HQ3620旋转式电子多臂机共轭凸轮运动规律分析及设计

本科毕业设计（论文）题 目 HQ系列共轭凸轮反求及设计软件开发 学 院 机械与自动控制学院 专业班级 机械设计制造及其自动化09（4） 姓 名 林天锦 学 号 B09300416 指导教师 沈毅 二O 一三年 五 月十五 日193浙江理工大学本科毕业设计浙 江 理 工 大 学机械与自动控制学院毕业设计诚信声明我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。设计说明书与图纸均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。声明人（签名）： 年 月 日摘 要HQ3620是新昌鹤群机械有限公司新研发的多臂机，ZRB561是折入边装置，由于主要采用测绘仿造，性能有缺陷，因此需要对其进行优化。本文分七章内容，探讨了国内外凸轮机构的研究状况，对HQ3620及ZRB561内的共轭凸轮机构进行机构分析，以测绘凸轮为基础，对其进行Pro/E运动仿真，再选择合适的运动规律拟合，由此拟合曲线我们可以通过计算公式计算凸轮轮廓，再将得到的凸轮进行运动仿真，将优化前后的曲线对比，计算拟合误差，从理论上判断优化的效果。样机的运行试验将最终确定凸轮的成功与否。共轭凸轮作为多臂机的核心部件，其设计制造对纺织产品产量和质量有着至关重要的作用，但是由于其复杂的计算过程，增加了工程师的设计周期，一直是各大院校和制造厂家所要攻克的难点。为了方便快捷地完成共轭凸轮轮廓曲线设计，本文提出开发设计一款HQ共轭凸轮设计软件。该软件可在用户输入基本参数和运动参数后，自动生成共轭凸轮的轮廓线，减少了上述复杂的计算过程。因此研发该软件有着重要的实用价值。关键词：HQ系列共轭凸轮；反求设计；VB；共轭凸轮设计软件；AbstractHQ3620 is a dobby and ZRB561 is a edge folding machine which are made by Xinchang HeQun machinery corporation.Owing to being amde by surveying and mapping,there are many defects in the performance.So optimal desingn should be done for them.This paper is divided into seven chapters.It discusses the domestic and foreign research situation of cam mechanism and analys the conjugate cam mechanism of HQ3620 and ZRB561.Take the mapping cam as a foundation motion simulation is took in Pro/E.We should select an appropriate law of motion to fitting the curve. Then, we can calculate the profile of the cam by formula with those curve and take a motion simulation for the cam.By comparison before and after,wo can calculate the deviation and judge the effect of optimization is good or bad.Running test of the prototype will ultimately determine the success or failure of the cam.Conjugate cam as a core component of dobby, its design and manufacture has a crucial role in the yield and quality of textile products. But because of its complicated calculation process, it increase the cycle of design engineers, and it is always a difficult problem in the major universities and manufacturers to overcome. In order to complete the design of conjugate cam profile curve quickly and easily, this paper puts forward the design of HQ conjugate cam design software.This software can automatically generate the contour line of the conjugate after user input the basic parameters and movement parameters, reducing the complicated calculation process. Therefore, research and develop this software has important practical value.Key words:Series conjugate cam of HQ;Inverse design;VB;The software of the conjugate cam design目 录第1章绪论71.1选题的背景与意义71.2国内外凸轮机构研究81.2.1国外凸轮机构研究81.2.2国内凸轮机构研究91.3凸轮机构的计算机辅助设计91.4主要研究内容9第2章HQ系列共轭凸轮112.1HQ3620112.1.1提综机构112.1.2选综机构132.2ZRB561152.3本章小结17第3章HQ摆臂共轭凸轮机构分析与设计183.1摆臂共轭凸轮机构183.2摆臂共轭凸轮运动规律设计193.2.1正弦运动规律193.2.2五次多项式运动规律213.2.3等位移运动规律233.3摆臂共轭凸轮分析方法243.3.1摆臂共轭凸轮测绘243.3.2摆臂共轭凸轮仿真263.3.3基于matlab的曲线拟合273.3.4摆臂共轭凸轮轮廓计算283.4本章小结30第4章HQ直动共轭凸轮机构分析与设计314.1直动共轭凸轮机构314.2直动共轭凸轮运动规律设计314.2.1正弦运动规律314.2.2五次多项式运动规律334.2.3等位移运动规律344.3直动共轭凸轮分析方法344.3.1直动共轭凸轮测绘344.3.2直动共轭凸轮仿真354.3.3直动共轭凸轮轮廓计算364.4本章小结37第5章HQ共轭凸轮设计软件设计385.1HQ共轭凸轮设计软件简介385.1.1Visual basic软件简介385.1.2HQ共轭凸轮设计软件简介385.1.3HQ共轭凸轮设计软件结构设计395.1.4主菜单界面405.1.5摆臂共轭凸轮的参数设置405.1.6直动共轭凸轮的参数设置415.1.7图形绘制和数据导出界面425.2本章小结43第6章共轭凸轮运动仿真与校核446.1共轭凸轮运动仿真446.2共轭凸轮曲率校核466.3凸轮共轭度校核496.4本章小结50第7章总结与展望51参考文献52致 谢55附录1 HQ共轭凸轮设计软件程序561主菜单562参数输入界面573图形绘制和数据输出界面87附录2 凸轮曲线拟合的matlab程序1701 0169凸轮1702 0120凸轮1733 0119凸轮1804 0100-6L凸轮1823 0100-5L凸轮1856 选综凸轮1897 提综凸轮190第1章 绪论1.1 选题的背景与意义 纺织工业一直是我国国民经济的支柱产业，为国民经济的发展做出了重大贡献。纺织机械作为纺织业中控制左右纺织产品产量和质量的直接作用者，一直以来都被视为促进纺织企业发展、提升纺织产业国际竞争力的关键因素。我国是一个纺织机械生产大国，拥有多达700多家的纺织器材生产企业，每年生产的品种之多、数量之大，堪称世界第一。然而，从每年高达3040亿美元的设备进口不难看出，我国纺织机械相比于世界水平还有很大差距1。多臂机（Dobby）作为纺织机械中的一种重要纺织配套装备，对提高纺织机械的产品产量和产品质量有着至关重要的作用。其核心部件高精度的共轭凸轮的设计和制造一直是各大科研院校和制造厂家所要攻克的难点。其复杂的计算过程，给设计师带来了不小的麻烦，增加了设计周期。为了解决鹤群机械有限公司HQ3620多臂机共轭凸轮设计和ZRB561共轭凸轮优化的问题，开展HQ系列共轭凸轮分析设计并开发设计软件的研究课题有着重要的研究意义和实用价值。图1.1纺织机械1.2 国内外凸轮机构研究凸轮机构是一个具有曲线轮廓或凹槽的常用构件，只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑2。由于其平稳性好、运动特性好、重复精度高、构件少、体积小、寿命长等优点，因而在各种机械中被广泛应用。共轭凸轮是凸轮的组合形式，也称复式凸轮，由主、副凸轮合为一体构成一对共扼凸轮。自瑞士苏尔泽(Sulzer)公司把共轭凸轮专利技术应用于织机开始，共轭凸轮机构已在织机的几大机构上得到了应用。综框的上下运动、筘座的前后摆动。剑杆的往复运动等往复式的运动均能由共轭凸轮实现3。1.2.1 国外凸轮机构研究在欧美各国，凸轮机构的研究从单纯的运动分析到动力学研究，从经验设计到优化设计，从手工加工到CAM发展，很多学者为此做出贡献。三十年代，主要的研究分析对象是低速凸轮机构的运动规律。至四十年代，凸轮机构的研究从经验设计过渡到有理论依据的动力学分析和运动学。六十年代，出现了比较完整的运动规律设计， Tesar在其著作中对高速凸轮机构中采用的多项式运动规律做了详细的论述。八、九十年代，J.Angeles、S.K.Saha等学者先后发表了多篇有关凸轮机构优化设计方面、凸轮振动和动态响应等动力学性能方面的论文4。后来多种仪器，如高速摄影机、动态应变仪和加速度分析仪等的应用，促进了高速凸轮的动力学研究。此外，日本也特别重视凸轮机构的研究，不少专家学者和凸轮制造公司为此做出贡献。精密间歇机械凸轮分度器专业生产厂家株式会社三共制作所（SANKYO），对凸轮有50年的研究、开发、生产的历史。山梨大学牧野洋教授研发了几乎包括全部凸轮曲线的三角函数通用凸轮曲线。日本学者注重将研究成果应用到实际产品的开发中，重视凸轮机构与电子技术的结合，拓宽了凸轮机构的应用范围。1.2.2 国内凸轮机构研究我国对凸轮机构的研究有多年的历史，自80年代以来取得较大的成果：1983年全国第三届机构学学术研究会上，仅8篇有关凸轮机构的论文。至1988年第六届会议，已经增加到20篇。1990年第七届会议，论文数增加至22，并且增加了CAD/CAM等研究方向5。90年代，各大高等院校对凸轮研究做出巨大贡献：如上海交通大学、合肥工业大学等在凸轮理论应用研究方面取得较大科研成果；天津大学关于分度凸轮机构的研究，取得国家自然科学基金的支持；陕西大学因“高速高精度间歇转位凸轮分度机构CAD/CAM”获得陕西科技进步二等奖6。尽管如此，与世界先进国家相比较，我国对凸轮的研究、设计、制造和应用还存在较大的差距，特别是对于共轭凸轮的轮廓曲线设计以及凸轮轮廓曲面的制造。共轭凸轮应根据剑杆的运动特性和动作配合要求来设计，主要采用逆向设计的思维进行凸轮轮廓的设计，然后进行曲线和曲面的功能优化分析7。1.3 凸轮机构的计算机辅助设计计算机辅助设计简称CAD(Computer Aided Design)，是以人为主导，利用计算机（软件和硬件）进行工程设计的一个系统。CAD是在科学技术与生产的迅猛发展、要求对传统设计方法进行根本性变革的背景下产生的，计算机软硬件技术的发展又为其产生与发展提供了可靠而雄厚的基础8。随着现代机械向小型化、多功能、结构简单、使用方便、安全可靠、性价比好等优良方面发展，以凸轮为核心的各类自动化机械迅速发展，遍布各行各业。然而其设计过程极为复杂，需要进行大量的重复性运算，因此实现凸轮机构的计算机辅助设计就非常必要。目前，有关凸轮机构CAD的文献很大，但是这些系统核心技术不以商品软件的形式出现，知识被少数企业掌握，令CAD技术不能得到有效地推广。1.4 主要研究内容1)查阅相关的文献资料，到公司参观调研。了解多臂机的基本设计思路和步骤然后对国内外的凸轮研究现状进行分析比较，得出我国凸轮设计所存在的主要问题及未来的发展方向。2)对摆臂共轭凸轮和直动共轭凸轮分别进行原理分析3)摆臂共轭凸轮和直动共轭凸轮的计算公式及数据4)软件的开发方案5)软件的界面设计6)软件的试用及检验校核第2章 HQ系列共轭凸轮2.1 HQ3620HQ3620是新昌鹤群机械有限公司新研发的由电子控制的高速积极式多臂机，其中主要运用提综凸轮和选综凸轮两对共轭凸轮。ZRB561是新昌鹤群机械有限公司生产的折入边装置，包括钩针杆伸缩凸轮（0120L）、钩针伸缩杆转动凸轮（0119L）、上剪刀杆伸缩凸轮（0100-5L）、下剪刀杆伸缩凸轮（0100-6L）和夹纱器杆伸缩凸轮（0169）。2.1.1 提综机构1、2共轭凸轮 3、4摆臂 5滑槽 6滑动杆7偏心轮 8连杆 9提综臂 10大圆盘图2.1 提综凸轮机构简图如图2.1所示为提综机构简图，凸轮1、2是一对共轭凸轮，以O2为圆心作匀速圆周运动。轴O1装于大圆盘10，摆臂3、4以O1摆动。当动力输入主轴O2，带动大圆盘10转动，接着由O1C杆和滑槽5带动连杆O2、7、8、O3运动，使得提综臂9作往复摆动，令综框产生上升或下降的开口运动。图2.2 HQ3620提综凸轮三维模型图2.3 HQ3620提综凸轮实物2.1.2 选综机构1 吸铁摆臂；2电磁铁；3右信号弹簧支架结合件；4右角形杆拉簧；5右角形杆；6盘形连杆；7提综臂；8驱动盘；9花键轴；10偏向盘；11离合爪；12左角形杆；13左角形杆拉簧；14左信号弹簧支架结合件；15复位弹簧；16摆臂图2.4 选综凸轮机构简图选综机构的主要功能是控制提综臂是否随偏向盘运动，通过控制离合爪卡入驱动盘边缘部分的凹槽，从而控制偏向盘是否随驱动盘运动，达到控制提综臂的目的。如图2.3所示为选综凸轮机构简图。提综臂7随偏心盘10运动，盘形连杆6活套在偏心盘10上，通过离合爪11将偏心盘10和驱动盘8相作用。当电磁铁2吸住吸铁摆臂1时，吸铁摆臂1顶住左角形杆12向下运动，则离合爪11和驱动盘8之间有两种可能：1）上一纬综框不提升，离合爪11在左边，在复位弹簧15的作用下，离合爪11的凸头压入驱动盘8，使偏心盘10和驱动盘8作为一个刚体一起转动，从而带动提综臂做上下运动。2）上一纬综框提示，离合爪11转到右边，在右角形杆作用下，凸头压入驱动盘8，由于复位弹簧15的作用，右角形杆5将离合爪11上的凸头从驱动盘顶出，驱动盘8和偏心盘10分离，引起综框的提升状态。若电磁铁2不吸住吸铁摆臂1，则离合爪11和驱动盘之间也有上述两种可能。图2.5 HQ3620选综凸轮三维模型图2.6 HQ3620选综凸轮实物2.2 ZRB561 图2.7 折入边装置折入边常用于片梭织机，其主要是通过凸轮控制折边机构将引入梭口的纬纱两端纱尾（一般为1015mm长）钩入下一纬的梭口中，并与下一纬一起被打向织口，形成一种整齐的与有梭织机上类似的光边，又称钩入边。图2.8 ZRB561上剪刀杆伸缩共轭凸轮图2.9 ZRB561下剪刀杆伸缩共轭凸轮图2.10 ZRB561钩针伸缩杆转动共轭凸轮图2.11 ZRB561钩针杆伸缩共轭凸轮2.3 本章小结本章主要介绍了HQ3620中的提综和选综机构，分析其机构运动原理。并展示了ZRB561中一系列需要优化拟合设计的共轭凸轮。将凸轮类型分为两大类：摆臂共轭凸轮和直动共轭凸轮。下面第三章和第四章将分别进行分析和设计。第3章 HQ摆臂共轭凸轮机构分析与设计HQ摆臂凸轮主要包括HQ3620多臂机中的提综凸轮和选综凸轮，以及ZRB561的0169凸轮。3.1 摆臂共轭凸轮机构图3.1所示为一带有滚子的摆动共轭凸轮机构，O1是凸轮中心，O2是摆臂旋转中心，1为主凸轮，2为副凸轮，O2A为主摆臂，O2B为副摆臂，A和B分别为主副凸轮摆臂上的滚子，为主副摆臂间的夹角，为主摆臂与中心连线的夹角。图3.1摆臂共轭凸轮3.2 摆臂共轭凸轮运动规律设计凸轮机构常用的运动规律主要有以下几种：（1）余弦加速度运动规律，又称为简谐运动规律，它的加速度按余弦规律变化，位移按简谐运动规律变化；（2）正弦加速度度运动规律，又称摆线运动规律，它的加速度按正弦规律变化，位移按摆线在纵坐标上的投影规律变化；（3）3-4-5次多项式运动规律，它的位移按3-4-5次多项式变化；（4）改进等速运动规律，这种运动规律中间有一段为等速运动规律，始末两段用其他曲线过渡，一般多用正弦加速度运动规律过渡，可避免冲击；（5）改进梯形加速度运动规律，这种运动规律由5段曲线组成，第一、三、五为正弦加速度运动规律，一般采用Ta=1/8；而第二、四段为等加速度、等减速运动规律；（6）改进正弦加速度运动规律，这种运动规律由三段组成，在行程的中间一段为周期较长的正弦加速度运动规律，而在行程的始末两段为周期较短的正弦加速度运动规律9。这样可使行程的始末部分位移变化比较明显，便于制造和检测。同时可使行程中间部分的速度和加速度变化比较缓和，运动学性能更好。本文主要采用逆向设计的思维进行凸轮轮廓的设计，然后进行曲线和曲面的功能优化分析。因此把运动规律分段拟合，对于每一分段，凸轮的速度在该段的起始和终点都是为0，因此上升段和下降段均考虑用主要一个周期的正弦加速度运动规律或者5次多项式加速度运动规律加以拟合，部分凸轮在中间会有停顿（即位移不发生变化），本文中称之为等位移运动规律。下面文章中所涉及到的摆臂共轭凸轮及直动共轭凸轮都以这3种运动规律做曲线拟合10-14。3.2.1 正弦运动规律本文中的正弦运动规律表示凸轮摆臂的加速度规律满足正弦曲线，如图示为在升程过程中的正弦运动规律曲线，S1（）表示该段起点位移，S2（）表示终点位移，1（）表示起点角度，2（）表示终点角度。加速度曲线方程也即是： （3-1）则速度曲线方程为： （3-2）位移曲线方程为： （3-3）其中（）表示凸轮旋转角度，k是正弦系数，C1、C2是积分常数，是凸轮的角速度（/s），经验算，的取值对加速度凸轮转角、速度凸轮转角、位移凸轮转角的曲线没有影响，为方便计算，本文取=36/s。以上曲线主要有3个常数k、 C1、C2需求解，运用以下几个条件：（1）起点1角度时的位移为S1；（2）终点2角度时的位移为S2；（3）起点1角度时的速度为0或终点2角度时的速度为0。即： （3-4）解得： （3-5） （3-6） （3-7）如图示为在回程过程中的正弦运动规律曲线，S1（）表示该段起点位移，S2（）表示终点位移，1（）表示起点角度，2（）表示终点角度。加速度曲线方程为： （3-8）速度曲线方程为： （3-9）位移曲线方程为： （3-10）以上曲线主要有3个常数k、 C1、C2需要求解，运用以下几个条件：（1）起点1角度时的位移为S1；（2）终点2角度时的位移为S2；（3）起点1角度时的速度为0或终点2角度时的速度为0。即： （3-11）解得： （3-12） （3-13） （3-14）3.2.2 五次多项式运动规律本文中的正弦运动规律表示凸轮摆臂的位移规律满足正弦曲线，如图示为在升程过程中的正弦运动规律曲线，S1（）表示该段起点位移，S2（）表示终点位移，1（）表示起点角度，2（）表示终点角度。因此位移曲线方程为： （3-15）速度曲线方程为： （3-16）加速度曲线方程为： （3-17）以上曲线主要有6个常数C0、 C1、C2、C3、C4、C5需要求解，运用以下几个条件：（1）起点1角度时的位移为S1；（2）终点2角度时的位移为S2；（3）起点1角度时的速度为0；（4）终点2角度时的速度为0；（5）起点1角度时的加速度为0；（6）终点2角度时的加速度为0。以上6个条件构成一个六元一次方程，由于计算量大且不易求解，此处借助Matlab求解方程，代码如下：clcclear allsyms c0 c1 c2 c3 c4 c5 t1 t2 s1 s2 v1 v2 a1 a2;c0,c1,c2,c3,c4,c5=solve(c0+c1*t1+c2*t12+c3*t13+c4*t14+c5*t15=s1,c0+c1*t2+c2*t22+c3*t23+c4*t24+c5*t25=s2,. c1+2*c2*t1+3*c3*t12+4*c4*t13+5*c5*t14=v1,c1+2*c2*t2+3*c3*t22+4*c4*t23+5*c5*t24=v2,. 2*c2+6*c3*t1+12*c4*t12+20*c5*t13=a1,2*c2+6*c3*t2+12*c4*t22+20*c5*t23=a2,c0,c1,c2,c3,c4,c5)其中t1=1/36，t2=2/36，v1为起点的速度，v2为终点的速度，a1为起点的加速度，a2为终点的加速度。Matlab运行结果为：c0=1/2*(t15*t22*a2-2*t15*t2*v2+2*t1*v1*t25-10*t14*t2*s2-2*t14*t23*a2+10*t14*t22*v2+20*t13*t22*s2+2*t13*t24*a1+t13*t24*a2-8*t13*t23*v2-t14*t23*a1-t12*a1*t25+2*t15*s2-2*s1*t25-20*s1*t12*t23+10*s1*t24*t1+8*t13*v1*t23-10*t12*v1*t24)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-5*t2*t14+10*t22*t13+t15-t25) （3-18）c1=-1/2*(2*t15*t2*a2-2*t15*v2+2*t25*v1+60*t12*t22*s2-60*t12*t22*s1+16*t22*t13*v2+24*t22*t13*v1+4*t13*t23*a1-16*t12*t23*v1-4*t13*t23*a2-24*t12*t23*v2+t24*t12*a1-10*t24*t1*v1+3*t24*t12*a2-2*t25*t1*a1-3*t14*t22*a1+10*t14*t2*v2-t14*t22*a2)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-5*t2*t14+10*t22*t13+t15-t25) （3-19）c2=1/2*(60*t12*t2*s2-24*t23*t1*v2+3*t24*t1*a2-60*t22*t1*s1-4*t24*t1*a1+60*t22*t1*s2-36*t23*t1*v1-60*t12*t2*s1+8*t12*t23*a1-t25*a1+24*t13*t2*v1+t15*a2-8*t13*t22*a2+4*t14*t2*a2+36*t13*t2*v2+12*t12*t22*v1-3*t14*t2*a1-12*t12*t22*v2)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-5*t2*t14+10*t22*t13+t15-t25) （3-20）c3=1/2*(-3*t14*a2+t14*a1-8*t13*v1-12*t13*v2+4*t13*t2*a1-8*t12*t22*a1-20*t12*s2+20*t12*s1-28*t12*t2*v2+8*t12*t22*a2-32*t12*t2*v1-80*t1*t2*s2-4*t1*t23*a2+80*t1*t2*s1+32*t1*t22*v2+28*t1*t22*v1-20*t22*s2+20*t22*s1+3*t24*a1+12*t23*v1-t24*a2+8*t23*v2)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-5*t2*t14+10*t22*t13+t15-t25) （3-21）c4=-1/2*(2*t13*a1-3*t13*a2+4*t12*t2*a2-16*t12*v2-14*t12*v1-t12*t2*a1+2*t1*t2*v2+t1*t22*a2+30*t1*s1-4*t1*t22*a1-30*t1*s2-2*t1*t2*v1+16*t22*v1+3*t23*a1+14*t22*v2-2*t23*a2+30*t2*s1-30*t2*s2)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-5*t2*t14+10*t22*t13+t15-t25) （3-22）c5=1/2*(6*t2*v1-2*t2*t1*a1-6*t1*v2-t22*a2-t12*a2+6*t2*v2+2*t2*t1*a2+12*s1-6*t1*v1+t12*a1+t22*a1-12*s2)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-5*t2*t14+10*t22*t13+t15-t25) （3-23）3.2.3 等位移运动规律等位移运动规律，顾名思义是指该段保持位移不变，也即是摆臂保持不变，表示该段凸轮廓线是一段圆弧。如图示S1为该段位移，1（）表示起点角度，2（）表示终点角度。易得加速度曲线为： （3-24）速度曲线为： （3-25）位移曲线为： （3-26）3.3 摆臂共轭凸轮分析方法对于摆臂共轭凸轮主要以测绘凸轮为基础，进行Pro/E运动仿真，再运用matlab进行曲线拟合，由此计算凸轮轮廓线。3.3.1 摆臂共轭凸轮测绘由三坐标等测绘工具以1的步长，测量共轭凸轮廓线上360个坐标点。如图3.2和图3.3所示，建立text文件，开头输入：openarclengthbegin section !1begin curve !1第一列为点的序号，第二列为点的x坐标，第三列为点的y坐标，第四列为点的z坐标。在此应该注意的是把第一个点的坐标复制到最后一行上，以保证数据位闭合的。保存文件，改文件后缀为ibl。 图3.2主凸轮数据 图3.3副凸轮数据在pro/e中导入完成的ibl文件，曲线自文件选择坐标选择文件。具体步骤如图3.4所示。 a 曲线来源选择 b 坐标系及文件选择c 完成轮廓曲线图3.4 pro/e凸轮廓线数据导入步骤3.3.2 摆臂共轭凸轮仿真对于摆臂共轭凸轮的Pro/E仿真15，主要有两个零件，分别是共轭凸轮和摆臂，其在Pro/E上的装配和仿真步骤为：1、新建组件；2、画两条轴线，分别是凸轮转动中心轴和摆臂转动中心轴；3、装配凸轮，使用销钉连接；4、装配摆臂，使用销钉连接；5、单击菜单栏里的“应用程序”，点开“机构（E）”，转化到机构仿真界面；6、选择凸轮约束，凸轮1和凸轮2分别选取主凸轮的外轮廓面和滚子圆柱面；7、单击“伺服电动机”，选择凸轮的销钉连接轴线，根据具体情况需要选择转动方向，并输入转动速度；8、单击“机构分析”，类型选择运动学，根据具体情况需要输入仿真时间和帧频；9、单击“测量”，创建新测量，选择摆臂的销钉连接轴线，分别建立位移、速度和加速度曲线。 图3.5 摆臂共轭凸轮运动规律曲线由上图可见，测绘的摆臂凸轮虽然在仿真时位移和速度曲线能有较好的连续性和光滑度，但是加速度跳动较大，在凸轮运动时冲击力较大，降低了凸轮的使用寿命。因此，考虑对曲线进行优化拟合已达到是凸轮运动的位移、速度和加速度曲线更加连续光滑。以下便详细介绍摆臂共轭凸轮曲线拟合的计算过程和轮廓线计算过程，为后期凸轮设计提供理论依据。3.3.3 基于matlab的曲线拟合由于matlab软件强大的数值计算、符号计算和绘图功能161718，为运动仿真所得到的曲线做拟合提供了极大地方便。a 位移曲线拟合b 速度曲线拟合c 加速度曲线拟合图3.6基于matlab的运动规律拟合图3.6为matlab拟合结果与原曲线的对比图，其中红色为拟合优化后的曲线，从图中易于看出优化设计的凸轮运动规律曲线得到较好的光顺。Matlab拟合的参数为下文软件的参数提供了参考。3.3.4 摆臂共轭凸轮轮廓计算关于共轭凸轮外轮廓的设计计算主要有解析法和反求法19，而关于凸轮的外轮廓方程推导在大量文献中都有详细的解说，当前主要的求解方法中一般有基于旋转变换对凸轮外轮廓坐标值求解，基于复极矢量法对共轭凸轮轮廓曲率半径的求解，还有一些是采用瞬心法设计共轭凸轮轮廓2021。不同求解方法，得到的凸轮外轮廓的计算结果表达式不一样，但其实质一样。下文中主要是用旋转变换法对凸轮进行轮廓线求解。主凸轮基圆半径为R0，主摆臂长度为l1，副摆臂长度为l2，滚子A半径为r1，滚子B半径为r2，两摆臂夹角为。则主摆臂与两中心连线的初始夹角为： (3-27)共轭凸轮转动角度后，主摆臂与两中心连线的夹角为： (3-28)则此角度下，凸轮理论轮廓的极半径R为： (3-29)此时由于摆臂的位置发生变化，对应的角度不再是凸轮转角，而是： (3-30)则横坐标为： (3-31)纵坐标为： (3-32)对于其实际廓线，计算量大，可借用Pro/E的偏移命令，大大减少了计算过程。图3.7 proe偏移指令3.4 本章小结本章详细的介绍了摆臂共轭凸轮机构及其运动原理，分析了摆臂共轭凸轮常用的运动规律，对摆臂共轭凸轮的正弦加速度，五次多项式加速度和等位移曲线规律做详细说明，并通过“测绘仿真曲线拟合轮廓计算”的反求设计步骤，推导出摆臂共轭凸轮的反求设计计算公式。第4章 HQ直动共轭凸轮机构分析与设计4.1 直动共轭凸轮机构图4.1直动共轭凸轮机构图4.1所示为一带有滚子的直动共轭凸轮机构，O是凸轮中心， 1为主凸轮，2为副凸轮，lAB为两个滚子的中心距。rA为滚子A的半径，rB为滚子B的半径。4.2 直动共轭凸轮运动规律设计直动共轭凸轮各段的运动规律理算原理大致与摆臂共轭凸轮相似，只是直动共轭凸轮的位移单位是mm，速度单位是mm/s，加速度单位是mm/s2。所以不再对直动共轭凸轮各运动规律进行计算，而是直接借用摆臂共轭凸轮的计算结果。4.2.1 正弦运动规律升程段： （4-1） （4-2） （4-3）其中： （4-4） （4-5） （4-6）回程段： （4-7） （4-8） （4-9）其中： （4-10） （4-11） （4-12） 4.2.2 五次多项式运动规律S，v，a分别表示滚子的位移，速度和加速度，其方程如下： （4-13） （4-14） （4-15）t1=1/36，t2=2/36，v1为起点的速度，v2为终点的速度，a1为起点的加速度，a2为终点的加速度。则：c0=1/2*(t15*t22*a2-2*t15*t2*v2+2*t1*v1*t25-10*t14*t2*s2-2*t14*t23*a2+10*t14*t22*v2+20*t13*t22*s2+2*t13*t24*a1+t13*t24*a2-8*t13*t23*v2-t14*t23*a1-t12*a1*t25+2*t15*s2-2*s1*t25-20*s1*t12*t23+10*s1*t24*t1+8*t13*v1*t23-10*t12*v1*t24)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-5*t2*t14+10*t22*t13+t15-t25) （4-16）c1=-1/2*(2*t15*t2*a2-2*t15*v2+2*t25*v1+60*t12*t22*s2-60*t12*t22*s1+16*t22*t13*v2+24*t22*t13*v1+4*t13*t23*a1-16*t12*t23*v1-4*t13*t23*a2-24*t12*t23*v2+t24*t12*a1-10*t24*t1*v1+3*t24*t12*a2-2*t25*t1*a1-3*t14*t22*a1+10*t14*t2*v2-t14*t22*a2)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-5*t2*t14+10*t22*t13+t15-t25) （4-17）c2=1/2*(60*t12*t2*s2-24*t23*t1*v2+3*t24*t1*a2-60*t22*t1*s1-4*t24*t1*a1+60*t22*t1*s2-36*t23*t1*v1-60*t12*t2*s1+8*t12*t23*a1-t25*a1+24*t13*t2*v1+t15*a2-8*t13*t22*a2+4*t14*t2*a2+36*t13*t2*v2+12*t12*t22*v1-3*t14*t2*a1-12*t12*t22*v2)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-5*t2*t14+10*t22*t13+t15-t25) （4-18） c3=1/2*(-3*t14*a2+t14*a1-8*t13*v1-12*t13*v2+4*t13*t2*a1-8*t12*t22*a1-20*t12*s2+20*t12*s1-28*t12*t2*v2+8*t12*t22*a2-32*t12*t2*v1-80*t1*t2*s2-4*t1*t23*a2+80*t1*t2*s1+32*t1*t22*v2+28*t1*t22*v1-20*t22*s2+20*t22*s1+3*t24*a1+12*t23*v1-t24*a2+8*t23*v2)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-5*t2*t14+10*t22*t13+t15-t25) （4-19）c4=-1/2*(2*t13*a1-3*t13*a2+4*t12*t2*a2-16*t12*v2-14*t12*v1-t12*t2*a1+2*t1*t2*v2+t1*t22*a2+30*t1*s1-4*t1*t22*a1-30*t1*s2-2*t1*t2*v1+16*t22*v1+3*t23*a1+14*t22*v2-2*t23*a2+30*t2*s1-30*t2*s2)/(-10*t12*t23+5*t24*t1-