基于Pro_E的凸轮廓线精确设计及仿真研究

1、基于Pro/E的凸轮廓线精确设计及仿真研究刘善林(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009)DesignofCamCurveBasedonPro/EandSimulationResearchLIUShan-lin(SchoolofInstrumentScienceandOpto-electronicEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)摘要:利用Pro/E强大的曲线建模功能,用户只要编写凸轮曲线的分段函数,就可以得到凸轮的理论轮廓曲线,既保证了设计精度,又避免了编程的烦琐.通过机构的运动仿真,验证凸轮

2、轮廓数学模型的正确性,关键词:Pro/E;凸轮廓线;中图分类号文章编号2257(2009)01-0065-03Abstract:Byusingthepowerfulcurvemodel2ingfunctionofPro/E,thecamcontourcurvecanbeobtainedwiththesegmentfunctioninthecam,ontheonehand,thedesignprecisioncanbeen2sured,ontheotherhand,programmingcanbeavoi2ded.Throughthemotionsimulationofthemecha2nism

3、,thecorrectofthenumericalmodelofthecamcontourcurvecanbechecked,thusprovidingthereferenceforthedesignofthemechanism.Keywords:Pro/E;camcontourcurve;motionsimulation从优化方面来说,要求凸轮在满足使用要求的同时,其尺寸尽可能小.根据已知条件,当凸轮转过时,推杆以余弦加速度运动规律上升h=01=180°0引言凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构,凸轮具有曲线轮廓或凹槽,通常作连续等速转动,从动件则按预定运动规律作间歇(或连

4、续)的直线往复移动或摆动.凸轮机构的特点是结构简单、紧凑、工作可靠,只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,便可以使从动件得到各种预期的运动规律,在精密机械特别是在自动控制装置和仪器中,应用得非常广泛.收稿日期:2008-07-28在如图1所示对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中,选取如图1所示极坐标系,B0点为凸轮理论图1凸轮机构运动简图1机械与电子22009(1)65廓线起始点.当凸轮转过角时,推杆相应地产生位移s.根据反转法原理,此时滚子中心应处于B点,则凸轮理论廓线的极坐标参数方程为3-4:=(1)s=r0+s根据式(1)和推杆的运动规律,可以得出凸轮理论廓线各段的极坐标方程.设推程运动角=,远休

5、止角01=180°02=30°=,回程运动角=.03=90°62当=0°180°时,推杆作余弦加速上升,凸轮理论廓线极坐标方程为:=(2s=r0+1-cos201当=180°210°时,远位置不动,=(3)s=r0+h当=210°255°时,推杆作等加速下降,凸轮理论廓线极坐标方程为:=(4)()2s=r0+h-2-01-0203当=255°300°时,推杆作等减速下降,凸轮理论廓线极坐标方程为:=(5)2(-s=r0+201-02-03)03当=300°360°时

6、,推杆在距凸轮回转中心最近位置不动,凸轮理论廓线极坐标方程为:=s=r0r=55+30×1-cos(180t)theta=180tz=0单击“保存"按钮,关闭“记事本"窗口,再单击“曲线:从方程"里的“确定"按钮,则在绘图区里生成凸轮升程段的曲线.同样可以生成凸轮远休止段、回程段和近休止段曲线.凸轮远休止段柱面坐标方程式为:r=55+60theta=180+t×30z=0(:+-(2)()×(t×45)×ta=210+t×45z=0凸轮回程段(等减速)柱面坐标方程式为:r=55+(2×

7、60)×(45-t×45)×(45-t×45)/(90×90)theta=255+t×45z=0凸轮近休止段柱面坐标方程式为:r=55theta=300+t×60z=0由于上述各段方程的曲线自成封闭,因此可在(6)单击【拉伸工具】按钮,在“拉伸属性"面板中单击“放置"按钮,设置草绘平面(草绘平面为凸轮理论曲线所在面)、草绘视图方向和参照.单击“草绘"“边"“偏移"命令,在草绘视图中单击凸轮理论廓线,输入偏距15(即滚子半径),得到凸轮实际廓线,设置“拉伸深度"为10

8、(即凸轮宽度),最终得到的凸轮三维实体如图2所示5-6.2基于Pro/E的凸轮廓线精确建模2.1生成凸轮理论廓线在Pro/E环境中,新建一零件文件,单击“插入基准曲线"按钮,在弹出的“菜单管理器"中,选择“从方程"“完成"选项.在绘图区选取默认坐标系PRT_CSYS_DEF,选择坐标系类型为“圆柱"(由于Pro/E没有极坐标类型,这里用柱面坐标方程式来代替极坐标方程式),系统弹出编辑方程式的记事本窗口,在窗口中编写凸轮升程段的柱面坐标方程式:66图2凸轮三维实体图1机械与电子22009(1)3凸轮机构的运动仿真利用Pro/E中的“机构"

9、;模块,可对凸轮机构进行运动模拟,运动模拟过程如图3所示.果"对话框,单击对话框中“创建新测量"按钮,系统弹出“测量定义"对话框,在类型栏选择“位置"选项,选取推杆顶部的顶点,在分量区域选择“Z分量"选项,单击“确定"按钮,这样创建好推杆的位移运动曲线.同样可以创建推杆速度和加速度运动曲线,最后将上述3个曲线选中,勾选“分别绘制测量图形"选项,单击“绘制选定结果集所选测量的图形"按钮,则分别显示出推杆的位移、速度和加速度运动曲线,如图4所示7.由于凸轮转速设为36°/s,仿图3凸轮机构运动模拟过程图3.1

10、建立装配模型为得到凸轮机构的运动模拟,在组件装配时,要根据各构件相对运动,通过“连接"限制组件的运动自由度,即“部分约束".为此,机架按“缺省"接,推杆与机架按“滑动杆"“销钉"方式连接.,与机架的“",轴对齐"与“平移"约束外"约束,使得凸轮升程的初始面与推杆滑轨面夹角为0°.3.2机构运动模拟图4推杆的运动曲线图单击“生成分析的测量结果"按钮,弹出“测量结1机械与电子22009(1)真时间设为10s,因此从图4推杆位移曲线可以看)时间出,在t=05s(对应凸轮转角为0°1

11、80°内,推杆从最低位置上升到最高位置,上升行程为235-175=60mm;在t=55.83s(对应凸轮转角)的时间内,推杆在最高位置不动;在t为180°210°)时间=5.838.83s(对应凸轮转角为210°300°内,推杆从最高位置下降到最低位置,下降行程为235-175=60mm;在t=8.8310s(对应凸轮转)的时间内,推杆在最低位置不动,角为300°360°故推杆位移运动规律符合设计要求.将r0=55mm,h=60mm和01=代入式(2),得凸轮升程段理论轮廓曲线方程:=s=85-30cos又=t=t180故推

12、杆速度=!=sindtdtd18067风力发电机组主轴胀套联接有限元分析杜静,程海燕,何玉林,韩德海(重庆大学机械工程学院,重庆400030)FiniteElementAnalysisofTaper-lockConnectioninWindTurbineSpindleDUJin,CHENGHai-yan,HEYu-lin,HANDe-hai(CollegeofMechanicalEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400030,China)摘要:建立了风力发电机组主轴胀套联接的有限元模型,利用非线性有限元软件MSC.MARC的接触分析功能,对胀套在

13、极限工况下进行了强度分析,并分析了行星架和主轴接触面上的法向接触应力和变形.研究了摩擦系数,影响,求,并为胀套,关键词:;有限元;MSC.MARC;应力应变中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1001-2257(2009)01-0068-03Abstract:Thefiniteelementmodeloftaper-收稿日期:2008-09-08基金项目:重庆科技攻关计划重点项目(CSTC2007AB3052)Keywords:taper-lock;spindle;finiteele2ment;MSC.MARC;stressandstrain0引言胀套主要用于代替单键和花键的联结,以实现社,1989.2孙桓,李继庆.机械原理教材学习指南M.北京:高当=90°时,max=18.85mm/s为推杆升程段最大速度的理论值,与仿真结果吻合.同样可以求出推杆最大加速度的理论值,也与仿真值相吻合.等教育出版社,1987.3吴晓明,雷亚勇.基于Matlab和Excel设计凸轮轮廓4结束语由于推杆仿真运动曲线符合设计要求,因此第1孙桓,傅则绍.机械原理M.北京:高等教育出版曲线J.现代制造工程2007,(1):53-54.4郭玉华,薛明,等.基于Pro/E的等加速等减速凸轮三维模型设计J.煤矿机械,2007,(