基于proe的凸轮机构设计与仿真

潍坊学院本科毕业设计目录中文摘要 .I英文摘要 .II第 1 章 任务与课题条件 .11.1 任务 .11.2 课题条件 .1第 2 章 凸轮机构及 PRO/E 简介 .22.1 凸轮机构简介 .22.2 PRO/E简介 .7第 3 章 盘形凸轮创建过程 .103.1 新建零件 .103.2 创建拉伸特征 .103.3 创建方程曲线 .103.4 创建图形特征 .113.5 创建可变剖面扫描特征 .123.6 创建孔特征 .12第 4 章 其余零件设计 .144.1 从动杆设计 .144.2 连杆设计 .144.3 滑块设计 .15第 5 章 装配 .16第 6 章 机构仿真 .176.1 定义凸轮从动连接机构. .176.2 添加驱动器 .17第 7 章 运动分析及结果分析 .207.1 运行分析 .207.2 结果回放 .217.3 结果分析 .22结论 .25参考文献 .26致 谢 .27潍坊学院本科毕业设计I摘 要机械产品的运动分析和仿真在机械产品的设计中是不可缺少的重要环节。在各类机械的传动结构中，凸轮结构有着广泛的应用，根据凸轮机构的设计原理，提出了在pro/e 中实现凸轮设计及实体造型的方法,并主要利用 Pro/e Wildfire 的运动学分析模块 Mechanism 对凸轮机构进行了运动学分析和仿真，这对凸轮机构的优化设计将提供较大的帮助。本文通过对对心直动尖顶盘型凸轮机构进行运动仿真分析，更加明确了该机构的优缺点，对于该机构的优化设计以及该机构以后的用途将提供指导作用。关键词： 凸轮机构 Pro/E 运动仿真 运动分析潍坊学院本科毕业设计IIAbstractSimulation technology in the mechanical products design plays an important role. In some mechanical transmission structures,the cam mechanism is used widely, Introducs the method of cam design and modeling in Pro/E,and mainly expiains the kinematics analysis and the simulasion by using Pro/E Wildfire Mechanism ,it will provide useful help to the optimized design of cam mechanism. This article through to the heart of translational knife-edge plate cam mechanism motion simulation analysis, more clearly the advantages and disadvantages, for the optimal design of the mechanism as well as the agency later use will provide guidance. Key Words：cam mechanism ;Pro/E;motion simulation;motion analysis潍坊学院本科毕业设计III潍坊学院本科毕业设计1第 1 章 任务与课题条件1.1 任务为了对凸轮机构进行更好的优化设计以及对凸轮机构以后的应用起指导作用，因此基于 pro/e 对盘型凸轮机构进行设计与运动仿真，并对速度和加速度进行分析，研究该盘型凸轮机构的运动情况，并对该凸轮机构以后的应用作出预测。因此下面将对对心直动尖顶盘型凸轮机构进行设计与运动仿真，从而力争达到课题任务。如图 1.1所示图 1.1 对心直动尖顶盘型凸轮机构1.2 课题条件盘型凸轮的基圆半径为 Ra=40mm,升程角为 80(其中 040为等加速运动，4080为等减速运动) ,远休止角为 20,回程角为 80(其中 100140为等加速运动，140180为等减速运动) ,从动件升程为 h=10mm。潍坊学院本科毕业设计2第 2 章 凸轮机构及 pro/e 简介2.1 凸轮机构简介凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。 与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。 凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。 凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。 原理由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动的机构。凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有 图 2.1 推杆运动规律图盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹 潍坊学院本科毕业设计3图 2.2 圆柱凸轮机构簧或施加重力。具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。 凸轮机构的分类 按凸轮形状分1）盘形凸轮 2）移动凸轮 3）圆柱凸轮 按从动件型式分1）尖底从动件； 2）滚子从动件； 3）平底从动件优点结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。缺点1）点、线接触易磨损； 2）凸轮轮廓加工困难； 3）行程不大 凸轮机构从动件位移 s（或行程高度 h）与凸轮转角 （或时间 t）的关系称为位移曲线。从动件的行程 h 有推程和回程。 凸轮轮廓曲线决定于位移曲线的形状。在某些机械中，位移曲线由工艺过程决定，但一般情况下只有行程和对应的凸轮转角根据工作需要决定，而曲线的形状则由设计者选定，可以有多种运动规律。传统的凸轮运动规律有等速、等加速等减速、余弦加速度和正弦加速度等。等速运动规律因有速度突变，会产生强烈的刚性冲击，只适用于低速。等加速-等减速和余弦加速度也有加潍坊学院本科毕业设计4速度突变,会引起柔性冲击，只适用于中、低速。正弦加速度运动规律的加速度曲线是连续的，没有任何冲击，可用于高速。 为使凸轮机构运动的加速度及其速度变化率都不太大，同时考虑动量、振动、凸轮尺寸、弹簧尺寸和工艺要求等问题，还可设计出其他各种运动规律。应用较多的有用几段曲线组合而成的运动规律，诸如变形正弦加速度、变形梯形加速度和变形等速的运动规律等，利用电子计算机也可以随意组合成各种运动规律。还可以采用多项式表示的运动规律，以获得一连续的加速度曲线。为了获得最满意的加速度曲线，还可以任意用数值形式给出一条加速度曲线，然后用有限差分法求出位移曲线，最后设计出凸轮廓线。 一些自动机通常用几个凸轮配合工作，为了使各个凸轮所控制的各部分动作配合协调，还必须在凸轮设计以前先编制一个正确的运动循环图。用电子计算机进行凸轮廓线设计能提高效率，并能从多方面综合考虑进行优化设计。这样可用以求得各种运动规律下的从动件的位移、速度、加速度等值和凸轮廓线坐标值，算出凸轮廓线上任意点的曲率半径、压力角和应力，满足接触强度和抗磨的角度，以获得最小尺寸的凸轮，而且还可画出凸轮的空间图形。 凸轮容易磨损，主要原因之一是接触应力较大。凸轮与滚子的接触应力可以看作是半径分别等于凸轮接 图 2.3 盘型凸轮机构触处的曲率半径和滚子半径的两圆柱面接触时的压应力，可用赫芝公式进行计算，应使计算应力小于许用应力。促使凸轮磨损的因素还有载荷特性、几何参数、材料、表面粗糙度、腐蚀、滑动、润滑和加工情况等。其中润滑情况和材料选择对磨损寿命影响尤大。为了减小磨损、提高使用寿命，除限制接触应力外还要采取表面化学热处理和低载跑合等措施，以提高材料的表面硬度。推杆运动规律多项式运动规律1）一次多项式运动规律设凸轮以等角速度 转动，再推程时，凸轮的运动角为 ，推杆完成行程 h,当0采用一次多项式运动规律时，则有 01sc/vdt潍坊学院本科毕业设计5/0dvt在始点处 ，在终点处 。,s0,sh则可得 ，故推杆推程的运动方程为001/ch/sh0v在回程时，因规定推杆的位移总是由最低位置算起，故推杆的位移 s 是逐渐减小的，而其运动方程为 0(1/)shv式中， 为凸轮回程运动角，注意凸轮的转角 总是从该段运动规律的起始位0 置计量起。有上述可知，推杆此时作等速运动，故又称其为等速运动规律，但推杆在运动开始和终止的瞬时，因速度有突变，所以这时推杆在理论上将出现无穷大的加速度和惯性力，因而会使凸轮机构受到极大的冲击，这种冲击成为刚性冲击。2）二次多项式运动规律其表达式为 201sc/vdtc2这时推杆的加速度为常数，为了保证凸轮机构运动的平稳性，通常应使推杆先做加速运动，后做减速运动，设在加速段和减速段凸轮运动角及推杆的行程各占一半。这时，推程加速段的边界条件为在始点处 0,sv在终点处 /2/h将其代入上式，可求得 ，故推杆等加速推程段的运动方程20120,/cch为 20/sh4v20/由上式可知，在此阶段，推杆的位移 s 与凸轮转角 的平方成正比，故其位移曲线为一段向上弯的抛物线。推程减速段的边界条件为潍坊学院本科毕业设计6在始点处 0/2,/sh在终点处 v将其代入上式，可得 ，故推杆等减速推程段的运动201020,4/,/cch方程为 20()/sh04v2/这时推杆的位移曲线为一段向下弯曲的抛物线。上述两种运动规律的结合，构成推杆的等加速等减速运动规律，因为加速度的突变为有限制，因而引起的冲击较小，故称这种冲击为柔性冲击。回程时的等加速等减速运动规律的运动方程为等加速行程： 20/sh4v20/a等减速回程：