機械畢業(yè)設(shè)計（論文）12分度圓弧凸輪機構(gòu)的設(shè)計及運動仿真【全套圖紙proe三維】

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1、 內(nèi)蒙古科技大學 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 題 目：12分度圓弧凸輪機構(gòu)的設(shè)計及運動仿真 學生姓名： 學 號：200540401440 專 業(yè)：機械設(shè)計及其自動化 班 級：機06-4班 指導教師： 凸輪機構(gòu)的設(shè)計 摘 要 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的課題要求，這兩周查閱了有關(guān)凸輪機構(gòu)的知識，對凸輪機構(gòu)有一個膚淺的了解。 凸輪機構(gòu)廣泛用于各種自動機中。例如，自動包裝機、自動成型機、自動裝配機、自動機床、紡織機械、農(nóng)用機械等。 凸輪機構(gòu)機構(gòu)之所以能夠得到如此廣泛的應(yīng)用，是因為它具有傳動、導向和控制等功能。當它作為傳動機構(gòu)時，可以產(chǎn)生

2、復雜的運動規(guī)律；當它作為導向機構(gòu)時，可使工作機械的運動端產(chǎn)生復雜的運動軌跡；當它作為控制機構(gòu)時，可控制執(zhí)行機構(gòu)的工作循環(huán)、凸輪機構(gòu)還具有一下優(yōu)點：高速時平穩(wěn)性好，重復精度高，運動特性好，機構(gòu)的構(gòu)件少，體積小，剛性大，周期控制簡單，可靠性好，壽命長。 隨著社會的發(fā)展和科技的進步，各種自動機正朝著高效率、高精度、自動化程度高。等方向發(fā)展。為了適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，又由于計算機軟件和數(shù)控技術(shù)的日益普及，凸輪CAD/CAM軟件的問世，為高速高精度的凸輪機構(gòu)的設(shè)計、制造和檢測提供了有利條件。 關(guān)鍵詞：凸輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)設(shè)計、凸輪機構(gòu)的功用、凸輪機構(gòu)的輪廓曲線的設(shè)計、凸輪機構(gòu)運動仿

3、真。 Design of Cam Mechsnism Abstract By the basic claim of thesis,i have found a lot of meterial and data about the cam.for what, i earned some acknowledge about it. Cam had been using in the field of automata for a long time.Like automatic packaging machines, automatic molding machines, aut

4、omatic assembly machine, automatic machine tools, textile machinery, agricultural machinery can be easily recognized. Cam can be used contributed mainly to the brillian functions like transmission, orientation,bridle and so on.When it used as the transmission,it can cause complex mechanical spor

5、ts.When it used as the orientation,it can make the origional mechanical sports work by the complex orbit.What's more,when it was the bridle,it can easily control the cycling of executing agency.In addiction,there are other benifits of cam should be konwnd to us.Smooth performance when in high-speed

6、motion,high accuracy when in repeat exercise.Cam has the quality like small size, rigid, simple-cycle control, good reliability,and long life. By the developing of our society and technology, automata are mainly focusing on precision,automation and efficiency.By the trendcy of this develpment,

7、computer sofeware and CNC technology have been widely using,had provided a lot of favorable conditions for high-speed high-precision cam design, manufacture and testing. Key words: Cam、Cam Menchanism Desigrgn 、Cam funcation、 Cam profile curve design 、Cam Motion Simulation. 目錄 摘 要 1 Abstract

8、 2 第1章 概 論 5 1.1引言 5 1.2 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類簡述 6 1.3凸輪機構(gòu)的研究和發(fā)展概況 8 第2章 弧面(滾子)分度凸輪機構(gòu) 14 2.1 弧面(滾子)分度凸輪機構(gòu)的運動特點 14 2.1.1弧面分度凸輪機構(gòu)運動規(guī)律 14 2.1.2 弧面分度凸輪機構(gòu)常用的幾種運動的特點 16 2.1.3幾種常用運動規(guī)律的比較 19 2.2弧面凸輪機構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 20 2.2.1 弧面分度凸輪機構(gòu)的基本型式 20 2.3弧面凸輪機構(gòu)工作特點 21 2.3.1弧面凸輪機構(gòu)工作的原理 21 2.4 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù)和幾何尺寸 23 2.4.1 弧

9、面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù) 23 2.4.2 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要幾何尺寸參數(shù)計算 25 2.4.3 弧面分度凸輪的工作曲面設(shè)計及計算 27 第3章 弧面分度凸輪機構(gòu)三維建模與分析 32 3.1 MATLAB的輪廓分析 32 3.1.1 MATLAB簡介 32 3.1.2凸輪輪廓的MATLAB程序 33 3.2 基于Pro／ENGINEER的實體三維造型 36 3.2.1 peo/e的簡介 36 3.2.2弧面分度凸輪三維建模 38 3.2.3 建立凸輪曲面實體 47 3.2.4 完成其余特征建立工作 48 3.2.5分度盤三維模型的建立 49 3.2.6 凸

10、輪的裝配及仿真 49 3.27 凸輪輪廓在才語言中的編程計算(符) 50 第4章 總 結(jié) 53 4.1 總 結(jié) 53 4.2 研究展望 53 參 考 文 獻 56 附表 A 58 致 謝 66 第1章 概 論 1.1引言 在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要求機器的某些部件按照規(guī)定的準確路線運動，僅應(yīng)用連桿機構(gòu)已難以滿足這個要求，需要利用工作表面具有一定形狀的凸輪。凸輪在所有基本運動鏈中，具有易于設(shè)計和能準確地預測所產(chǎn)生的運動的優(yōu)點。如果設(shè)計其他的機構(gòu)來產(chǎn)生給定的運動、速度和加速度，其設(shè)計工作是很復雜的，但設(shè)計凸輪機構(gòu)則比較容易，而且運動準確

11、、有效。 自動裝配機中, 普遍應(yīng)用滾子齒式分度凸輪機構(gòu). 該機構(gòu)由分度凸輪、轉(zhuǎn)臺以及與轉(zhuǎn)臺剛性連接的滾子等組成. 回轉(zhuǎn)工作臺剛性地固定在轉(zhuǎn)臺上, 與轉(zhuǎn)臺成為一體. 分度凸輪以勻角速度轉(zhuǎn)動, 其運動是主動運動. 在回轉(zhuǎn)工作臺分度轉(zhuǎn)位期間, 分度凸輪拔動與其嚙合的滾子轉(zhuǎn)動, 使轉(zhuǎn)臺繞其軸旋轉(zhuǎn), 實現(xiàn)回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)位. 轉(zhuǎn)位結(jié)束后, 分度凸輪通過相鄰的兩個滾子, 使轉(zhuǎn)臺定位, 回轉(zhuǎn)工作臺同時被定位. 所以, 稱滾子齒式分度凸輪機構(gòu)為間歇運動機構(gòu).分度凸輪在驅(qū)動回轉(zhuǎn)工作臺分度運動過程中, 受到各種載荷的作用, 這些載荷是: 工作載荷(即慣性載荷) 和阻尼載荷等. 其中弧面分度凸輪機構(gòu)(如圖1 所示

12、)是一種比較廣泛應(yīng)用 于垂直軸間的間歇分度步進傳動機構(gòu),在諸多分度機構(gòu)中,弧面分度凸輪因其良好的工作性能和獨特的結(jié)構(gòu)而在包裝機械、機床工業(yè)、食品加工機械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是由于該機構(gòu)的設(shè)計理論及制造技術(shù)比較復雜,而且國內(nèi)對該機構(gòu)的研究較晚,一些關(guān)鍵的理論分析尚在進一步的探討之中。因此弧面分度凸輪的研究對我國機械自動化的技術(shù)進步具有重要的現(xiàn)實意義。 1.2 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類簡述 凸輪機構(gòu)由凸輪、從動件或從動件系統(tǒng)、機架等組成。凸輪通過直接接觸將預定的運動傳給從動件。凸輪機構(gòu)是典型的常用機構(gòu)之一，它廣泛應(yīng)用于自動化的機器、儀器和裝配線，例如在反正機械、計算機、印刷機械、壓力機自動化系統(tǒng)

13、、控制系統(tǒng)等裝置中，均可以找到這種機構(gòu)的應(yīng)用實例在很多情況下，凸輪機構(gòu)所實現(xiàn)的運動也可以由連桿機構(gòu)來實現(xiàn)。這兩種機構(gòu)特點的比較見表1.1所示。 表1.1 凸輪機構(gòu)與連桿機構(gòu)的比較 凸輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 能實現(xiàn)所要求的大量輸入-輸出運動 只能實現(xiàn)要求的有限輸入-輸出運動 設(shè)計相對簡單 設(shè)計性對困難 體積小、結(jié)構(gòu)緊湊 占用的空間較大 凸輪的輪廓線制造精度對輸出動態(tài)響應(yīng)的影響較大 輕微的制造誤差對輸出動態(tài)影響很小 制造費用較昂貴 制造費用較便宜 易于達到動平衡 動平衡的分析困難而復雜 易發(fā)生表面磨損 教練的磨損較輕 凸輪機構(gòu)可以按照不同的方法分類如下： 1.

14、按從簡的現(xiàn)狀分為：尖頂從動件，如圖0.1a;滾從動件，如圖b；平底從動件，如圖c；球面從動件，如圖d。 2. 按從動件與凸輪相對位置可分為：對心從動件，如圖0.1；偏置從動件，如圖0.2。 3. 按輸入-輸出運動的模式可分為：由凸輪的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為從動件的直線移動，例如圖1.1和1.2，稱為直動從動件的凸輪機構(gòu)；由凸輪的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為從動件的擺動，如圖1.3，稱為擺動從動件凸輪機構(gòu)；由凸輪的移動轉(zhuǎn)換從動件的移動，如圖1.4，稱為移動凸輪機構(gòu)。 4. 按凸輪機構(gòu)的形狀可分為：盤形凸輪，如圖1.1-1.4；圓柱凸輪。如圖1.5；圓錐凸輪，如圖1.6；弧面凸輪，如圖1.8；蝸桿凸輪，如圖1.9。 5

15、. 按從動件的運動循環(huán)可分為：升——回——升運動、升——?！剡\動、升——回——停運動和升——?！亍＿\動。 圖1.1 圖1.2 圖1.3 圖1.4 圖1.5 圖1.6 圖1.7

16、圖1.8 圖1.9 1.3凸輪機構(gòu)的研究和發(fā)展概況 凸輪機構(gòu)應(yīng)用的廣泛性推動了對它的研究和它的發(fā)展。最初，人們只研究凸輪機構(gòu)的簡單幾何形狀和運動，一滿足對從動件運動的簡單位置要求。隨著對各種機械在速度、效率、壽命、噪音和可靠性等方面的要求日益提高，對凸輪機構(gòu)的研究也逐步擴展與深化，從簡單的考慮幾何尺寸、運動分析，發(fā)展到考慮動力學、潤滑、誤差影響、彈性變形等，其研究方向有數(shù)十個之多。特別是自50年代以來，由于計算機技術(shù)和各種數(shù)值方法的發(fā)展，使得很多方面的研究得以深入。 在歐美各國，已有很多學者為凸輪機

17、構(gòu)的研究作出貢獻，他們發(fā)表了很多論文和專著。表1.2所列為發(fā)表論文較多的作者和他們的專著及主要研究方向。 表1.2歐美學者發(fā)表的論文數(shù)量、專著和主要研究方向 表1.2續(xù) 注：表中各專著的書名如下: 【1】Chen.F.Y.,Mechanics and Design of Can Mecharuisms, Pergamon Press Inc Newyork 1982 【2】Chakraborty J.and Dhande. S.G. Kinematics and Geo

18、metry of Planar and Spatial Cam Mechanisms Wiley Easter Ltd India 1977 【3】Jensen P W Cam Design and Manufacture Marcel Dekker Inc 1987 【4】Newluton.C.N. Mechanisms and Cams for Automatic Machines Elsevier Pubi Co Newyork 1969 【5】Rees Jones J. Cam and Cam Mechanisms Mech Engin Publ Ltd London 1

19、978 1984年以來，在凸輪機構(gòu)研究上做了較多工作的學者有：A.P.Pisano（在摩擦及其 試驗方面）、S.Tascan（在穩(wěn)定性方面）、V.D.Borisov（在計算機輔助設(shè)計方面）、H.J.Wedenivski（自計算機輔助制造方面）和J/Angles（在優(yōu)化設(shè)計方面）等。 P.W.Jenscan在專著中列出了1908—1984年發(fā)表的1817篇關(guān)于凸輪機構(gòu)研究的論文題目，基本上包括了0984年以前可以找到的有記載的文獻資料。根據(jù)該書和1984年以 后出版的Engineering Index Annual.我們對歐美各國自1950以來在各研究方向所發(fā)表的論文數(shù)量做了粗略的統(tǒng)

20、計，見表0.3雖然這種統(tǒng)計比較粗糙，論文的歸類也不盡準確，但它基本上反映歐美各國40年來凸輪機構(gòu)研究的總體情況。大作由以下特點： 1.論文數(shù)量多，研究廣泛。在各種機構(gòu)中，只有研究齒輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)的論文數(shù)量可能超過凸輪機構(gòu)，面研究的范圍則以凸輪機構(gòu)為最廣，這是它的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用所決定的。 2.研究的連續(xù)性和發(fā)展性強。連續(xù)性是指在每個研究方向各年代都有一定的論文數(shù)量。發(fā)展性強是指關(guān)于新技術(shù)應(yīng)用的論文數(shù)量多。如在50—60年代，有關(guān)設(shè)計、加工和刀具的論文是大量的，而有關(guān)優(yōu)化設(shè)計、CAD、CAM的論文幾乎沒有。到了70—80年代這方面的論文顯著增多。因此樂意認為，凸輪機構(gòu)的研究是持續(xù)且有發(fā)展的，并

21、不像有人估計的那樣，步進電機和電子控制的機構(gòu)將完全取代凸輪機構(gòu)。 3.研究工作隨著新技術(shù)、新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用而深化。例如凸輪機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，早期的優(yōu)化目標極為簡單，主要是確定最小基圓半徑。隨著優(yōu)化方法和計算機的應(yīng)用，優(yōu)化目標的選擇也越來越復雜，如可以是最小的體積、最小接觸應(yīng)力、最長壽、從動件最小震動、最高效率、最小功率、最小耗能。又如凸輪機構(gòu)的CAD，則是從無到有，日趨完善。 4.基礎(chǔ)理論的研究持續(xù)穩(wěn)定。雖然凸輪機構(gòu)的研究不斷有新的羅展，但對其基礎(chǔ)理論如從動件運動規(guī)律、幾何學、運動學等方面的研究論文仍有性當多的數(shù)量。這是因為當其他方面的研究需要深入和擴展時，往往由于基礎(chǔ)理論研究的不夠而難以

22、繼續(xù)。例如采用優(yōu)化方法如果數(shù)學模型誤差很大，在好的優(yōu)化方法也得不到好的結(jié)果。 4.日本在第二次世界大戰(zhàn)以后致力于發(fā)展實用的轉(zhuǎn)動設(shè)備，特別重視對凸輪機構(gòu)的研究。在日本，有很多從事凸輪機構(gòu)研究的專家，早期有小川潔、中開英一等，現(xiàn)在又牧野洋、西崗雅夫等。日本還有許多專門生產(chǎn)凸輪機構(gòu)的公司，日本經(jīng)常舉行專門討論凸輪機構(gòu)的學術(shù)會議，在有關(guān)的國際性刊物上也經(jīng)?？峭侣堆芯康恼撐?。日本近期在凸輪技術(shù)上的發(fā)展所做的工作主要在以下方面：（1）在機構(gòu)設(shè)計方面，致力于尋求機構(gòu)的精確解和事凸輪曲線多樣性，以適應(yīng)新定的要求。（2）加強凸輪機構(gòu)動力學和振動的研究，一提高機構(gòu)的速度，發(fā)展高速凸輪。如它們已生產(chǎn)出的分度數(shù)達

23、每分鐘8000次的分度凸輪機構(gòu)。（3）研制新的凸輪加工設(shè)備，以適應(yīng)新開發(fā)的產(chǎn)品。（4）加強凸輪機構(gòu)的標準化，發(fā)展成批生產(chǎn)的標準凸輪機構(gòu)。（5）發(fā)展CAD/CAM系統(tǒng)。日本學者特別注意將各方面的研究成果應(yīng)用到實際產(chǎn)品的開發(fā)中去，如它們充分認識到凸輪機構(gòu)作為控制機構(gòu)具有高速下的穩(wěn)定性、優(yōu)良的再現(xiàn)性、良好的運動特性和可靠性、易于實現(xiàn)同步控制、剛度高等優(yōu)越性，因而是風重視將凸輪機構(gòu)與電子技術(shù)相結(jié)合，在控制機構(gòu)上作廣泛的研究，以拓寬凸輪機構(gòu)的用途。 我國對凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年的歷史，目前仍在繼續(xù)擴展和深入，如在應(yīng)用方面，我國正在大力發(fā)展包裝機械、食品機械等自動化設(shè)備，這些設(shè)備中都要用到各種形式

24、的凸輪機構(gòu)。在研究方面，近年來也有相當進展。如在1983年全國第三屆機構(gòu)學術(shù)討論會上關(guān)于凸輪機構(gòu)的論文共有8篇，涉及設(shè)計、分析、凸輪輪廓的綜合等四個研究方向。到了1988年第六屆會議，共有凸輪機構(gòu)方面的論文20篇，凸輪連桿機構(gòu)方面的論文2篇，增加的研究方向由動力學、振動、優(yōu)化設(shè)計等。1990年第七屆會議，共有凸輪機構(gòu)方面的論文22篇，還含有凸輪的組合機構(gòu)方面的論文6篇，增加了誤差分析、CAD/CAM等研究方向。在汽車、內(nèi)燃機、機械制造等有關(guān)領(lǐng)域，也有很多關(guān)于研究凸輪機構(gòu)的內(nèi)容。由此可見我國對凸輪機構(gòu)的研究是不斷發(fā)展的。此外，我國在凸輪機構(gòu)的共軛曲面原理、CAD和專家系統(tǒng)到呢個方面，也有相當?shù)难?/p>

25、究。但是與先進國家相比。我國對凸輪機構(gòu)的研究仍有較大的差距，特別是在振動、加工產(chǎn)品開發(fā)等方面。 第2章 弧面(滾子)分度凸輪機構(gòu) 2.1 弧面(滾子)分度凸輪機構(gòu)的運動特點 2.1.1弧面分度凸輪機構(gòu)運動規(guī)律 弧面分度凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律是指分度盤的輸出運動規(guī)律，其運動規(guī)律與特性直接影響凸輪機構(gòu)分度精度、沖擊和振動的大小。分度凸輪機構(gòu)的常用運動規(guī)律與一般凸輪機構(gòu)相比有兩個特點： (1)分度凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律只有工作行程升程而無回程，即總是升—停型運動曲線。升程為機構(gòu)中從動轉(zhuǎn)盤的分度階段，停程為從動轉(zhuǎn)盤

26、的停歇階段； (2)分度凸輪機構(gòu)一般是在中、高速情況下運動的，所以在選擇運動規(guī)律時應(yīng)著重考慮其具有良好的動力學特性。 正確地選取從動件運動規(guī)律是凸輪設(shè)計的重要內(nèi)容。研究弧面分度凸輪機構(gòu)的運動時，總以主動凸輪的轉(zhuǎn)角作為自變量，且一般均設(shè)定凸輪的角速度為常數(shù)。而從動轉(zhuǎn)盤的運動曲線卻不盡相同，為研究方便，我們將從動轉(zhuǎn)盤進行歸一化處理，即將各運動量(時間、位移、速度、加速度等)都轉(zhuǎn)化成只表示相對比例關(guān)系的無因次量。從動盤的運動規(guī)律常用量綱——參數(shù)來表達，主要有以下項目： （1）量綱——時間T 式中 t —— 轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動時間(s)； —— 轉(zhuǎn)盤的分度期時間(s)； ——凸輪的轉(zhuǎn)角(rad

27、)或(°)； ——凸輪的分度期轉(zhuǎn)角，(rad)或(°)。 和，計算時均恒取絕對值。 （2）量綱——位移S 式中 ——轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角(rad)或(°)。 ——轉(zhuǎn)盤的分度期轉(zhuǎn)位角(rad)或(°)。 和計算時均恒取絕對值。故在分度凸輪機構(gòu)中，轉(zhuǎn)盤的S恒為正值。 （3）量綱——速度V 式中 —凸輪的角速度(rad/s)； ——轉(zhuǎn)盤的角速度(rad/s)； 和計算時均恒取絕對值，即不管和同向還是異向，總不帶正負號，在分度凸輪機構(gòu)中，轉(zhuǎn)盤的V恒為正值。 (4)量綱——加速度A 式中 ——轉(zhuǎn)盤的角加速度(rad/s)。 和同向

28、時為正，異向時為負，轉(zhuǎn)盤的A為正值表示A與V同向，A為負值表示A與V異向。 (5)量綱躍度 式中 ——轉(zhuǎn)盤的躍度(rad／s)。與同向時為正，異向時為負，轉(zhuǎn)盤的J為正值時表示J與V同向，J為負值時表示J與V異向。 2.1.2 弧面分度凸輪機構(gòu)常用的幾種運動的特點 凸輪機構(gòu)從動件常用的運動規(guī)律一般是由幾種基本運動(矩形曲線、簡諧曲線和多項式曲線等)組合或變形而來的。這些運動曲線各有優(yōu)缺點，為了定量的表示運動曲線的性能，引入下列各特性值①最大速度V；②最大加速度A；③最大躍度J。 1）.余弦加速度運動規(guī)律 余弦加速度運動規(guī)律又叫簡諧運動規(guī)律，該運動規(guī)律的加速度按余弦規(guī)律變

29、化，位移按簡諧運動規(guī)律變化。其特征值的計算公式為: 這種運動規(guī)律中，行程始末(T=0和1)時： V=0,A=±Amax=±/2=±4.93,J= 行程中點(T=1／2)時： S=0.5, V=Vmax=/2=1.57,A=0,J=-Jmax=-15.50 2）.正弦加速度運動規(guī)律 這種運動規(guī)律加速度按正弦規(guī)律變化，位移按擺線在縱坐標軸上的投影規(guī)律變化。其計算公式為 這種運動規(guī)律中，行程始末(T=0和1)時： V=0, A=0.J=Jmax=4=39.48 行程中點時： S=0.5,V=Vmax=2,A=0,J=-Jmax=-39.48 在T=1/4和T

30、=3/4時， A=±Amax=±2=±6.28,J=0 3）.改正正弦加速度運動規(guī)律 這種運動規(guī)律由三段組成：在行程的中間一段為周期較長的正弦運動規(guī)律，而在行程的始末兩段為周期較短的正弦加速度運動規(guī)律。這樣可使行程的始末部分位移變化比較明顯，便于制造和檢測。同時可使行程中間部分的速度和加速度變化比較平緩，動力學性能更好，常用的Ta=1/8，圖3．2為其位移、速度、加速度和躍度等運動曲線。其計算公式如下： (1)行程開始部分周期較短的正弦加速度段0≤T≤1/8 本段開始時(T=0)S=0,V=0,A=0, 本段終了時(T=Ta=1/8) (2)行程中間部分周期較長的正弦

31、加速度段1/8≤T≤7/8 本段中點處(T=1/2)的S=1/2， 本段終了處(T=7/8)的 (3)行程終了部分周期較短的正弦加速度段7/8≤T≤1 本段終了時S=1,V=0,A=0,J=Jmax=69.47 圖2.1 改進正弦加速度運動規(guī)律 2.1.3幾種常用運動規(guī)律的比較 表3-1 幾種常用運動規(guī)律主要特性值及其適用場合 序 號 運動規(guī)律名稱 特性值 適用場合 Vmax Amax Jmax (AV)max 1 余弦加速度 1.57 4.93 （-15.50） 3.88 中低速，中載 2 正弦加速度

32、 2.00 6.28 39.48 8.16 中速，輕載 3 3-4-5次多項式 1.88 5.77 +69.47-23.16 5.46 中高速中載 4 改進等（Ta=1/4） 1.33 8.38 105.28 7.25 中低速重載 5 改進梯形加速（Ta=1/8） 2.00 4.89 61.43 8.09 高速輕載 6 改進正弦加速（Ta=1/8） 1.76 5.53 +69.47-23.16 5.46 中高速， 中重載 綜上所述可知，評定和選擇運動規(guī)律時，總希望Vmax、Amax、Jmax等值愈小愈好，等速度和等加速度雖然

33、速度或加速度最小，但連續(xù)性差，并無實用價值。正弦加速度連續(xù)性好，表達式簡單，是過去最常用的中、高速從動件運動規(guī)律。幾種標準規(guī)律由于各特征值都不高，應(yīng)用較廣。可見，這些特征值是互相制約的，不存在各項特征值都很小的運動規(guī)律。這就需要針對具體情況權(quán)衡主次，選擇適當?shù)倪\動規(guī)律。 為保證周期性、準確的實現(xiàn)步進，弧面分度凸輪機構(gòu)要求所選用的運動曲線必須要運動平穩(wěn)、沖擊載荷小，壽命長、分度精確，因此一般要求采用：正弦加速度、改進等速度、改進正弦加速度和改進梯形加速度等運動規(guī)律。 2.2弧面凸輪機構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 2.2.1 弧面分度凸輪機構(gòu)的基本型式 弧面分度凸輪機構(gòu)用于兩垂直交錯軸間的間歇分度步進傳動

34、。如圖2.2所示，主動凸輪1的基體為圓弧回轉(zhuǎn)體，凸輪輪廓制成凸脊狀。從動盤2上裝有若干個沿轉(zhuǎn)盤圓周均勻分布的滾子，滾子的軸線沿轉(zhuǎn)盤的徑向線。當凸輪旋轉(zhuǎn)時，其分度段輪廓推動滾子，使轉(zhuǎn)動分度轉(zhuǎn)位，如圖2.2（a）所示。當凸輪轉(zhuǎn)到其停歇段輪廓時，轉(zhuǎn)盤上的兩個相鄰滾子跨夾在凸輪的圓環(huán)面凸脊上，使轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動，如圖2.2（c）所示，所以這種機構(gòu)不必附加其他裝置，就能獲得很好的定位作用，并且可以通過調(diào)整中心距來消除滾子與凸脊之間的間隙及補償磨損。轉(zhuǎn)盤在分度期的運動規(guī)律，可按轉(zhuǎn)速、負荷等工作要求進行設(shè)計，所以這種機構(gòu)特別適用于高速、高精度分度的場合?；∶娣侄韧馆嗩愃朴诰哂凶兟菪堑幕∶嫖仐U，轉(zhuǎn)盤相當于渦輪，

35、滾子相當于渦輪的齒，所以弧面分度凸輪也有單頭和多頭及左旋和右旋之分，凸輪和轉(zhuǎn)盤間轉(zhuǎn)動方向的關(guān)系，可應(yīng)用類似蝸桿渦輪傳動的方法來判定。圖2．2所示為單頭左旋弧面分度凸輪?；∶娣侄韧馆啓C構(gòu)在國外又稱為蝸桿凸輪分度機構(gòu)或滾子齒分度機構(gòu)。這種機構(gòu)中，主動凸輪一般做等速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，但有時由于需要轉(zhuǎn)盤有較長的停歇時間，也可使凸輪作間斷性的旋轉(zhuǎn)[26][27]。 如下圖： (a)從動盤分度期開始后不久的位置； (b)從動盤分度期中間的位置； (c)從動盤停歇期間的位置 圖2.2 弧面分度凸輪機構(gòu) 2.3弧面凸輪機構(gòu)工作特點 弧面分度凸輪機構(gòu)是一種性能良好的間歇運動機構(gòu)，它具有如下特點： 1

36、)結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，承載能力在凸輪機構(gòu)中是最大的。 2)設(shè)計限制少，分度范圍寬，刀=1～24，在特殊條件下，可以做到n=0．5(從動盤每轉(zhuǎn)兩圈停歇一次)。 3)該機構(gòu)中心距可作微調(diào)，即可預緊消除間隙，使得該機構(gòu)可獲得較好的動力學特性和運動特性，運動平穩(wěn)，因此，它可用于高、中、低速各種場合。 4)精度高，分度精度可達±15”～30”。 5)凸輪工作曲面復雜，加工難度大，成本高，從動盤的加工也較其它凸輪機構(gòu)困難。 2.3.1弧面凸輪機構(gòu)工作的原理 圖2．3所示為單頭左旋凸輪，H=I，P=+1。設(shè)滾子數(shù)z=12，轉(zhuǎn)盤分度數(shù)I=Z／H=12，轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)位角， 相鄰兩滾子軸線間夾角。凸輪與

37、不同滾子嚙合過程如下： 圖2．3弧面分度凸輪機構(gòu)嚙合過程 (a)分度期開始；(b)IL推動No．1滾子； (c)1L與2L同時分別推動No．1與No．2滾子； (d)2L推動No．2；(e)分度期結(jié)束 1)凸輪轉(zhuǎn)角=0，轉(zhuǎn)盤在分度期開始位置，圖2．3(a)所示。此時，No.1滾子和No．2滾子與凸輪定位環(huán)面右、左兩側(cè)分別接觸，No．1滾子的起始位置角，No.2滾子的起始位置角，No.3滾子的起始位置角。 2)凸輪以圖示方向旋轉(zhuǎn)時，其廓線1L推動No.1滾子使轉(zhuǎn)盤逆時針向以轉(zhuǎn)動，圖2.3(b)所示。． 3)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，在其廓線1L推動No.1滾子的某個適當時刻，根據(jù)嚙合重疊系

38、數(shù)的不同，凸輪廓線2L進入嚙合，同時推動No.2滾子，圖2.3(c)所示。此時轉(zhuǎn)盤上No.1與No.2滾子同時受到凸輪的推動。 4)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，No．I滾子退出嚙合，圖2．3(d)所示，僅由廓線2L推動No.2滾子，保持轉(zhuǎn)盤以逆時針轉(zhuǎn)動。 5)當凸輪轉(zhuǎn)過分度角，后No.2滾子與No.3滾子分別與凸輪定位環(huán)面左、右兩側(cè)接觸，圖2.2(d)所示。此時，No.2滾子的位置角，而No.3滾子的位置角，即No.2與No.3滾子分別到達圖2．3(a)中所示的No.1與No.2滾子的位置。此時轉(zhuǎn)盤的分 度期結(jié)束，停歇期開始。而No.1滾子此時的位置角。 當凸輪再轉(zhuǎn)過后，另一個工作循環(huán)開始，此時轉(zhuǎn)盤上

39、No.2與No.3滾子取代原來的No.1與No.2滾子重復上述工作過程進行 下一輪分度動作。 2.4 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù)和幾何尺寸 2.4.1 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù) 凸輪轉(zhuǎn)速：設(shè)計條件給定n=300(r/min) 凸輪的角速度： =10π 凸輪分度期轉(zhuǎn)角夠在滿足工作要求的條件下，一般取大一些的值對機構(gòu)的運轉(zhuǎn)情況是有利的。取π/3； 凸輪停歇期轉(zhuǎn)角： 凸輪和轉(zhuǎn)盤的分度期的時間： =1/15(s)； 凸輪和轉(zhuǎn)盤的停歇期的時間： =2/15(s) 動停比k與運動系數(shù)τ： 凸輪轉(zhuǎn)一圈中，轉(zhuǎn)盤的位移時間與停歇時間之比稱為動停比k： ， 凸輪轉(zhuǎn)一圈中，

40、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位時間所占比例稱為運動系數(shù)τ 凸輪分度廓線旋向及旋向系數(shù): 凸輪分度廓線頭數(shù): H=1； 轉(zhuǎn)盤分度數(shù):I=12 故 滾子數(shù)；Z=HI=12 轉(zhuǎn)盤分度期運動規(guī)律：選用修正正弦曲線 轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)角： 轉(zhuǎn)盤分度期角位移：φi=Sφf S—所選定的運動規(guī)律的量綱—位移 當0≤T≤1/8 當1/8 ≤T≤7/8 當7/8≤T≤1 轉(zhuǎn)盤分度期的角速度w2為：w2= 式中V——所選定的運動規(guī)律的量綱—速度。 分度期間轉(zhuǎn)盤與凸輪的最大角速比： w2/w1=φfV/1V/3 (w2/w1)max=φfVmax/θf 當0≤T≤1/8 ; Vm

41、ax=π/(4+π)=0.44 當1/8 ≤T≤7/8 V= ; Vmax=4π/(4+π)=1.76 當7/8≤T≤1 ; Vmax=π/(4+π)=0.44 嚙合重疊系數(shù) 由于制造和安裝誤差等影響，可能發(fā)生凸輪廓線與轉(zhuǎn)盤滾子嚙合中斷的現(xiàn)象。所以必須有適當?shù)臅r間使前一個滾子尚未退出嚙合時，后面的另一個滾子已先期進入嚙合，以保證傳動連續(xù)。在分度期凸輪有兩條同側(cè)廓線同時推動兩個滾子所占的時間比率加上1定義為嚙合重疊系數(shù) 式中 —凸輪分度期轉(zhuǎn)角； —在分度期間凸輪有兩條同側(cè)廓線同ft

42、～1．3，雙頭時可再大些，但占亦不宜過大，否則容易發(fā)生由于兩條同側(cè)廓線間的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生卡住的現(xiàn)象。 2.4.2 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要幾何尺寸參數(shù)計算 圖2．4 弧面分度凸輪機構(gòu)的幾何尺寸 中心距：C設(shè)計條件給定180mm 許用壓力角: 取α=30°； 轉(zhuǎn)盤的節(jié)圓半徑： 取 凸輪節(jié)圓半徑: 滾子中心角: 滾子半徑: 取Rr=18 滾子寬度: b=(1～1.4)Rr=15～21 取b=24 間隙： e=(0.2～0.3)b=4～6 取e=6 凸輪定位環(huán)面的兩側(cè)夾角：β= 凸輪定位環(huán)面的徑向深度:h=b＋e=30 凸輪的頂弧面半徑：

43、 凸輪定位環(huán)面的外圓直徑： (其中) 凸輪定位環(huán)面的內(nèi)圓直徑：D1=Do-2hcos(β/2)=118.88 凸輪的理論寬度：Le=2=62.12 凸輪的寬度： 即 61.1298.89 取L=80 凸輪理論端面直徑： De=2 =164.1 凸輪理論端面外徑：Dt=2 =187.28 凸輪實際端面直徑：D=De+(L-Le)tan()=168.86 2.4.3 弧面分度凸輪的工作曲面設(shè)計及計算 空間曲面設(shè)計時必須滿足的條件 弧面分度凸輪的工作輪廓是空間不可展曲面，很難用常規(guī)的機械制圖方法進行測量，也不能用展開成平面廓線的辦法設(shè)計。一般應(yīng)按照空間包絡(luò)曲面的

44、共軛原理進行設(shè)計計算。根據(jù)共軛曲面原理，凸輪工作廓面與從動轉(zhuǎn)盤的滾子間的共軛接觸點必須滿足下列三個基本條件： 1)在共軛接觸位置，兩曲面上的一對對應(yīng)的共軛接觸點必須重合； 2)在共軛接觸點處，兩曲面間的相對運動速度必須垂直于其公法線； 3)兩曲面在共軛接觸點處必須相切，不產(chǎn)生干涉，且在共軛接觸點的鄰域亦無曲率干涉。 下面推導與從動轉(zhuǎn)盤上滾子圓柱面共軛的弧面分度凸輪工作曲面方程式，就是根據(jù)上述三個基本條件來進行的。 1 坐標系的選取（以六分度弧面凸輪為例） 在弧面分度凸輪機構(gòu)上建立四組右手直角坐標系 圖2.5 弧面分度凸輪廓面設(shè)計坐標系 （1）與機架相連的定坐標系 坐標系的

45、原點與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動中心重合。軸沿轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動中心與凸輪中心線的連線。軸與軸組成的平面與轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)平面平行。軸與轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動軸線重合，按右手法則可知垂直紙平面向外。 （2）與機架相連的輔助定坐標系 坐標系的原點：與凸輪的中心重合。軸與軸重合。 軸與凸輪轉(zhuǎn)動軸線重合，選擇的箭頭方向時，應(yīng)面對，箭頭看，使凸輪角速度為逆時針轉(zhuǎn)動。軸按右手法則決定，圖2.4所示與軸間夾角為-／2，即垂直紙面向內(nèi)。 （3）與凸輪相連的動坐標系 坐標系的原點取在凸輪內(nèi)的中心，與重合。軸在通過凸輪中心并垂直于凸輪轉(zhuǎn)動軸線的平面上，圖2.4(c)為此平面的截面示意圖，以表示出。與間夾角為，從起量度，面對軸的箭頭看逆時針為正向；當

46、凸輪分度開始時 與重合，=0。與間夾角亦為。軸即凸輪1的轉(zhuǎn)動軸線與重合且箭頭方向一致。 （4）與轉(zhuǎn)盤相連的動坐標系 坐標系的原點取在轉(zhuǎn)盤中心，即與重合。軸沿滾子的自轉(zhuǎn)軸線，即轉(zhuǎn)盤的徑向線。與間夾角為，從起量度，面對軸的箭頭看逆時針為正向。當轉(zhuǎn)盤在分度期開始時，不同的滾子有不同的位置角。軸與軸組成的平面為滾子的中心平面，它與轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)平面平行。軸即轉(zhuǎn)盤2的轉(zhuǎn)動軸線，與重合，垂直紙面向外，面對箭頭看，逆時針向轉(zhuǎn)動為正；應(yīng)位于凸輪定位環(huán)面對對稱平面上。 圖2．4(b)為垂直軸的滾子截面示意圖，以表示出滾子的曲面參數(shù)與。 2.從動轉(zhuǎn)盤上滾子的圓柱形工作面在坐標系中的方程式 式中 —

47、滾子圓柱形工作面方程式的曲面參數(shù)； —滾子半徑。 3.凸輪與滾子的共軛接觸方程式 式中 — 滾子的位置角，即與間夾角，由 量起，逆時針方向為正 P —凸輪的旋向系數(shù)，當凸輪的分度期輪廓線為左旋時， p = +1；右旋時 ，p = -1。 4.凸輪輪廓在動坐標系中的方程式 式中 P—凸輪分度期廓線的旋向符號，左旋P=+l，右旋P=l； —凸輪的轉(zhuǎn)角，在凸輪分度期開始處=0，面對軸箭頭看，逆時針向量度為正，,為凸輪分度期的轉(zhuǎn)角； —滾子的位置角，它是滾子中心和轉(zhuǎn)盤中心的連線與 間夾角，由量起，逆時針方向為

48、正。 式中 —滾子的起始位置角，不同旋向?qū)馆喐鱾€滾子的 —滾子的角位移，恒取絕對值， S—是所選定運動規(guī)律的量綱—位移 —轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)位角， 各個滾子的起始位置角按下表求得 滾子代號 No.1 No.2 No.3 第3章 弧面分度凸輪機構(gòu)三維建模與分析 3.1 MATLAB的輪廓分析 3.1.1 MATLAB簡介 MATLAB 產(chǎn)品家族是美國 MathWorks公司開發(fā)的用于概念設(shè)計,算法開發(fā),建模仿真,實時實現(xiàn)的理想的集成環(huán)境。由于其完整的

49、專業(yè)體系和先進的設(shè)計開發(fā)思路，使得 MATLAB 在多種領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用空間，特別是在 MATLAB 的主要應(yīng)用方向 — 科學計算、建模仿真以及信息工程系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)上已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的首選設(shè)計工具，全球現(xiàn)有超過五十萬的企業(yè)用戶和上千萬的個人用戶，廣泛的分布在航空航天，金融財務(wù)，機械化工，電信，教育等各個行業(yè)。 在MATLAB產(chǎn)品家族中，MATLAB工具箱是整個體系的基座，它是一個語言編程型（M語言）開發(fā)平臺，提供了體系中其他工具所需要的集成環(huán)境（比如M語言的解釋器）。同時由于MATLAB對矩陣和線性代數(shù)的支持使得工具箱本身也具有強大的數(shù)學計算能力。 MATLAB產(chǎn)品體系的演化歷程中最

50、重要的一個體系變更是引入了Simulink，用來對動態(tài)系統(tǒng)建模仿真。其框圖化的設(shè)計方式和良好的交互性，對工程人員本身計算機操作與編程的熟練程度的要求降到了最低，工程人員可以把更多的精力放到理論和技術(shù)的創(chuàng)新上去。 針對控制邏輯的開發(fā)，協(xié)議棧的仿真等要求，MathWorks公司在Simulink平臺上還提供了用于描述復雜事件驅(qū)動系統(tǒng)的邏輯行為的建模仿真工具— Stateflow，通過Stateflow，用戶可以用圖形化的方式描述事件驅(qū)動系統(tǒng)的邏輯行為，并無縫的結(jié)合到Simulink的動態(tài)系統(tǒng)仿真中。 在MATLAB/Simulink基本環(huán)境之上，MathWorks公司為用戶提供了豐富的擴展資

51、源，這就是大量的Toolbox和Blockset。從1985年推出第一個版本以后的近二十年發(fā)展過程中，MATLAB已經(jīng)從單純的Fortran數(shù)學函數(shù)庫演變?yōu)槎鄬W科，多領(lǐng)域的函數(shù)包，模塊庫的提供者。用戶在這樣的平臺上進行系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)就相當于已經(jīng)站在了巨人的肩膀上，眾多行業(yè)中的專家、精英 們的智慧結(jié)晶可以信手拈來。 同時，MATLAB開放的體系結(jié)構(gòu)允許用戶在平臺上進行自由擴展，目前在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)有大量的商業(yè)的或者免費的MATLAB二次開發(fā)產(chǎn)品發(fā)布（比如FEMLAB和PSS）。換句話說，用戶購買一套MATLAB，獲得的是世界范圍的專家支持。而對于用戶自己開發(fā)的算法包，MATLAB也提供了

52、包括Compiler應(yīng)用發(fā)布和Web網(wǎng)絡(luò)發(fā)布在內(nèi)的眾多方式的發(fā)布途徑，使得用戶一方面能夠充分地利用MATLAB的算法資源形成技術(shù)成果，同時又可以有效的保護自己的知識產(chǎn)權(quán)。 在這樣一個產(chǎn)品體系中，我們可以看到，由于MATLAB及其豐富的Toolbox資源的支持，使得用戶可以方便的進行具有開創(chuàng)性的建模與算法開發(fā)工作，并通過MATLAB強大的圖形和可視化能力反映算法的性能和指標。所得到的算法則可以在Simulink環(huán)境中以模塊化的方式實現(xiàn)，通過全系統(tǒng)建模，進行全系統(tǒng)的動態(tài)仿真以得到算法在系統(tǒng)中的動態(tài)驗證。 但是這樣一個開發(fā)流程總是欠缺和工程實現(xiàn)的有效連接，系統(tǒng)級的設(shè)計產(chǎn)物無法和硬件產(chǎn)品直接掛鉤。

53、工程師無法直接應(yīng)用 MATLAB/Simulink 的寶貴資源。為了改善設(shè)計流程中的這一缺陷， MATLAB 產(chǎn)品體系中加入了連接工程實現(xiàn)的橋梁 — 實時代碼生成工具 Real-Time Workshop （ RTW ）。 RTW 使用戶可以直接將 Simulink 框圖模型轉(zhuǎn)化為實時標準 C 代碼，進而為快速原型系統(tǒng)、半物理仿真系統(tǒng)或者產(chǎn)品提供設(shè)計輸入。 3.1.2凸輪輪廓的MATLAB程序 clear; clc; a=zeros(1,60); X=zeros(1,61); Y=zeros(1,61); Z=zeros(1,61); C=180; Rr=18;

54、 P=1; r=90; for i=1:60 a(i)=(i-1)*2 T=a(i)/120; for e=90:120 if T<=0.125 S=30*(pi*T-0.25*sin(4*180*T))/(4+pi); h=3*pi*(1-cos(4*180*T))/(8*(pi+4)); one=15+S; two=-15+S; three=-45+S; f=atan(P*r*h/(C-r*cos(on

55、e))); X2=r; Y2=Rr*cos(f); Z2=Rr*sin(f); X1=X2*cos(one)*cos(a(i))-P*Y2*sin(one)*cos(a(i))-Z2*sin(a(i))-C*cos(a(i)) Y1=-X2*cos(one)*cos(a(i))+P*Y2*sin(one)*sin(a(i))-Z2*cos(a(i))+C*sin(a(i)) Z1=P*X2*sin(one)+Y2*cos(one)

56、 X(i)=X1 Y(i)=Y1 Z(i)=Z1 else if T<0.875 S=30*(2+pi*T-2.25*sin(((4*180*T)+pi)/3))/(4+pi); h=3*pi*(1-3*cos((4*180*T+180)/3))/(8*(pi+4)); one=15+S; two=-15+S; three=-45+S; f=atan(P*r*h/(C-r*cos(one

57、))); X2=r; Y2=Rr*cos(f); Z2=Rr*sin(f); X1=X2*cos(one)*cos(a(i))-P*Y2*sin(one)*cos(a(i))-Z2*sin(a(i))-C*cos(a(i)) Y1=-X2*cos(one)*cos(a(i))+P*Y2*sin(one)*sin(a(i))-Z2*cos(a(i))+C*sin(a(i)) Z1=P*X2*sin(one)+Y2*cos(one)

58、 X(i)=X1 Y(i)=Y1 Z(i)=Z1 else S=30*(4+pi*T-0.25*sin(4*180*T))/(4+pi); h=3*pi*(1-cos(4*180*T))/(8*(pi+4)); one=15+S; two=-15+S; three=-45+S; f=atan(P*r*h/(C-r*cos(one))); X2=r;

59、 Y2=Rr*cos(f); Z2=Rr*sin(f); X1=X2*cos(one)*cos(a(i))-P*Y2*sin(one)*cos(a(i))-Z2*sin(a(i))-C*cos(a(i)) Y1=-X2*cos(one)*cos(a(i))+P*Y2*sin(one)*sin(a(i))-Z2*cos(a(i))+C*sin(a(i)) Z1=P*X2*sin(one)+Y2*cos(one) X(i)=X1

60、 Y(i)=Y1 Z(i)=Z1 end plot3(X,Y,Z) end end end 3.2 基于Pro／ENGINEER的實體三維造型 3.2.1 peo/e的簡介 弧面分度凸輪由于曲面復雜難以用常規(guī)二維視圖表達，這里在前面相關(guān)理論參數(shù)及已推導的曲面方程基礎(chǔ)上，借助現(xiàn)代計算機技術(shù)，進行三維設(shè)計，這里主要使用三維造型軟件Pro／ENGINEER Wildfire，利用其強大的曲面造型功能，編寫共軛接觸線程序驅(qū)動生成曲線，進而生成弧面凸輪的工作曲面，最后生成實體。最后進行裝配干涉檢查，同時進行運動仿真與分析

61、，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 Pro／ENGINEER是美國PTC公司(Parametric Technology Corporation,參數(shù)技術(shù)公司)推出的新一代CAD/CAM軟件，它是一個集成化的軟件，其功能非常強大，利用它可以進行零件設(shè)計、產(chǎn)品裝配、數(shù)控加工、鈑金件設(shè)計、鑄造件設(shè)計、機構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理、應(yīng)力分析、逆向造型優(yōu)化設(shè)計等。Pro／E軟件最大的優(yōu)點是采用了參數(shù)化造型的理論，其主要特點： 1)參數(shù)化設(shè)計思想?yún)?shù)化設(shè)計思想直接挑戰(zhàn)傳統(tǒng)模型設(shè)計思想，在參數(shù)化設(shè)計中，實體模型將取代線框模型和面模型，與實際生產(chǎn)中 的產(chǎn)品非常接近。同時，實體模型具有質(zhì)量、體積、質(zhì)心和重心等物理屬

62、性，可以方便的對模型進行分析和制造等后續(xù)處理。尺寸驅(qū)動是參數(shù)化設(shè)計的重要特點。所謂尺寸驅(qū)動就是以模型的尺寸來決定模型的形狀，一個模型由一組具有一定相互關(guān)系的尺寸進行定義。設(shè)計者修改尺寸參數(shù)后，經(jīng)過再生處理即可獲得新的模型形狀。 2)特征建模的基本思想特征是對有實際工程意義的圖元的高級抽象。對涉及對象的形狀、結(jié)構(gòu)、裝配以及相互關(guān)系等進行合理抽象即可獲得各種類型的特征，例如實體特征、曲面特征、圓孔特征、基準平面特征等。 3)全相關(guān)的單一數(shù)據(jù)庫Pro／E系統(tǒng)建立在單一數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)之上，這一點不同于大多數(shù)建立在多個數(shù)據(jù)庫之上的傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的所有資料都來自同一數(shù)據(jù)庫，這樣

63、可以使不同部門的設(shè)計人員能夠同時開發(fā)同一產(chǎn)品，實現(xiàn)協(xié)同工作。重要的是，采用全相關(guān)的單一數(shù)據(jù)庫后，在設(shè)計中的任何一處修改都將反映到整個設(shè)計的其他環(huán)節(jié)中，Pro／E的組成模塊種類覆蓋機械設(shè)計制造的各個方面。他是一個大型的軟件包，由各種模塊組成，每一個模塊都有自己獨立的功能，其中最常用到的有：草繪模塊，零件模塊，零件裝配模塊，曲面模塊，工程圖模塊，制造模塊。這種高度集成化的軟件為工業(yè)工程的自動化的發(fā)展起到了巨大的推動作用[30][31]。 3.2.2弧面分度凸輪三維建模 通過聯(lián)立求解公式(4．1)、(4．26)和(4．27)三組非線性方程，根據(jù)表4．1、表4．2已知參數(shù)，分析可得，r和為是由一定

64、制約關(guān)系的變量。其中，r為滾子在與轉(zhuǎn)盤相連的動坐標系中x方向的坐標，其變化范圍從―b/2～＋b/2＋e，即188mm—214mm；為凸輪轉(zhuǎn)角，其變化范圍為0°～360°。因此，我們有兩種方法作出凸輪的工作曲面。第一，以為參數(shù)，將r取一系列的值如r=188，190，192，?，212，214等，這樣就可以作出一系列曲線，這些曲線相當于用一系列與凸輪同心直徑不同的圓柱面去截凸輪的工作廓面得到的一系列曲線；第二種方法是將r當作參數(shù)，將取一系列值如=0°，2°,4°，6°，?90°等，相當于用通過凸輪中心軸線的平面去截凸輪的工作廓面的得到的一系列曲線。這兩種方法都能作出凸輪的工作廓面上的曲線，但是第二

65、種方法作的曲線較短，需要作的曲線較多，比較繁雜。因此我們采用第一種方法來作凸輪工作面上的3D曲線。 這里我們將分別作出與滾子左面接觸的一系列凸輪輪廓曲線，分度期1L、2R、2L、3R，停歇期與滾子左右接觸的輪廓曲線，然后將這些線生成曲面，最后生成實體[33～35]. 建立1L輪廓曲線 1）建立1L第一段（0～1/8T）輪廓面曲線 (1).新建.prt文件 打開Pro/E Wildfire三維繪圖軟件，新建->零件->實體，建立文件。 (2).繪制廓面曲線 曲線->從方程->完成，此時彈出【菜單管理器】，并提示選取坐標，點取桌面上的坐標后，再在【菜單管理器】中選取【笛卡爾】，然后在彈出

66、的記事本中輸入如下繪圖程序： 程序1： /*創(chuàng)建1L（0-0.125T）階段輪廓曲線 c=180 /*中心距 p=1 /*右旋 θf=120 /*凸輪分度期轉(zhuǎn)角 Rr=22 /*轉(zhuǎn)盤滾子半徑 r=90 /*共軛接觸點的曲面參數(shù) 90--120 G=0.125*t θ=θf*G φ0=15 φi=30/(pi+4)*(pi*G-sin(4*180*G)/4) φ=φ0+p*φi n=3/8*pi/(pi+4)*(1-cos(4*180*G)) ψ=atan(p*r/(c-r*cos(φ))*n)+180 x2=r y2= Rr *cos(ψ) z2= Rr *sin(ψ) x = x2*cos(φ)*cos(θ)-p*y2*sin(φ)*cos(θ)-z2*sin(θ)-c*cos(θ) y = -x