开发的凸轮廓线精确设计及运动仿真

1、机械传动文章编号：（链基于二次开发的凸轮廓线精确设计及运动仿真（合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥）刘善林胡鹏浩王会生摘要以直动滚子从动件盘形凸轮机构为例，先用自带的编辑宏，精确绘制凸轮的轮廓曲线，并拉伸成型，然后用插件对凸轮机构进行运动仿真，生成推杆的位移和速度曲线，最后对推杆的位移、速度曲线进行分析，从而评判凸轮廓线是否满足设计要求。关键词二次开发凸轮廓线运动仿真廓线的起始点。当凸轮转过角占时，推杆相应地产生位移。根据反转法原理，此时滚子中心应处于点，则凸轮理论廓线的直角坐标参数方程为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

2、件则按预定运动规律作间歇（或连续）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，只要凸轮廓线设计合理，便可使从动件按任意给定的规律运动。在精密机械特别是在自动控制装置和仪器中，应用非常广泛。当从动件的运动规律和凸轮的基圆半径确定后，凸轮廓线的设计方法通常有作图法和解析法。作图法简便、直观，但作图误差较大，难以获得凸轮廓线上各菇！。：芝（）艿的凸轮理论廓线方程¨。（）”根据式（）和推杆的运动规律，可以得出所要设计当艿伊。时，推杆作等加速上升，凸轮理论廓线方程为茗艿蚕艿点的精确坐标，只能用于低速或不重要的场合；对于高速凸轮或精确度要求较高的凸轮，需用解析法设计，并借助于计

3、算机编程软件精确地计算出凸轮廓线上各点的坐标值，以适合在数控机床上精确加工。廓线方程为髫丛磕丛蹄艿嘲碍艿当艿。一。时，推杆作等减速上升，凸轮理论一孙一艿蚕艿问题的提出已知推杆的运动规律为：当凸轮转过妒时，推杆等加速等减速上升；凸轮继续转过时，推杆停止不动；凸轮再继续转过酽时，推杆等加速等减速下降；最后，凸轮转过所余的时，推杆又停止不动。，习臣溆之，簪；图凸轮机构运动简图、占一丛磕丛蹁协一一踟一瞄艿舻，矗）艿【（）艿（）设凸轮逆时针方向等速转动，凸轮理论廓线圆半径，推杆滚子半径，设计满足该运动要求的凸轮廓线。茗一葛！艿一艿。一艿）艿【，（一薏（艿一如一）艿。，一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构数学

4、模型的建立在如图所示的对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中，选取如图所示的极坐标系，点为凸轮理论菇惹（占们艿佗艿一艿）【，（。面（岛如阮一艿）艿。，一第卷第期基于二次开发的凸轮廓线精确设计及运动仿真当艿一时，推杆在距凸轮回转中心最近位置不动，凸轮理论廓线方程为？式中，艿。詈，推程运动角；艿陀酽弩，远休止角；如争回程运动角；酗等，近休止角。凸轮三维实体造型程序设计生成凸轮理论廓线坐标运行，新建一个零件，选择【工具】【宏】【新建】命令，打开编程界面，凸轮推程阶段主要程序编写如下【】，其它阶段程序编写与此类似，在此略。（）（），（）凸轮廓线坐标，凸轮转角、推杆位移、最大行程，基圆半径、凸轮推程运动角，凸

5、轮廓线构造点步长、曲线坐标点数目角度转化为弧度常数：初始条件：推程：等加速等减速运动叩（彤（乞）（）鹤（），（）（）（）（）（）（）（）一（）（一）船（），（）（）（）（）（）（）（）在中选择【运行】【运行子过程用户窗口】命令，将在当前文件夹中生成凸轮理论廓线坐标文件“凸轮理论廓线坐标”。生成凸轮理论廓线返回到零件界面，选择【插入】【曲线】【通过点的曲线】命令，在出现的对话框中单击“浏览”按钮，选择上述保存的“凸轮理论廓线坐标”文件，单击“确定”按钮，则在中将凸轮理论廓线以样条曲线方式绘出。图凸轮三维实体造型绘制凸轮实际廓线单击【前视基准】，选择【工具】【草图绘制工具】【等距实体】命令，输入推

6、杆滚子半径，将曲线转换成草图曲线，得到凸轮实际廓线，在原点处绘制凸轮轴孔。凸轮三维实体造型以距离拉伸草图轮廓，得到凸轮三维实体，如图所示。基于的运动仿真装配体中配合的要求为了使推杆处于初始位置，需要在凸轮上作一条辅助线，此辅助线穿过凸轮基圆与凸轮上升曲线的交点。装配时，使该辅助线与推杆的竖直边线呈“平行”约束，然后对滚子表面与凸轮表面施加“相切”约束，这样推杆处于所要求的初始位置，最后将上述的“平行”与“相切”约束进行“压缩”，目的是使该约束不影响后面的运动仿真；其它构件的配合皆属于常规配合，在此不再赘述。基于的运动仿真完成凸轮机构的装配体后，在设计树上选择运动分析图标，切换到运动分析模块。将

7、机架设置为【静止零部件】，其余设置为【运动零部件】。将凸轮与机架的旋转副设置为运动驱动，凸轮角速度为一（）（负号表示凸轮逆时针转动），设置仿真时间为（凸轮正好转一圈）。在设计树中右击【约束碰撞】【添加曲线与曲线碰撞】，分别选择滚子与凸轮的轮廓边线，这样在凸轮转动时，滚子始终与凸轮廓线弹性接触。单击“仿真”按钮，对凸轮机构进行运动仿真。仿真结果的分析在中右击【推杆一】，选择【绘制曲线质心位置】【（）】，得到推杆位移曲线，如图机械传动焦所示。同样得到推杆的速度曲线，如图所示。从图推杆位移曲线可以看出，当凸轮角速度为（）时，在（对应凸轮转角为酽一。）时间内，推杆质心从最低位置上升到最高位置，上升行程

8、为；在一（对应凸轮转角为。一酽）的时间内，推杆质心在最高位置不动；在（对应凸轮转角为一。）时间内，推杆质心从最高位置下降到最低位置，下降行程为；在（对应凸轮转角为（。一。）的时间内，推杆质心在最低位置不动，故推杆位移曲线符合设计要求。星啊牮晕餐图推杆位移曲线广厂一，窭量导魁糟奄蜒厂眈时间，曩图推杆速度曲线从图推杆速度曲线可以看出，在（对应凸轮转角为一）时间内，推杆质心速度从线性上升到约，推杆作等加速上升；在一（对应凸轮转角为。一。）时间内，推杆质心速度从约线性下降到，推杆作等减速上升；在（对应凸轮转角为伊）时间内，推杆质心速度为，推杆在最高位置静止不动；在（对应凸轮转角为。伊）时间内，推杆质心

9、速度沿相反方向从线性上升到约，推杆作等加速下降；在（对应凸轮转角为。一。）时间内，推杆质心速度继续沿相反方向从约线性下降到，推杆作等减速下降；在（对应凸轮转角为。一。）时间内，推杆质心速度为，推杆在最低位置静止不动，故推杆速度曲线也符合设计要求。由式（）得知，当凸轮转角艿一时，推杆的位移等艿，则推杆的速度盅蛊苦警艿，当艿詈时，一，这是推杆最大速度的理论值，而仿真的速度最大值约为（对加速度的分析也出现这种现象），为什么会有的误差？这主要归因于仿真运动的方式。在中运动仿真有两种方式：一种是耦合方式，即主、从动件按固定的传动比进行运动，所有的构件都是刚体，这是一种理想状态的运动模拟；另一种方式是碰撞方式，即在碰撞力作用下主动件带动从动件运动，主、从动件在碰撞中都会发生不同程度的变形，使得实际的运动值会比理论值小，这是一种接近真实的运动状态，本例就是采用后一种方式进行运动模拟的，从图可以看出，推杆的速度在碰撞过程中产生一定的波动。综合以上分析，凸轮廓线符合设计要求。结束语本文以通用的三维软件为设计平台，以为开发工具，对进行二次开发，设计出形状复杂的凸轮理论廓线，使得通用软件更具专业化的功能。通过对凸轮机构进行更具真实的运动模拟，从而预见机构的实际运行效果，对机构的评判更具现实意义。参考文献】孙桓，傅则绍机械原理北京高等教育出版社