基于Pro_E软件的凸轮机构设计与运动学分析_梁东明.pdf

煤矿机械CoalMineMachineryVol.32No.10Oct.2011第32卷第10期2011年10月0前言凸轮机构是一种常用机构，结构简单紧凑，响应快速，可靠性能高，广泛地应用于各种机器装置及自动化设备中。凸轮机构最大的优点是只要适当设计凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件按预期的运动规律运动，得到各种复杂的运动效果。传统的凸轮轮廓设计方法常常使用反转图解法，但此种方法误差大、精度差、通用化程度低。使用美国参数技术公司（PTC）推出的Pro/ENGINEER（以下简称Pro/E）软件的实体建模和运动仿真分析模块可以十分方便地进行凸轮轮廓的精确设计，将设计理念直观化、形象化、可视化，并可依赖其强大的变参功能，实现自动化设计，从而达到降低成本，提高效率，优化质量的效果。本文以典型的对心直动盘形凸轮为例，应用Pro/E软件进行凸轮轮廓曲线的参数化设计，构建实体模型，进行仿真运动分析。1盘形凸轮轮廓的设计问题提出：一对心直动盘形凸轮，理论轮廓基圆半径ro=50mm，行程h=30mm，推程角0=120，远休角60，回程角0=120，近休角60，孔径30mm，凸轮厚度30mm。拟定凸轮为正弦加速度运动规律，则其推程方程S=h（/0）-sin（2/0）/（2）回程方程S=h1-（/0）+sin（2/0）/（2）轮廓曲线的设计思路：依据给定的信息，转化为Pro/E软件可识别的参数和数学表达式，设计轮廓曲线。步骤如下：（1）创建零件文件打开Pro/ENGINEERWildfire4.0软件，新建零件文件名：tulun，取消【使用缺省模板】，单击【确定】，选择公制单位mmns_part_solid，单击【确定】进入工作界面。（2）参数输入选择【工具】【程序】【编辑程序】，打开记事本，在INPUT和ENDINPUT间输入参数。INPUTJYBJNUMBER；HNUMBER；TCJNUMBER；YXJNUMBER；HCJNUMBER；JXJNUMBER；GZBJNUMBER；KJNUMBER；PJNUMBER；HDNUMBER；ENDINPUT存盘，退出记事本，按照信息窗口提示输入参数值。JYBJ=50H=30TCJ=120YXJ=60HCJ=120JXJ=60基于Pro/E软件的凸轮机构设计与运动学分析梁东明（德州职业技术学院，山东德州253034）摘要：通过对凸轮传统设计与现代设计方法的对比研究，介绍利用Pro/E软件的实体建模、仿真运动分析与变参功能，可以方便、快捷、直观地实现凸轮的自动化设计，弥补传统设计方法中存在的不足，提高效率。关键词：凸轮；参数化设计；仿真；运动学分析中图分类号：TP391.7文献标志码：A文章编号：10030794（2011）10025403CamDesignandKinematicAnalysisBasedonPro/ESoftwareLIANGDong-ming(DezhouVocationalandTechnicalCollege,Dezhou253034，China)Abstract:Throughtocontrastresearchofcamtraditionalandmoderndesignmethod，introducedmethodofusingPro/Esoftwareentitymodeling,thesimulationmovementanalysisandparameterizationfunction.Itmayrealizecamautomateddesignconveniently，quicklyandintuitively.Italsohasmadeupinsufficiencyexistingintraditiondesignmethodandraisedefficiency.Keywords:cam；parameterizationdesign；simulation；kinematicanalysis254第32卷第10期Vol.32No.10基于Pro/E软件的凸轮机构设计与运动学分析梁东明GZBJ=0KJ=30PJ=0HD=30（3）分段绘制凸轮轮廓曲线单击【从方程】【完成】选取系统默认坐标系选择圆柱坐标类型，进入方程编辑器，输入曲线方程表达式。theta1=TCJ*tr0=sqrt(JYBJ*JYBJ-PJ*PJ)r1=r0+H*(t-sin(360*t)/2/pi)theta=theta1+atan(PJ/r0)r=sqrt(PJ*PJ+r1*r1)z=0保存，退出编辑器，单击完成推程段曲线的绘制，如图1所示。同理，得到远休段、回程段、近休段曲线的绘制。注意：形成的分段曲线必须连成整体，才能用来生成凸轮实体。（4）分段轮廓连成整体单击选择草绘平面单击【选择环】依次点选各段曲线【确定】，完成曲线整体绘制，如图1所示。图1凸轮轮廓曲线至此，已完成凸轮轮廓曲线的参数化，改变参数组数值与数学表达式，即可获得不同轮廓曲线。2凸轮建模与装配（1）建模单击选择对称拉伸输入凸轮厚度30mm单击完成，形成凸轮实体模型，如图2所示。（2）装配分别绘制推杆、销轴、定位套，应用Pro/E组件模块创建凸轮机构如图3所示，为下一步运动仿真分析做准备。图2凸轮实体模型3运动仿真（1）定义伺服电机打开【应用程序】【机构】单击定义凸轮1，凸轮2确定完成；单击定义伺服电机选取销轴轴线作为运动轴选取轮廓定义凸轮转速10mm/s确定完成。（2）运动分析单击按钮选择类型运动学确定终止时间36s单击【运行】，机构将产生仿真运动；单击【确定】，产生分析文件AnalysisDefinition1，保存结果。（3）分析测量单击按钮选取结果集中的AnalysisDefini-tion1点击按钮，分别创建位移、速度、加速度文件单击按钮分别得到位移、速度、加速度分析图形，如图4所示。图3凸轮机构模型（a）位移（b）速度（c）加速度图4位移、速度、加速度曲线通过机构运动仿真输出的图形可以看出，顶杆的位移、速度、加速度的仿真结果与预期相符，满足要求。50.0055.0060.0065.0070.0075.0080.0085.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.00时间/s误差0.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.00误差时间/s0.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.00时间/s误差0.200.400.600.801.001.201.40PRT.CSYS.DEF2554结语采用Pro/E软件强大变参和CAD功能，可以形象、直观地帮助设计人员建立、评估、优化部件在现实中的运动状态，快速、高效地确定理想的设计方案，实现凸轮的自动化设计，消除了传统设计中许多弊端。参考文献：1陈立德.机械设计基础M.北京：高等教育出版社,2004.2黄恺,李雷,刘杰.Pro/E参数化设计高级应用教程K.北京：化学工业出版社,2008.3凯德设计.精通Pro/ENGINEER中文野火版M.北京：中国青年出版社,2007.4诸小丽.CAD/CAM实体造型教程与实训（Pro/ENGINEER版）K.北京：北京大学出版社,2009.作者简介：梁东明（1974-），山东德州人，硕士，讲师，主要从事机械设计与制造专业教学与管理，电话电子信箱：.责任编辑：武伟民收稿日期：20110225煤矿机械CoalMineMachineryVol.32No.10Oct.2011第32卷第10期2011年10月!0引言齿轮减速器以效率高，可靠性高，工作寿命长，维护简单等特点而应用范围较广。箱体作为减速器的主要零件，在减速器的设计中占有重要的地位，由于箱体结构复杂，过去一直靠经验去设计，然后再去试验，改进。随着计算机技术和有限元分析方法的发展，利用有限元分析的方法对结构进行分析已成为产品设计中的一个重要环节。本文利用Pro/E三维建模技术，建立圆柱齿轮减速器箱体的三维模型，利用ANSYS与Pro/E的接口，将箱体模型导入AN-SYS中，通过对箱体进行位移、应力分析，得到箱体的应力分布云图，找到箱体的最薄弱区域，为减速器箱体结构进行优化设计提供依据，提高了设计效率和设计的可靠性，符合现代设计发展的趋势。1减速器箱体模型（1）运用Pro/E建立模型虽然ANSYS有建模功能，但对于结构复杂的减速器箱体，采用功能强大的Pro/E软件建立模型就变得比较简单，因此本设计中就采用Pro/E3.0建立圆柱齿轮减速器箱体的三维模型。为了便于建立有限元模型,在Pro/E中建立模型时对减速器箱体作了一定的简化。简化减速器箱体的结构，将上、下箱体作为一个整体，忽略吊耳、过渡圆角等对分析影响较小的因素，建立减速器箱体模型，如图1所示。图1减速器箱体模型（2）在ANSYS中导入模型ANSYS和Pro/E之间的数据转换有多种方法，比较常用的有：将ANSYS直接集成在Pro/E中，通过设置ANSYS与Pro/E的接口，在Pro/E中完成建模后直接点击“ANSYSGeom”，系统会自动将ANSYS打开，将当前模型导人到ANSYS中去；在ANSYS环境中直接导入Pro/E的模型文件，通过设置ANSYS与Pro/E的接口，使用ANSYS中的“Input-Pro/E”选项导入该模型文件。文中利用第2种方法导入减速器的有限元模型并设定作业名和标题如图2所示。基于Pro/E和ANSYS的减速器箱体的有限元分析*贾吉林（陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中723003）摘要：运用Pro/E设计软件，建立齿轮减速器箱体的三维模型，利用ANSYS与Pro/E的接口技术，将箱体模型导入ANSYS中，通过对箱体进行位移、应力分析，得到应力分布图，找到箱体上的最薄弱区域，为减速器箱体结构进行优化提供依据。关键词：Pro/E；ANSYS；减速器箱体；有限元分析中图分类号：TH132.46文献标志码：A文章编号：10030794（2011）10025602FiniteElementAnalysisofReductionGearboxBasedonPro/EandANSYSJIAJi-lin（CollegeofMechanicalEngineering,ShanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003,China）Abstract:TheuseofPro/Edesignsoftware，establishmentofthree-dimensionalmodelofgearreducerbox,usingANSYSandPro/Einterfacetechnology，m