合，選擇或設(shè)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(yīng)使凸輪機構(gòu)具有良好的動力特性，同時又要考慮所設(shè)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(gòu)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(dāng)東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 凸輪機構(gòu)設(shè)計分析 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?fù)值，因而加速度曲線不連續(xù)。正弦加速度運動規(guī)律廣泛用于中速凸輪機構(gòu)，但不適于高速場合。凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)選擇的不恰當(dāng)，則可能造成壓力角過大或產(chǎn)生運動失真現(xiàn)象。 凸輪機構(gòu)基本尺寸的設(shè)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(shè)計的凸輪機構(gòu)性能佳、壽命長。為提高凸輪機構(gòu)傳力效果，希望機構(gòu)在推程中壓力角盡量小。 凸輪機構(gòu)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(gòu)具有良好的受力狀況來看，壓力角應(yīng)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(guān)系： tan? =0ssedds??? =220 ersedds???? (2— 1) 當(dāng)凸輪逆時針轉(zhuǎn)動、從動件偏于凸輪軸心左側(cè)或當(dāng)凸輪順時針轉(zhuǎn)動，從動件偏于凸輪軸心右側(cè)時，壓力角的計算公式： tan? =220 ersedds???? (2— 2) 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 凸輪機構(gòu)設(shè)計分析 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(shè)計的凸輪機構(gòu)既有較好的傳力 特性又具有較緊湊的尺寸，設(shè)計時兩者應(yīng)同時考慮。推薦推程的許用壓力角為：移動推桿 ??? =30 0 ~38 0 ；當(dāng)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(gòu)的偏距 由式 (2— 1)和式 (2— 2)可看出，凸輪的轉(zhuǎn)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(gòu)的情況下，選擇從動件偏置的主要目的是為了減小機構(gòu)推程時 的壓力角。 凸輪 滾子 半徑 當(dāng)凸輪廓線為內(nèi)凹廓線時，實際廓線的曲率半徑 a? 、理論廓線的曲率半徑? 、滾子半徑 rr 三者之間有如下的關(guān)系 ： a? =? +rr 。 為了避免凸輪實際廓線產(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? 。 mina? = min? ﹣ rr ? ?a?? () 一般取 ? ?a? =3~5(mm) 用解析法設(shè)計凸輪機構(gòu)時 ，通常是先根據(jù)機構(gòu)和強度條件選擇 滾子半徑 rr ，然后校核 mina? = min? ﹣ rr ? ?a?? ，若不滿足，則應(yīng)增大基圓半徑重新設(shè)計。凸輪機構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)便是凸輪輪廓曲線的設(shè)計。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。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。 包絡(luò)法利用凸輪和從動件的幾何關(guān)系導(dǎo)出接觸點的軌跡方程 ； 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的位置。因此，實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。已知凸輪機構(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。由反轉(zhuǎn)法原理作圖可以看出，此時滾子中心將處于 B 點。因此，實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。 理論輪廓線上 B 點處的法線的斜率為 tan? =yxdd? = )()(?? dddd yx? () 實際輪廓線上對應(yīng)點 B′的坐標(biāo)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。 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)。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。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?？紤]到安裝尺寸和裝配要求，本文選取第二種方案。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 OB=245mm、 OD=550mm、 AB=220mm、 BC=380mm、CD=135mm。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。 (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。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。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。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/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)）。 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?fù)渎?lián)接關(guān)系。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。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。 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。對這些虛擬元 素的約束其實也就是對實體零件的約束。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。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。 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(zhǔn)面 非接觸共面（ Mate Offset） 有 平面，基準(zhǔn)面 同向?qū)R（ Align） 無 平面，基準(zhǔn)面，邊，軸線 同 向 距 離 對 齊 （ Align Offset） 有 平面，基準(zhǔn)面，邊，軸線 坐標(biāo)系對齊（ Coord Sys） 無 坐標(biāo)系 插入（ Insert） 無 回轉(zhuǎn)面 同向（ Orient） 無 平面，基準(zhǔn) 面 相切（ Tangent） 無 平