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基于 P r o /E 的圆柱凸轮机构设计与运动仿真吕长生, 姜大成 ,杨培滋 ,王佳峰( 陆航驻哈尔滨地区代表室, 哈尔滨 黑龙江150066)摘要: 圆柱凸轮是槽形凸轮的一种, 由于本身造型的独特性, 在机械的传动机构中应用非常广泛。 采用圆柱凸轮的图解法设计原理, 在 P r o /E中应用二次投影成型法完成圆柱凸轮槽轮廓的参数化设计。 采用该设计方法可生成凸轮的三维实体上带有凸轮槽的轮廓曲线, 为在 Me c h a n i s m模块中进行运动仿真时定义凸轮槽从动机构连接提供方便, 通过运动仿真和测量结果验证, 可提高机构设计的精确性和可靠性。关键词: 凸轮机构; 图解法; P r o /E ; 二次投影成型法; 运动仿真中图分类号: T H132. 47文献标识码: A 文章编号: 1006-4414( 2009) 02-0096-03D e s i g na n dmo t i o ns imu la t i o no f t h e c y l in d r i c a l c a mb a s e do nP r o /EL vC h a n g - s h e n g , J ia n g D a - c h e n g , Y a n g P e i - z i , Wa n g J i a - f e n g( C u s t o me r r e p r e s e n t a t i v eo f g e n e r a l s t a f f d e p a r t m e n t i nH a r b i nd i s t r i c t , H a r b i nH e i l o n g j i a n g 150066, C h i n a )Ab s t r a c t :C o l u m n i f o r mc a mi s a k i n do f g r o o v yc a m, a s i t s p a r t i c u l a r f o r ma t i v ed e s i g n , i t s a p p l i c a t i o ni s h i g h l yb r o a di nt r a n s -m i s s i o nm a c h i n e .T h e g r a p h i c a l me t h o dp r i n c i p l e o nc o l u m n i f o r mc a ma n dq u a d r a t i cp r o j e c t i o nm o l d i n g me t h o di nP r o /Ei sa -d o p t e d , r e f e r e n c e sd e s i g no f c a ms l o t p r o f i l eh a v eb e e nc o m p e t e d .B yu s i n gt h ed e s i g nm e t h o d , t h es l o t p r o f i l ec u r v eo f t h r e e-d i m e n s i o n a l s o l i di sc r e a t e da n di t c a np r o v i d ec o n v e n i c e n c ef o r d e f i n i n gc a ms l o t m e c h a n i s a ma s s i mu l a t i n gi nm e c h a n i s mmo d u l e .T h ed e s i g nm e t h o dc a ni m p r o v ea c c u r a c ya n dr e l i a b i l i t yt h r o u g ha t h l e t i c ss i mu l a t i o na n dme a s u r er e s u l t .Ke yw o r d s :c a mme c h a n i s a m ;g r a p h i c a l m e t h o d ;q u a d r a t i cp r o j e c t i o nm o l d i n gm e t h o d ;a t h l e t i c s s i m u l a t i o n1引言凸轮机构是机械中的一种常见机构, 在自动化和半自动化机械中应用非常广泛 1, 2。本文以 C A D /C A M/C A E 集成软件 P r o /E n g in e e r w i ld fi r e 2. 0为设计平台, 采用图解法设计原理来设计工具机进刀机构上的圆柱凸轮 ,同时 ,进行了凸轮机构模型的准确性、装配过程的合理性的检验,在 M e c h a n i s m 模块进行运动仿真分析,可检验凸轮机构作业过程的动态性、运动轨迹的正确性以及对从动件上的兴趣点进行位移分析 、 速度分析 、 受力分析等。通过对系统的各种动态分析, 可及时发现和修改模型, 缩短了设计周期 ,也可以提高设计质量 。2圆柱凸轮的设计圆柱凸轮的设计关键在于确定其轮廓曲线 ,在圆柱凸轮旋转一个运动周期过程中,就会引起从动件的一系列动作 ,包括升程 、滞留与返程等。升程是从动件远离凸轮中心的运动,滞留是从动件维持静止而凸轮仍处旋转状态 ,返程则是从动件往凸轮中心运动的行程。通过图解法设计原理先确定从动件的运动轨迹 ,进而确定圆柱凸轮的轮廓曲线,如图 1所示 。设已知圆柱凸轮的直径为 400m m 、长 600m m 、圆柱凸轮以等角速度顺时针旋转,当圆柱凸轮旋转过360 , 从动件上一点的运动正好经过升程 420m m和96设计与制造机械研究与应用收稿日期: 2009-03-05作者简介: 吕长生 ( 1979 - ) , 男, 黑龙江富锦人, 工程师, 研究方向: 航空机械 。廓线。( 4) 完成圆柱表面上凸轮槽轮廓绘制后 ,进行沟槽的绘制。单击菜单 -插入 -混合扫描 - 切口 命令 ,一次按对话框内的提示完成相应的原点 、轨迹、截面和材料侧内容定义。( 5) 可对生成的模型进行按比例缩放,单击菜单- 编辑 - 缩放模型 - 放大 2倍,如图 3所示。3运动仿真运用运动仿真可对凸轮机构装配后模拟机械运动 ,从而检查机械的运动是否达到设计要求, 可以检查机械运动中是否达到设计要求,对于凸轮机构主要分析其从动件的运动轨迹及其速度、加速度等看是否满足要求。3. 1 建立运动模型运用 P r o /E 软件的 P a r t 模块建立凸轮机构的其它零件模型 3, 4,再利用 A s s e m b ly 模块进行机构的组装 。装配是运动仿真的前提,装配关系的正确与否直接影响仿真分析 。圆柱凸轮机构的装配并不复杂, 首先以组件模式来建一个组件文件,并默认模式来放置第一个固定零件凸轮支座 ,在使用“销钉 ”连接组装圆柱凸轮, 使用“圆柱”连接来组装从动件 。3. 2 进入 Me c h a n i s m环境设置操作在“应用程序 ”下拉菜单下的 “机构 ”选项 ,进入M e c h a n i s m 后, 确定凸轮和从动件的槽从动机构连接关系。从动件上一点选取 P N T 0,槽曲线选取圆柱凸轮上的轮廓线 。如果希望轮廓曲线上有端点,则单击“开始”和 “终止 ”下面的箭头按钮, 在该曲线上选取代表开始和端点的两个基准点或顶点。如果不选取端点,则默认端点就是所选的第 1条和最后 1条曲线的端点, 如图 4所示。采用 P r o /E 软件提供的余弦方程来定伺服电机的转动方程:q = A c o s ( 360xT+ B )+ C式中: q 为速度; A 为振幅, 12; B 为相位 , 0; C 为偏距 ,60; T 为周期 , 10。图 5为电机运动函数关系图。97设计与制造机械研究与应用函数关系图 。图 7 9的测量类型选择为测量与测量 ,测量 x 轴选择凸轮转角。各图分别是从动件上的P N T 0点在凸轮轴线方向的位移、速度 、 加速度相对凸轮转角的函数关系分析图。图 9P N T 0点沿轴向加速度 - 凸轮转角函数4结语在 P r o /E 环境下, 采用图解法和二次投影成型法 ,完成了圆柱凸轮廓线的设计, 并在 M e c h a n i s m 模块中进行运动仿真 , 通过与测量结果的比较分析 ,能够发现设计缺陷, 并及时修改设计的机械结构 , 这样可大大简化机构的设计开发周期 ,并能提高设计的准确性和可靠性 ,通过实例的设计 ,可以看出该方法效果非常理想。在此基础上, 可以利用 P r o /EM e c h a n i -c a 模块进行有限元分析 , 也可为凸轮机构的结构设计提供参考。参考文献 : 1 余立华. 凸轮线的建模设计法 J . 机械传动, 2007, 31( 2) : 58 -59. 2 贺静. 基于 M D T 的平面凸轮参数化设计及运动仿真 J . 制造业自动化, 2007, 29( 3) : 32-34. 3 邓子林. 基于 P r o /E N G I N E E R 的凸轮造型与仿真设计 J . 中国科技信息, 2007( 7) : 71 - 73. 4 二代龙震工作室. P r o /M e c h a n i s m /M E C H A N I C AW i l d f i r e2. 0机构 /运动 /结构 /热力分析 M . 北京: 电子工业出版社, 2006.信 息 重庆机床大型六轴数控滚齿机试切成功重庆机床( 集团) 有限责任公司自主研发制造的 Y 31320C N C 6 3200m m大型六轴数控滚齿机日前试切成功 。 Y 31320C N C 6六轴四联动数控滚齿机是目前国内自主研发制造的最大规格的同类数控机床。机床床身采用相互对