基于solidworks的凸轮三维实体模型的建立

基于solidworks的凸轮三维实体模型的建立

0我国《人才培养方案》的无碳设计全国学生工程综合技能考试是全国学生最重要的比赛之一。比赛的目标是提高学生的工程技能。每两年，国家的重点工程和科学学校都将参与，并引起高等教育和教育部的高度重视。2013年为第三届,本届题目是利用1千克重物从400mm高度自由落体所产生的重力势能驱动一个三轮的小车做周期性曲线运动,曲线轨迹分别为“S”形和“8”字形,最终以小车做周期运动次数的多少计算成绩。在整个过程中除了重物块下降所产生的重力势能以外无其他任何外部能量,驱动力绿色环保,故简称“无碳小车”。为了参加这个比赛,我们对“8”字轨迹的”无碳小车”进行了设计。本设计实物最终在第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛中获得全国第一名的好成绩。1转向机构的选取为实现“无碳小车”沿“8”字轨迹运动,必须将重力势能分别转换为其运动驱动力及转向驱动力。运动驱动力可将重物块通过导轮缠在绕线轴上,重物块下降驱动绕线轴旋转,绕线轴轴端的齿轮与后轮驱动轴上的齿轮啮合,后轮轴旋转带动后轮转动,从而驱动“无碳小车”运动。为实现无碳小车走“8”字轨迹,转向机构必须是周期性受到驱动力作用,且在每个周期中其两端是保持状态,很显然必须选用间歇运动机构。对比常用间歇运动机构如棘轮机构、不完全齿轮机构、槽轮机构等,我们发现凸轮机构在自动机械、自动控制装置和装配生产线中广泛应用,它结构简单紧凑、工作可靠,能够使从动件精确地实现各种预期的运动规律,易于实现多个运动的相互协调配合,故我们选择使用凸轮机构。凸轮轮廓曲线的优良与否会直接影响到凸轮机构的效率、精度以及传动运动的准确性,故凸轮的设计显得尤为重要。随着计算机软件在机械行业的应用,CAD软件的日益成熟,为凸轮结构设计应用CAD软件进行参数化建模提供了有利的条件。SolidWorksToolbox工具箱中有一个凸轮设计插件,只需输入相应凸轮运用此插件可以方便的建立凸轮的三维实体模型。2o旋转时的正演模拟凸轮机构是一种由凸轮、从动件和机架组成的传动机构。图1是最简单的形式。凸轮1绕轴O旋转时,促使从动件2沿着机架3上的导轨作往复移动。凸轮基本名词:1基圆R0、2推程、3回程、4行程h、5推程运动角Φ(推程期)、6回程运动角Φ’(回程期)、7远休止角Φs(远休止期)、8近休止角’s(近休止期)、9凸轮转角。运转规律见图2。3硬盘突出设计3.1拟合的数学模型根据第三届工程训练比赛命题规则,对比几种常用凸轮形式及“无碳小车”的结构要求,最终选择盘形凸轮。“无碳小车”要做“8”字形运动,根据设计与计算,凸轮作顺时针方向转动,从动件运动方向过凸轮盘中心线,从动件在推程作等加速等减速运动,在回程作余弦加速度运动。各参数计算结果如下:基圆半径R0=20mm式中,c0,c1,c2,...,cn为待定系数,根据凸轮工作要求由边界条件确定。对于多项式类运动规律,当n=2时,从动件按等加速等减速从动件运动规律运动,因此二次多项式运动规律也称等加速等减速从动件运动规律,其位移为凸轮转角的二次函数,位移曲线为抛物线。二次多项式运动规律(等加速等减速从动件运动规律)在多项式运动规律中,令n=2,则有:a.由推程边界条件求解从动件在推程的运动方程:前半阶段(等加速阶段)后半段(等减速阶段)。b.由推程边界条件求解从动件在回程的运动方程:前半阶段(等加速阶段)后半段(等减速阶段)。4参数化的凸凹实体建模采用soildx详细装饰物建模方法按照步骤,在Soildworks菜单栏中选择Toolbox工具栏,如图4所示。4.1维生成直径说明:1)推杆类型:当推杆与凸轮回转中心无偏心时选择【平移】即可。如有偏心点击右侧的【▼】调相应的方向并输入参数即可。2)推杆直径:此处直径在三维生成时反应为凸轮“滚子直径”。3)开始半径:开始半径即为“基圆半径”。2>运动将已知条件的参数输入如图4。3>[生产]1盘形齿轮的特征说明:1)通孔直径:通孔直径即为凸轮与机架相链接的内孔直径。2)分辨率和数值:分辨率即为凸轮生成的精度,分辨率越大凸轮曲面连接越光顺且精度更高,但高分辨率对计算机的要求随之更高。3)轨道曲面:在此选项卡内有盘形凸轮的3种形态。盘形内凸轮、盘形外凸轮、盘形槽凸轮。(图5)2单击[生成]点击生成即可绘制出凸轮的三维实体模型。5实际运行试验根据设计的凸轮三维实体模型,实际加工并装配调试。由于实际制作中各种因素的影响,其运动轨迹与设计的理论轨迹会有一点误差,并且随着“无碳小车”绕“8”字轨迹运动的周期增多,其累积误差也更加明显,这就是理论与实践的差别。根据实际运行情况,对凸轮轨迹进行适当修正,再制作及重复进行试验,结合“无碳小车”的曲柄调整机构,尽量减小实际运动轨迹与理论设计轨迹之间的误差。最终,我们的“无碳小车”在6月份的全国大赛中获得第一名的成绩,小车实际绕行“8”字个数也达到了53个。在这个过程中,无论是在理论设计上还是在装配调试方面,都为我们积累了丰富的经验。6cad在实际设计过程中的应用通过全国大学生工程训练比赛的实际案例,结合“无碳小车”的设计,为实现实际运动中特定的运动轨迹,应用SolidWorksToolbox插件中的凸轮设计模块,实现了盘形凸轮的快速设计,避免了利用解析计算方法繁琐设计过程,也避免了重复加工实验对资源和时间的浪费。本篇论文通过一个真实的案例又一次表明利用SolidWorks软件发挥CAD的优势,可以大大缩短用户精确设计及加工凸轮的时间。SolidWorks软件还可对精确生成凸轮进行仿真与模拟,也可将SolidWorks系统下设计的凸轮实体模型通过IGES格式转入其他软件以方便进行下一步的工作。随着科技的发展,我们必须学会利用CAD/CAM技术这一有力武器,只有合理利用这一资源,采用先进的设