畢業(yè)論文-凸輪廓線精確設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　凸輪是一具有曲面輪廓的構(gòu)件，一般多為原動(dòng)件（有時(shí)為機(jī)架）；當(dāng)凸輪為原動(dòng)件時(shí)，通常作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，而從動(dòng)件則按預(yù)期輸出特性要求作連續(xù)或間隙的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、移動(dòng)或平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　本文主要介紹凸輪的大體概念與凸輪廓線的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及后期使用Pro/E軟件仿真其廓線。</p>

2、<p>　　凸輪輪廓曲線是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，常用的設(shè)計(jì)方法有解析法和圖解法。本文將對(duì)這兩這種方法進(jìn)行大致分析與應(yīng)用設(shè)計(jì)，利用Pro/E軟件繪制凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)體模型，并用Pro/E軟件自帶的Pro/MECHANICA Motion插件設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，可以較準(zhǔn)確掌握機(jī)械產(chǎn)品零部件的位移、速度和加速度等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而可分析機(jī)構(gòu)動(dòng)作的可靠性。</p><p>　　主要技術(shù)要求為：熟

3、悉凸輪設(shè)計(jì)基本原理及相關(guān)理論計(jì)算；凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真及受力分析；指定內(nèi)容的翻譯和Pro/E軟件的熟練應(yīng)用。</p><p>　　本文將重點(diǎn)研究凸輪機(jī)構(gòu)建摸，受力分析和運(yùn)動(dòng)仿真與分析。通過理論上的計(jì)算和研究，結(jié)合圖解以及解析的方法，算出凸輪廓線的大致數(shù)據(jù)，用Pro/E軟件將其繪制出，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，記錄和研究其位移、速度和加速度等動(dòng)力參數(shù)，最后分析出機(jī)構(gòu)動(dòng)作的可靠性。使以后工作中，可以更準(zhǔn)確掌握機(jī)械產(chǎn)品零部件的動(dòng)力方面

4、個(gè)參數(shù)，減少事故的發(fā)生，降低設(shè)計(jì)的難度。</p><p>　　關(guān)鍵詞：凸輪；廓線設(shè)計(jì)；Pro/E；三維造型；仿真。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Cam is a component with a surface profile is generally more dynamic pieces of

5、the original (sometimes for the rack), when the cam piece to its original form, it is usually in a row for the constant rotation or move, and the follower output characteristics according to the requirements expected for

6、 continuous or reciprocating motion of the space, move, or the complexity of sports plane.</p><p>　　This paper mainly introduces the general concept of the cam and cam profile design and calculation, and the

7、 latter the use of Pro / E software simulation of its profile.</p><p>　　Cam cam curve design is the key to the design of methods commonly used analytical method and graphical method. In this paper, two such

8、methods will be more or less analysis and application design, use of Pro/E software cam solid model rendering, and Pro / E software comes with the Pro/MECHANICA Motion cam plug design movement model, the kinematics Simul

9、ation can b a more accurate knowledge of machinery parts and components of displacement, velocity and acceleration, such as kinetic parameters, w</p><p>　　The main technical requirements are:familiar with th

10、e basic principles of cam design and related theoretical calculation; cam mechanism motion simulation and stress analysis; specify the contents of the translation and Pro/e application software proficiency.</p>&l

11、t;p>　　This article will focus on cam modeling, stress analysis and motion simulation and analysis. Through theoretical calculations and research, combined with graphical and analytical methods, calculate the approxima

12、te convex contour data, using Pro/E software to draw, simulation exercise, record and study the displacement, velocity and acceleration and other dynamic parameters, Finally, the reliability of the agency action. So afte

13、r work, can be more accurate machinery parts and components of the dy</p><p>　　Keywords:Cam, Profile Design ,Pro/E, Three-dimensional shape,Simulation.目錄</p><p><b>　　1緒論1</b></p&

14、gt;<p><b>　　1.1選題意義1</b></p><p>　　1.2 仿真技術(shù)的發(fā)展3</p><p>　　1.3 Pro/Engineer在機(jī)械制造中的應(yīng)用5</p><p>　　1.3.1 Pro/Engineer軟件介紹5</p><p>　　1.3.2Pro/E在我國(guó)機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)

15、用8</p><p>　　2凸輪輪廓線的設(shè)計(jì)10</p><p><b>　　2.1緒論10</b></p><p>　　2.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類11</p><p>　　2.2.1 按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類11</p><p>　　2.2.2 按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類11&

16、lt;/p><p>　　2.2.3 按凸輪高副的鎖合方式分類11</p><p>　　2.3從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律12</p><p>　　2.3.1 基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律12</p><p>　　2.4 凸輪輪廓線的設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.4.1凸輪輪廓曲線的計(jì)算14</p><p>　　2.

17、5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定17</p><p>　　2.5.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角及許用值17</p><p>　　2.6.2凸輪理論輪廓的外凸部分。18</p><p>　　2.7 圖解法求解凸輪輪廓曲線20</p><p>　　2.7.1 反轉(zhuǎn)法原理20</p><p>　　2.7.2 滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的

18、設(shè)計(jì)20</p><p>　　3 凸輪機(jī)構(gòu)的三維造型及仿真22</p><p><b>　　3.1引言22</b></p><p>　　3.2凸輪機(jī)構(gòu)的三維造型23</p><p>　　3.2.1凸輪機(jī)構(gòu)各零件的實(shí)體造型23</p><p>　　3.3 凸輪機(jī)構(gòu)的仿真27</p&

19、gt;<p>　　3.3.1創(chuàng)建伺服電動(dòng)機(jī)27</p><p>　　3.3.2完成定義后，就可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析了27</p><p><b>　　總結(jié)32</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b>

20、;</p><p>　　凸輪廓線精確設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真</p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1選題意義</b></p><p>　　在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，有關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、操作性能、生產(chǎn)工藝、裝配性能，甚至維護(hù)性能等等許多問題都需要在開發(fā)過程的前期解決。一般，人

21、們借助理論分析、CAD系統(tǒng)和各種比例的實(shí)物模型，或參考先前產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)來解決有關(guān)新產(chǎn)品開發(fā)的各種問題。由于有關(guān)裝配、操作和維修的問題往往只會(huì)在產(chǎn)品開發(fā)的后期或在最終產(chǎn)品試車過程中、甚至在投入使用一段時(shí)間后才能暴露出來，尤其是有關(guān)維修的問題往往是在產(chǎn)品已經(jīng)售出很長(zhǎng)是以后才能被發(fā)現(xiàn)。為了解決這些問題，有時(shí)產(chǎn)品就不得不返回到設(shè)計(jì)構(gòu)造階段以便進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)變更。這樣的產(chǎn)品開發(fā)程序不但效率低、耗時(shí)，費(fèi)用也高。</p><p&

22、gt;　　為了解決這些問題，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)所要進(jìn)行的生產(chǎn)和制造活動(dòng)進(jìn)行全面的建摸和仿真，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、裝配、各參數(shù)的設(shè)定改進(jìn)等等。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就實(shí)時(shí)地模擬出產(chǎn)品的形狀和工作狀況、制造過程、檢查產(chǎn)品的可制造性和設(shè)計(jì)合理性，以便及時(shí)修改設(shè)計(jì)，更有效地靈活組織生產(chǎn)，縮短產(chǎn)品研制周期，獲得最好的產(chǎn)品質(zhì)量和效益。仿真技術(shù)這個(gè)術(shù)語(yǔ)在近兩年的文獻(xiàn)中已不罕見。</p><p>　　仿

23、真技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它以控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和專用設(shè)備為工個(gè)具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的 或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。例如，汽車或飛機(jī)的駕駛訓(xùn)練模擬器，就是應(yīng)用仿真技術(shù)的成果。信息處理技術(shù) 和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)際上已經(jīng)完全改變?yōu)榉抡娴母拍?。將先進(jìn)的仿真技術(shù)手網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，由真實(shí)裝備和 計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)綜合仿真系統(tǒng)組成仿真環(huán)境，用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把新武器系統(tǒng)和分散在不同地點(diǎn)的研制者、用戶聯(lián) 系在一起，讓用戶在

24、仿真環(huán)境中提前“使用”正在研制的武器，讓研制者能提前了解武器的作戰(zhàn)使用，雙方共同 研究，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。這樣不僅加快了武器系統(tǒng)的研制進(jìn)度，也縮短了新武器形成戰(zhàn)斗力的時(shí)間。在部 隊(duì)訓(xùn)練方面，仿真技術(shù)同樣大有用武之地。美國(guó)陸軍到80年代末，訓(xùn)練士兵還是采用野戰(zhàn)訓(xùn)練和模擬訓(xùn)練兩種方法。戰(zhàn)訓(xùn)練的主要問題是燃料、彈藥消耗大，場(chǎng)地、都有困難，組織大規(guī)模演習(xí)費(fèi)時(shí)又費(fèi)力；模擬訓(xùn)練，所用的 模擬器可能比其它所模擬的真實(shí)裝備還要貴。為了解決部隊(duì)訓(xùn)練問題

25、，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局1983年開始實(shí)施模擬器聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，把分散在各地的訓(xùn)練器用計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，形成分布式交互仿真，</p><p>　　目前，機(jī)械行業(yè)有多款仿真設(shè)計(jì)軟件，但其中功能最為強(qiáng)大，使用最廣的是一款名為Pro/Engineer的軟件，此次設(shè)計(jì)也使用該軟件。</p><p>　　凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)械、儀器和操縱控制裝置。凸輪機(jī)構(gòu)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，主要是由于凸輪機(jī)

26、構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。</p><p>　　但是在凸輪的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)著主要根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合大量的經(jīng)驗(yàn)公式和設(shè)計(jì)參數(shù)來進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，很難實(shí)現(xiàn)凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)。加上凸輪在加工過程中也比較復(fù)雜的問題，造成了凸輪的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)成本高，傳動(dòng)質(zhì)量較低的問題。本文把仿真技術(shù)應(yīng)用到凸輪輪廓線設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)凸輪輪廓的優(yōu)化，了解其運(yùn)動(dòng)的各參數(shù)，如速度、加速度、轉(zhuǎn)角等等。</p&g

27、t;<p>　　1.2 仿真技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　仿真技術(shù)經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，從研究簡(jiǎn)單系統(tǒng)到現(xiàn)在已經(jīng)成為人們研究復(fù)雜系統(tǒng)的有力工具，大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。</p><p>　　發(fā)展階段二次大戰(zhàn)末期，火炮控制與飛行控制動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的研究促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)40年代研制成功第一臺(tái)通用電子模擬計(jì)算機(jī)。50年代末期到60年代，導(dǎo)彈和宇宙飛船的姿態(tài)及軌道動(dòng)力學(xué)的研究

28、。仿真技術(shù)在阿波羅登月計(jì)劃及核電站的廣泛應(yīng)用。以及50年代末第一臺(tái)混合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于洲際導(dǎo)彈的仿真，促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展。這是仿真技術(shù)的發(fā)展階段。</p><p>　　成熟階段在軍事需求推動(dòng)下，70年代中期，仿真技術(shù)不但在軍事領(lǐng)域迅速發(fā)展，而且擴(kuò)展到許多領(lǐng)域。在這個(gè)時(shí)期出現(xiàn)了用于培訓(xùn)民航客機(jī)駕駛員和軍用飛機(jī)飛行員的飛行訓(xùn)練模擬器和培訓(xùn)復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)操作人員的仿真系統(tǒng)等產(chǎn)品。相繼出現(xiàn)了一些從事仿真設(shè)備和仿真系統(tǒng)生產(chǎn)的

29、專業(yè)化公司。例如美國(guó)的GSE公司。E＆S公司。ABB公司。Dynetics公司等，使仿真技術(shù)達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化階段。這標(biāo)志著仿真技術(shù)進(jìn)入了成熟階段。</p><p>　　70年代末，國(guó)際政治軍事格局的改變，為仿真技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了新的機(jī)遇。一方面，隨著世界范圍內(nèi)冷戰(zhàn)狀態(tài)的緩和，各國(guó)政府紛紛把投資重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，并開始大規(guī)模地削減常規(guī)軍隊(duì)，大規(guī)模的軍事演習(xí)不僅受到政治環(huán)境的約束，同時(shí)也受到經(jīng)濟(jì)狀況的制約，與之相矛

30、盾的是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)越來越強(qiáng)調(diào)部隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)能力的培訓(xùn)以及戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)的運(yùn)用；另一方面，現(xiàn)代武器系統(tǒng)裝備越來越復(fù)雜，武器系統(tǒng)研制的費(fèi)用越來越高，研制周期越來越長(zhǎng)，培訓(xùn)使用操作人員的時(shí)間也越來越長(zhǎng)，必須找到研制開發(fā)新武器系統(tǒng)的更加有效的途徑和方法，形成一個(gè)新武器的決策者。開發(fā)者與使用者協(xié)調(diào)配合。共同參與的武器研制體系，縮短武器系統(tǒng)研制開發(fā)的周期和成本，這成為各國(guó)軍方都在探索的問題。仿真技術(shù)為解決這些問題提供了一條有效的技術(shù)途徑。</p>

31、<p>　　同樣，隨著技術(shù)進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備越來越復(fù)雜，操作水平要求越來越高，面臨著與武器系統(tǒng)裝備同樣的問題。這種技術(shù)需求推動(dòng)了仿真技術(shù)快速發(fā)展。</p><p>　　高級(jí)階段 20世紀(jì)80年代初以美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)和美國(guó)陸軍共同制定和執(zhí)行的SIMNET(SimMlators Network)研究計(jì)劃和美國(guó)三軍建立先進(jìn)的半實(shí)物仿真試驗(yàn)室為標(biāo)志，標(biāo)志著仿真技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的高級(jí)階段。

32、</p><p>　　SIMNET計(jì)劃是分布交互仿真的初型和開始。到90年代，各個(gè)部門相繼建設(shè)分布交互仿真系統(tǒng)。并行分布交互仿真系統(tǒng)。聚合級(jí)仿真系統(tǒng)。這些仿真系統(tǒng)絕大多數(shù)是針對(duì)某領(lǐng)域的具體需求而建立的，它們之間不能互操作，其應(yīng)用和各組件也不能在新的仿真應(yīng)用和開發(fā)中得到重用。隨著國(guó)防工業(yè)和工業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展，被仿真的系統(tǒng)日益復(fù)雜，規(guī)模越來越大，若各應(yīng)用部門根據(jù)各自的需要完全從頭開始開發(fā)大型仿真系統(tǒng)，工作效率低，財(cái)力人力

33、浪費(fèi)大，且模型和仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性?？尚哦入y以保證。為了更好的實(shí)現(xiàn)信息。資源共享，促進(jìn)仿真系統(tǒng)的互操作和重用，到90年代，以美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家在分布交互仿真。先進(jìn)的并行分布交互仿真以及聚合級(jí)仿真的基礎(chǔ)上，仿真技術(shù)開始向仿真的高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)發(fā)展。HLA是促進(jìn)所有類型仿真之間互操作。仿真模型組件重用的高級(jí)協(xié)議。</p><p>　　仿真技術(shù)應(yīng)用隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)應(yīng)用目的趨于多樣化。全面化。最初仿真技

34、術(shù)是作為對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的輔助工具而應(yīng)用的，而后又用于訓(xùn)練目的，現(xiàn)在仿真系統(tǒng)的應(yīng)用包括：系統(tǒng)概念研究。系統(tǒng)的可行性研究。系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。系統(tǒng)開發(fā)。系統(tǒng)測(cè)試與評(píng)估。系統(tǒng)操作人員的培訓(xùn)。系統(tǒng)預(yù)測(cè)。系統(tǒng)的使用與維護(hù)等各個(gè)方面。它的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展到軍用以及與國(guó)民經(jīng)濟(jì)相關(guān)的各個(gè)重要領(lǐng)域。</p><p>　　仿真作為一門綜合性科學(xué)，將隨著其相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的深入發(fā)展，繼續(xù)向縱深快速發(fā)展，同時(shí)將擴(kuò)大其綜合應(yīng)用的領(lǐng)域，在國(guó)防

35、建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。但是，作為一門綜合性技術(shù)學(xué)科，仿真技術(shù)還有許多理論及技術(shù)問題需要繼續(xù)進(jìn)行深入的研究探討。我國(guó)應(yīng)大力開展仿真技術(shù)的理論研究和技術(shù)應(yīng)用研究，盡快縮短與先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家在技術(shù)上的差距。系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展，必將推動(dòng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步提高。</p><p>　　1.3 Pro/Engineer在機(jī)械制造中的應(yīng)用</p><p>　　1.3.1 Pro/Engin

36、eer軟件介紹</p><p>　　Pro/Engineer軟件系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)化技術(shù)公司PTC（Parametric Technology Corporation）的優(yōu)秀產(chǎn)品，提供了集成產(chǎn)品的三維造型設(shè)計(jì)、加工、分析及繪圖等功能的完整的CAD/CAM解決方案。該軟件以使用方便、參數(shù)化造型和系統(tǒng)的全相關(guān)性而著稱。目前Pro/Engineer軟件在我國(guó)的機(jī)械、電子、家電、塑料摸具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航天、玩具等行業(yè)取得

37、了廣泛的應(yīng)用，該軟件在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用數(shù)量大大超過了同類型的其他國(guó)外產(chǎn)品。</p><p>　　Pro/Engineer可謂是個(gè)全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、摸具開發(fā)、NC加工，飯金件設(shè)計(jì)，鑄造設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程，自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理于一體，其模塊眾多。主要由以下六大模塊組成：工業(yè)設(shè)計(jì)（LAID）模塊、機(jī)械設(shè)計(jì)（CAD）模塊、功能仿真（CAE）模塊、制造（CAM）模塊、

38、數(shù)據(jù)管理（PDM）模塊和數(shù)據(jù)交換（Geometry Translator）模塊。下面介紹Pro/Engineer的重要特性：</p><p>　　(1)相關(guān)性（Full Associativity）</p><p>　　相關(guān)性是指所有的Pro/Engineer的功能都相互關(guān)聯(lián)。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中，用戶任何時(shí)候所作的變更，都會(huì)擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有工程文檔。</p&

39、gt;<p>　　Pro/Engineer系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境最突出的特點(diǎn)就在于它能夠支持并行工程，通過一系列足以表現(xiàn)外形、裝配性能的全相關(guān)性的解決方案，可以讓用戶同時(shí)在幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域處理一個(gè)產(chǎn)品模型。這些能力包括造型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、以及產(chǎn)品信息管理等。</p><p>　　Pro/Engineer提供的參數(shù)化設(shè)計(jì)的最大的特點(diǎn)就是單一數(shù)據(jù)庫(kù)，所有設(shè)計(jì)過程所使用的尺寸（參數(shù)）都存在設(shè)計(jì)庫(kù)中，修改CAD

40、模型及工程圖不再是一件難事，設(shè)計(jì)者只要更改3D零件的尺寸，則2D工程圖就會(huì)依照尺寸的修改做集合形狀的變化，同樣修改2D工程圖的尺寸，3D實(shí)體模型也會(huì)自動(dòng)修改，同時(shí)裝配、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自動(dòng)修改，這樣可確保數(shù)據(jù)的正確性，達(dá)到設(shè)計(jì)修改工作的一致性，避免發(fā)生人為改圖的疏漏情形，減少許多人為改圖的時(shí)間和精力的消耗。也正因?yàn)橛袇?shù)式設(shè)計(jì)，用戶才可以運(yùn)用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式，建立各尺寸參數(shù)間的關(guān)系式使得模型可自動(dòng)計(jì)算出應(yīng)有的外型，減少尺寸逐一修改的

41、繁瑣費(fèi)時(shí)并減少錯(cuò)誤的發(fā)生。</p><p>　　(2)基于特征的參數(shù)化建摸</p><p>　　參數(shù)式設(shè)計(jì)就是將零件尺寸的設(shè)計(jì)用參數(shù)來描述，并在設(shè)計(jì)修改時(shí)通過修改參數(shù)的數(shù)值來更改零件的外形。參數(shù)化設(shè)計(jì)的思想在工業(yè)界傳播了許多年，1988年，Pro/Engineer以參數(shù)設(shè)計(jì)的思想問世以后，業(yè)內(nèi)人士即對(duì)參數(shù)式設(shè)計(jì)的思想翹首以待。Pro/Engineer對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)工作來說，有相當(dāng)大的幫助

42、作用，因?yàn)镻ro/Engineer中參數(shù)不只代表設(shè)計(jì)對(duì)象的外觀相關(guān)尺寸，并且具有實(shí)質(zhì)上的物理意義。例如我們可以運(yùn)用系統(tǒng)參數(shù)（System parametes）如體積、表面積、重心、三維坐標(biāo)等，或用戶依設(shè)計(jì)流程所定義的用戶定義參數(shù)（Use defined parameters）如密度、厚度等具有設(shè)計(jì)意義的物理量或字符串加入設(shè)計(jì)構(gòu)思中來表達(dá)設(shè)計(jì)思想。這項(xiàng)參數(shù)化設(shè)計(jì)的功能不但改變了設(shè)計(jì)的概念，并且將設(shè)計(jì)的便捷性推進(jìn)了一大步。</p>

43、;<p><b>　　(3) 數(shù)據(jù)管理</b></p><p>　　為了在最短的時(shí)間內(nèi)完成最多的開發(fā)工作，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。Pro/Engineer數(shù)據(jù)管理功能可以管理并行工程所要求的并行作業(yè)程序，并通過全相關(guān)性達(dá)到并行工程的目的。</p><p><b>　　(4) 裝配管理</b></p>

44、;<p>　　Pro/Engineer能夠讓用戶使用貼合、插入、對(duì)齊等直覺式指令，輕松裝配零部件，保持設(shè)計(jì)意圖，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。而高級(jí)的功能則支持大型復(fù)雜裝配體的創(chuàng)建與管理，并且零件數(shù)目不受限制。</p><p>　　(5) 工程數(shù)據(jù)庫(kù)重用</p><p>　　工程數(shù)據(jù)庫(kù)重用就是為了達(dá)到大幅提高生產(chǎn)力、降低成本的目的，而以標(biāo)準(zhǔn)、公認(rèn)的設(shè)計(jì)作為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它能夠讓用戶快速開

45、發(fā)整個(gè)產(chǎn)品系列。Pro/Engineer的基本結(jié)構(gòu)使EDR易于實(shí)現(xiàn)。隨著將來幾代產(chǎn)品的創(chuàng)建，會(huì)發(fā)現(xiàn)從Pro/Engineer中獲得的益處將大大超過最初的投資。</p><p><b>　　(6) 易用性</b></p><p>　　Pro/Engineer獨(dú)有的自動(dòng)導(dǎo)引菜單為擁護(hù)提供了使用方便的選項(xiàng)，也可以預(yù)先選定最常用的功能。此外，系統(tǒng)還提供了簡(jiǎn)短的功能菜單說明和完

46、整的在線幫助。這些都使得Pro/Engineer具有非常好的易用性。</p><p><b>　　(7) 硬件獨(dú)立性</b></p><p>　　Pro/Engineer可以在UNIX和Windows98/2000/XP平臺(tái)下運(yùn)行，并在每個(gè)系統(tǒng)中都維持相同的界面，使用的感覺也一樣。用戶可以根據(jù)自己的需求，選購(gòu)最經(jīng)濟(jì)的硬件配置，再混用或搭配任何一種平臺(tái)組合。由于Pro/

47、Engineer可以運(yùn)行在不同環(huán)境中，具有獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式，因此可以方便地讓信息在不同平臺(tái)的機(jī)器之間相互轉(zhuǎn)換。</p><p>　　1.3.2Pro/E在我國(guó)機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　隨著我國(guó)汽車、家電等工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的外形在滿足性能要求的同時(shí)，變得越來越復(fù)雜，而這些產(chǎn)品的出現(xiàn)離不開機(jī)械制造，這就要求機(jī)械制造行業(yè)以最快的速度、最低的成本、最高的質(zhì)量生產(chǎn)出產(chǎn)品。為了達(dá)

48、到上述的要求，機(jī)械制造企業(yè)只有運(yùn)用先進(jìn)的管理手段和CAD/CAM集成制造技術(shù)，才能在激烈的時(shí)常競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。</p><p>　　例如，廣州型腔模具廠在92年開始應(yīng)用Pro/Engineer軟件進(jìn)行壓鑄模具的設(shè)計(jì)及制造，并應(yīng)用該軟件先后完成了國(guó)家“八五”重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)攻關(guān)課題《大型復(fù)雜壓鑄模的研制開發(fā)》及廣州市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目《計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)、制造及分析的應(yīng)用研究》等科研開發(fā)項(xiàng)目，先后兩次引起Pro/En

49、gineer軟件，應(yīng)用該軟件開發(fā)出了摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱、汽車離合器殼體、家電等大型復(fù)雜壓鑄模具，完成了一百多套模具的三維造型、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工編程，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　Pro/Engineer軟件的集成制造技術(shù)目前是我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)研究應(yīng)用的熱點(diǎn)。</p><p>　　機(jī)械產(chǎn)品CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的集成關(guān)鍵是建立單一的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)、在CAD、CAE、CAM各

50、單元之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳遞與轉(zhuǎn)換，使CAE、CAM階段完全吸收CAD階段的三維圖形，減少中間建模的時(shí)間和誤差；借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品性能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、加工精度、金屬液體在機(jī)械零件中的流動(dòng)情況及機(jī)械零件工作過程中的溫度分布情況等進(jìn)行反復(fù)修改和優(yōu)化，將問題發(fā)現(xiàn)于正式生產(chǎn)前，大大縮短機(jī)械制造時(shí)間，提高機(jī)械制造加工精度。</p><p>　　Pro/Engineer軟件采用面向?qū)ο蟮耐鈹?shù)據(jù)庫(kù)和參數(shù)化造型技術(shù)，具備概念設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)

51、設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)的功能，為機(jī)械產(chǎn)品的集成制造提供了優(yōu)良的平臺(tái)。Pro/Engineer的并行工程技術(shù)在機(jī)械制造中應(yīng)用也是非常重要的。</p><p>　　機(jī)械制造是面向單式的生產(chǎn)方式，屬于單性生產(chǎn)，制造過程復(fù)雜，要求交貨時(shí)間短。如果利用CAD、CAM單元技術(shù)制造機(jī)械產(chǎn)品，制造精度低、周期長(zhǎng)，為了解決上述難題，我們將并行工程技術(shù)引入到機(jī)械制造過程中。</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)用

52、Pro/Engineer軟件，我們將原來機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，機(jī)械產(chǎn)品型腔，型芯二維設(shè)計(jì)，工藝準(zhǔn)備，機(jī)械產(chǎn)品型腔，型芯設(shè)計(jì)三維造型，數(shù)控加工指令編程，數(shù)控加工的串行工藝路線改為由不同的工程師同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)、工藝準(zhǔn)備的并行路線，不但提高了產(chǎn)品的制造精度，而且能縮短設(shè)計(jì)、數(shù)控編程時(shí)間達(dá)40%以上。</p><p>　　要實(shí)施并行工程關(guān)鍵要實(shí)現(xiàn)零件三緯圖形數(shù)據(jù)共享，使每個(gè)工程師用的圖形數(shù)據(jù)是絕對(duì)相同，并使每個(gè)工程師所做的修改自動(dòng)

53、反映到其他有關(guān)的工程師那里，保證數(shù)據(jù)的唯一性和可靠性。Pro/Engineer軟件具有單一的數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化實(shí)體特征造型技術(shù)為實(shí)現(xiàn)并行工程提供了可靠的技術(shù)保證。</p><p>　　建立標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)也是Pro/Engineer在我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)廣泛應(yīng)用的一個(gè)方面。</p><p>　　利用Pro/Engineer軟件的參數(shù)化功能或指令編程技術(shù)，建立符合自身要求的常用的標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)，減少重復(fù)建模時(shí)

54、間，提高設(shè)計(jì)效率。</p><p><b>　　2凸輪輪廓線的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1緒論</b></p><p>　　凸輪是一具有曲面輪廓的構(gòu)件，一般多為原動(dòng)件（有時(shí)為機(jī)架）；當(dāng)凸輪為原動(dòng)件時(shí)，通常作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，而從動(dòng)件則按預(yù)期輸出特性要求作連續(xù)或間隙的往復(fù)擺動(dòng)、移動(dòng)或平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。<

55、;/p><p>　　凸輪機(jī)構(gòu)則是含有凸輪的一種高副機(jī)構(gòu)，也是一種常用機(jī)構(gòu)。在凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪可為原動(dòng)件也可為機(jī)架；但多數(shù)情況下，凸輪為原動(dòng)件。在自動(dòng)機(jī)械和半自動(dòng)機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用</p><p>　　比如沖窗裝卸凸輪機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件凸輪固定與沖頭上，當(dāng)其隨沖頭往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過凸輪高副驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件以一定規(guī)律往復(fù)水平移動(dòng)，從而使機(jī)械手按預(yù)期的輸出特性裝卸工件。</p><p

56、>　　如右圖2-1所示的自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，當(dāng)圓柱凸輪繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過其溝槽與搖桿一端的滾子接觸，并推動(dòng)遙桿繞固定軸按特定的規(guī)律做往復(fù)擺動(dòng)，同時(shí)通過遙桿的另一端的扇形齒輪驅(qū)動(dòng)刀架實(shí)現(xiàn)退刀或進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>

57、　　2.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類</p><p>　　從不同的角度出發(fā)，凸輪機(jī)構(gòu)可作如下分類。</p><p>　　2.2.1 按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類</p><p>　　平面凸輪機(jī)構(gòu) 兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)。其按凸輪形狀又可分為盤形凸輪、移動(dòng)凸輪。其中，盤形凸輪為凸輪的基本形式。是一個(gè)相對(duì)機(jī)架作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)或?yàn)闄C(jī)架且具有變化向徑的盤形構(gòu)件；

58、而移動(dòng)凸輪則可視為盤形凸輪的演化形式。是一個(gè)相對(duì)機(jī)架作直線移動(dòng)或?yàn)闄C(jī)架且具有變化輪廓的構(gòu)件。</p><p>　　空間凸輪機(jī)構(gòu) 兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)。按其形狀又可分為圓柱凸輪，圓錐凸輪，弧面凸輪和球面凸輪等。</p><p>　　2.2.2 按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類</p><p>　　尖頂從動(dòng)件 尖頂能與任意復(fù)雜凸輪輪廓保持接觸，因而能實(shí)

59、現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。尖頂與凸輪呈點(diǎn)接觸，易磨損，故只宜用于受力不大的場(chǎng)合。</p><p>　　滾子從動(dòng)件 為克服尖頂從動(dòng)件的缺點(diǎn)，在尖頂處安裝一個(gè)滾子。它改善了從動(dòng)件與凸輪輪廓間的接觸條件，耐磨損，可承受較大載荷，故在工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　平底從動(dòng)件 平底從動(dòng)件與凸輪輪廓接觸為一平面，顯然它只能與全部外凸的凸輪輪廓作用。其優(yōu)點(diǎn)是：壓力角小，效率高，潤(rùn)滑好，故常用

60、于高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。</p><p>　　2.2.3 按凸輪高副的鎖合方式分類</p><p>　　力鎖合：利用重力、彈簧力或其他外力使組成凸輪高副的兩構(gòu)件始終保持接觸。如圖2-2所示</p><p>　　形鎖合：利用特殊集合形狀（虛約束）使組成凸輪高副的兩構(gòu)件始終保持接觸。</p><p>　　凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞纯墒?/p>

61、從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠。其缺點(diǎn)是：凸輪為高副接觸（點(diǎn)接觸），壓強(qiáng)比較大，容易磨損，</p><p>　　凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。</p><p><b>　　圖 2-2</b></p><p>　　2.3從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律</p><p>　　2.3.1 基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律</p

62、><p>　　從動(dòng)件位移s隨凸輪轉(zhuǎn)角 的變化情況如圖2-3所示，圖中橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角 ，縱坐標(biāo)代表從動(dòng)件位移s、速度v和加速度a隨凸輪轉(zhuǎn)角 的變化規(guī)律稱為從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律又可分為基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律有以下幾種：</p><p><b>　　圖2-3</b></p><p>　　等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過程中速度為常數(shù)，而在運(yùn)

63、動(dòng)的始、末點(diǎn)處速度產(chǎn)生突變，理論上加速度為無窮大，產(chǎn)生無窮大的慣性力，機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生極大的沖擊，稱為剛性沖擊，次類運(yùn)動(dòng)規(guī)律只使用于低速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。</p><p>　　等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過程中加速度為常數(shù)，而在運(yùn)動(dòng)的始、末點(diǎn)處加速度有突變，產(chǎn)生較大的加速度和慣性力，由此而引起的沖擊稱為柔性沖擊，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用與中速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。</p><p>　　余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律：又名簡(jiǎn)

64、諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中速度皆連續(xù)，但在運(yùn)動(dòng)的始、末點(diǎn)處加速度有突變，產(chǎn)生柔性沖擊，因而也只適用中速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。</p><p>　　正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律：又名擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中速度和加速度皆連續(xù)無突變，避免了剛性沖擊和柔性沖擊，可以用于高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。</p><p>　　在工程實(shí)際中，為使凸輪機(jī)構(gòu)獲得更好的工作性能，經(jīng)常采用以某種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律為基礎(chǔ)，輔之以其他運(yùn)

65、動(dòng)規(guī)律與其組合，從而獲得組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)采用不用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合成改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，它們?cè)谶B接點(diǎn)處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等；這就是兩運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合時(shí)必須滿足的邊界條件。</p><p>　　常用的組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律有：改進(jìn)性等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，改進(jìn)性正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律和改進(jìn)性梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。</p><p>　　基本的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程如表2-1：</p><p><

66、;b>　　從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)位移方程</b></p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　2.4 凸輪輪廓線的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1凸輪輪廓曲線的計(jì)算</p><p>　　凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì),而凸輪的輪廓曲線形狀取決于從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的形式通

67、常有多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律、三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常用的等速(加速度a=0)、等加速等減速(加速度為常數(shù),即a=c)、簡(jiǎn)諧(又稱余弦加速度規(guī)律)、擺線(又稱正弦加速度規(guī)律)等4種形式的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線之前,必須首先根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求選定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定后,通過計(jì)算機(jī)仿真就可以得到凸輪的精確輪廓線。</p><p>　　以擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例。圖2-4為擺

68、動(dòng)滾子從動(dòng)件盤性凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。</p><p>　　其中C( 為凸輪理論輪廓線上的任意一點(diǎn)，N（ ）、 分別為外緣和內(nèi)緣凸輪工作輪廓上與點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，D 、 分別為加工N點(diǎn)和 點(diǎn)時(shí)刀具中心的位置， 圖2-4</p><p>　　為刀具半徑， 為滾子半徑， 為基圓半徑， 為擺桿初始角（ ,S為擺角增量， 為凸輪轉(zhuǎn)角，L為擺心距，l為擺桿長(zhǎng)， 為角

69、速度。</p><p>　　在圖2-4直角坐標(biāo)系中，由三角形的函數(shù)關(guān)系可以得到凸輪任一時(shí)刻理論輪廓直角坐標(biāo)為 (2-1)</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　工作輪廓坐標(biāo)為：</b></p>&l

70、t;p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　(2-4)</b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)為外緣型時(shí)，工作輪廓坐標(biāo)中的 和 取上方的符號(hào)，為內(nèi)緣型時(shí)取下方的符號(hào)。計(jì)算刀具中心軌跡坐標(biāo)時(shí)，將 以 代入工作輪廓坐標(biāo)即可。&l

71、t;/p><p>　　設(shè)凸輪以等角速度 逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪基園半徑 、滾子半徑 ，導(dǎo)路和凸輪軸心間的相對(duì)位置及偏距e，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律S ，如圖2-5。</p><p>　　(1)理論輪廓線方程B </p><p><b>　　圖2-6</b></p><p><b>　　圖2-5</b></p

72、><p><b>　　其中 </b></p><p>　　(2)實(shí)際輪廓方程 如圖2-6</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　2.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定</p><p>　　2.5.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角及許用值</p><p&g

73、t;　　(1)壓力角：從動(dòng)件于凸輪在接觸點(diǎn)處的受力方向與其在該點(diǎn)絕對(duì)速度方向之間所夾的銳角即為壓力角。如圖2-7所示</p><p>　　(2)許用壓力角：為了改善凸輪機(jī)構(gòu)的受力情況，提高機(jī)械效率，規(guī)定了允許采用的最大壓力角 。</p><p>　　推程（工作行程）推薦的許用壓力角為：</p><p><b>　　直動(dòng)從動(dòng)件： </b><

74、/p><p><b>　　擺動(dòng)從動(dòng)件： </b></p><p><b>　　回程（空回行程） </b></p><p>　　(3)基圓半徑的確定：</p><p>　　根據(jù)公式： 圖2-7</p><p>　　為保證凸輪機(jī)

75、構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中均能滿足 ,應(yīng)選取計(jì)算結(jié)果中的最大值作為凸輪的基圓半徑。</p><p>　　2.6滾子半徑的選擇</p><p>　　2.6.1凸輪理論輪廓內(nèi)凹部分</p><p>　　如圖2-6a所示，工作輪廓曲率半徑 、理論輪廓曲率半徑 與滾子半徑 三者之間的關(guān)系為</p><p><b>　　(2-7)</b>

76、</p><p>　　這時(shí)，工作輪廓曲率半徑恒大于理論輪廓曲率半徑，即 。這樣，當(dāng)理論輪廓作出后，不論選擇多大的滾子，都能做出工作輪廓。</p><p>　　2.6.2凸輪理論輪廓的外凸部分。</p><p>　　如圖2-8b所示，工作輪廓曲率半徑 理論輪廓曲率半徑 與滾子半徑 三者之間的關(guān)系為:</p><p><b>　　(2-

77、8)</b></p><p>　　圖2-8滾子半徑對(duì)工作輪廓的影響</p><p>　　如圖2-6b，當(dāng) 時(shí)， ；這時(shí)，可以作出論拖的工作輪廓；</p><p>　　如圖2-6c，當(dāng) 時(shí)，雖然能作出凸輪工作輪廓，但出現(xiàn)了尖點(diǎn)；尖點(diǎn)處是極容易磨損的。</p><p>　　如圖2-6d，當(dāng) 時(shí)， ，這時(shí)，作出的工作輪廓出現(xiàn)了相交的包絡(luò)

78、線。這部分工作輪廓無法加工，因此也無法實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即出現(xiàn)了“失真”現(xiàn)象。</p><p>　　綜上可知，滾子半徑不宜過大。但因滾子裝在銷軸上，故亦不宜過小。一般我們采用 (2-8)</p><p>　　式中， 為凸輪理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑， mm.</

79、p><p>　　2.7 圖解法求解凸輪輪廓曲線</p><p>　　2.7.1 反轉(zhuǎn)法原理</p><p>　　凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，凸輪和從動(dòng)件都在運(yùn)動(dòng)，為了在圖紙上繪制出凸輪的輪廓曲線，可采用反轉(zhuǎn)法。下面以圖2-9所示的對(duì)心尖端直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例來說明其原理。</p><p>　　圖2-9對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)</p>

80、<p>　　當(dāng)從動(dòng)件處于最低位置時(shí)，凸輪輪廓曲線與從動(dòng)件在A點(diǎn)接觸，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過φ1角時(shí)，凸輪的向徑OA 將轉(zhuǎn)到OA´ 的位置上，而凸輪輪廓將轉(zhuǎn)到圖中蘭色虛線所示的位置。這時(shí)從動(dòng)件尖端從最低位置 A 上升到B´，上升的距離s1=AB´。</p><p>　　現(xiàn)在設(shè)想凸輪固定不動(dòng)，而讓從動(dòng)件連同導(dǎo)路一起繞O點(diǎn)以角速度（－ω）轉(zhuǎn)過φ1角，此時(shí)從動(dòng)件將一方面隨導(dǎo)路一起以角速度（－

81、ω）轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又在導(dǎo)路中作相對(duì)移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到圖中粉紅色虛線所示的位置。此時(shí)從動(dòng)件向上移動(dòng)的距離與前相同。此時(shí)從動(dòng)件尖端所占據(jù)的位置 B 一定是凸輪輪廓曲線上的一點(diǎn)。若繼續(xù)反轉(zhuǎn)從動(dòng)件，可得凸輪輪廓曲線上的其它點(diǎn)。</p><p>　　由于這種方法是假定凸輪固定不動(dòng)而使從動(dòng)件連同導(dǎo)路一起反轉(zhuǎn)，故稱反轉(zhuǎn)法（或運(yùn)動(dòng)倒置法）。</p><p>　　2.7.2 滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)</p&

82、gt;<p>　　對(duì)于圖2-10所示偏置移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)用反轉(zhuǎn)法使凸輪固定不動(dòng)后，從動(dòng)件的滾子在反轉(zhuǎn)過程中，將始終與凸輪輪廓曲線保持接觸，而滾子中心將描繪出一條與凸輪廓線法向等距的曲線η。由于滾子中心B 是從動(dòng)件上的一個(gè)鉸接點(diǎn)，所以它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就是從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即曲線η可根據(jù)從動(dòng)件的位移曲線作出。一旦作出了這條曲線，就可順利地繪制出凸輪的輪廓曲線了。 </p><p>&

83、lt;b>　　具體設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　(1)將滾子中心B假想為尖端從動(dòng)件的尖端，按照上述尖端從動(dòng)件凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法作出曲線?，這條曲線是反轉(zhuǎn)過程中滾子中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，稱之為凸輪的理論廓線。</p><p>　　(2)以理論廓線上各點(diǎn)為圓心，以滾子半徑rr 為半徑,作一系列滾子圓，然后作這族滾子圓的內(nèi)包絡(luò)線, 它就是凸輪的實(shí)際廓線。很顯然，該實(shí)際廓線

84、是上述理論廓線的等距曲線（法向等距，其距離為滾子半徑）。</p><p>　　若同時(shí)作出這族滾子圓的內(nèi)、外包絡(luò)線和則形成槽凸輪的輪廓曲線。</p><p>　　由上述作圖過程可知，在滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,rb指的是理論廓線的基圓半徑。需要指出的是，在滾子從動(dòng)件的情況下，從動(dòng)件的滾子與凸輪實(shí)際廓線的接觸點(diǎn)是變化的。</p><p><b>　　圖2

85、-10反轉(zhuǎn)法</b></p><p>　　因?yàn)閳D解法不是很精確，而凸輪輪廓設(shè)計(jì)的精度要求比較高，所以工程中不是經(jīng)常采用圖解法，本文是使用解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓線的，所以這里對(duì)圖解法只作簡(jiǎn)單的陳述。</p><p>　　3 凸輪機(jī)構(gòu)的三維造型及仿真</p><p><b>　　3.1引言</b></p><p>　

86、　械仿真是一項(xiàng)新興的技術(shù),主要是指使用計(jì)算機(jī)來模擬和分析真實(shí)事物的運(yùn)動(dòng)和變化過程,并獲得相應(yīng)的結(jié)果。仿真技術(shù)對(duì)現(xiàn)代工程和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)具有突出的指導(dǎo)意義,通過仿真提供的虛擬環(huán)境可以完成以前需要強(qiáng)大硬件支持的實(shí)驗(yàn),不僅大大節(jié)約了成本,而且縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和分析周期,提高了工作效率。Pro/E的參數(shù)化設(shè)計(jì)、基于特征、全相關(guān)等設(shè)計(jì)理念改變了機(jī)械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念,被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械裝配、系統(tǒng)仿真和模具設(shè)計(jì)等領(lǐng)域PTC推

87、出的Pro/E Wildfire2.0,其模擬等模塊的功能得到了進(jìn)一步加強(qiáng),它通過支持驅(qū)動(dòng)式動(dòng)力和基于動(dòng)力的全3D動(dòng)態(tài)仿真,評(píng)估和優(yōu)化運(yùn)動(dòng)部件。工程師可以輕松制作形象的CAD幾何體動(dòng)畫,而不是用數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算和評(píng)估零件在運(yùn)動(dòng)中受到的力、速度和加速度,建立彈簧和阻尼器模型,以及模擬沖擊和碰撞等等。而通過回放結(jié)果,用戶可以清晰地得到諸干涉區(qū)域、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)、負(fù)荷與接觸點(diǎn)的圖形表示等重要?jiǎng)討B(tài)特性。以下通過實(shí)例介紹Pro/E機(jī)械仿真的設(shè)計(jì)方法和過程。

88、</p><p>　　3.2凸輪機(jī)構(gòu)的三維造型</p><p>　　3.2.1凸輪機(jī)構(gòu)各零件的實(shí)體造型</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用Pro/E 2.0軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先通過第2章的介紹，確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用凸輪輪廓的函數(shù)表達(dá)式創(chuàng)建圖形基準(zhǔn)，通過Pro/E中的命令繪制出凸輪輪廓，通過拉伸生成凸輪實(shí)體；其次，根據(jù)設(shè)計(jì)好的凸輪基圓半徑，確定滾子的曲率半徑，在Pr

89、o/E中繪出并生成實(shí)體；再次連接滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)；最后進(jìn)行仿真?，F(xiàn)表示為下圖：</p><p>　　通過第2章的分析與計(jì)算，現(xiàn)取凸輪參數(shù)如下：基圓半徑 ，從動(dòng)件升程h ，厚度b ，滾子半徑 ， ,推程運(yùn)動(dòng)角、遠(yuǎn)休程運(yùn)動(dòng)角、回程運(yùn)動(dòng)角、近休程角分別為</p><p><b>　　。</b></p><p>　　根據(jù)公式 , ,得到凸輪的輪廓

90、方程為： ,(0 )</p><p>　　遠(yuǎn)休程凸輪輪廓方程為：</p><p><b>　　,( )；</b></p><p>　　回程凸輪輪廓線方程為：</p><p><b>　　， ( );</b></p><p>　　近休程凸輪輪廓方程為：</p>&

91、lt;p><b>　　，( )。</b></p><p>　　有了凸輪輪廓方程及需要的參數(shù)，就可以進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的三維造型了。</p><p>　　首先打開Pro/E 2.0界面的時(shí)候，點(diǎn)擊文件菜單下的新建命令，選擇零件，在右邊對(duì)話框內(nèi)選擇實(shí)體，然后確定，得到我們繪制凸輪廓線的截面。分別如圖3-1，3-2。</p><p>　　圖3-1

92、 圖3-2 </p><p>　　然后，在插入菜單下選擇模型基準(zhǔn)命令中的曲線命令，在彈出的對(duì)話框中選擇從方程命令，然后定義坐標(biāo)系為笛卡爾坐標(biāo)系（如圖3-3），然后定義方程，在彈出的記事本對(duì)話框中，輸入上入凸輪輪廓方程，然后保存到原文件，單擊確定，則會(huì)生成凸輪的輪廓曲線。</p><p>　　然后使用Pro/E自帶的

93、拉伸的命令生成凸輪實(shí)體。</p><p>　　接著用同樣的方法畫出滾子和連桿即可。</p><p>　　3.2.2各零件的連接</p><p>　　重新打開Pro/E軟件，在新建命令中選擇組件，如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 圖3-3</p><p

94、>　　然后用命令先將連桿插入到軟件中，將連桿定為基礎(chǔ)主體。單擊“確定”接受該定義。接著將滾子插入到軟件中，，選擇移動(dòng)命令中的平移命令，使得滾子與連桿的連接處接觸，選好接觸定義面，在連接選項(xiàng)中，選擇銷釘連接，使?jié)L子和連桿想固定。如圖3-5所示。最后將凸輪實(shí)體用同樣的方法定義到軟件中，最終形成滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。</p><p>　　最后確定連接是否完成，有無連接錯(cuò)誤的地方，單擊“確定”完成零件的連接。最后

95、的凸輪機(jī)構(gòu)如圖3-6所示。</p><p><b>　　圖3-5</b></p><p><b>　　圖3-6</b></p><p>　　3.3 凸輪機(jī)構(gòu)的仿真</p><p>　　連接好凸輪結(jié)構(gòu)后，在應(yīng)用程序菜單下選擇機(jī)構(gòu)命令，通過機(jī)構(gòu)菜單的軌跡命令，可顯示出凸輪的運(yùn)動(dòng)曲線。如圖3-6中的大圓曲

96、線。</p><p>　　3.3.1創(chuàng)建伺服電動(dòng)機(jī)</p><p>　　單擊機(jī)構(gòu)菜單下的伺服電動(dòng)機(jī)命令，伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)話框打開。單擊“新建”，“伺服電動(dòng)機(jī)定義” ，在“類型” 選項(xiàng)卡上，對(duì)于“從動(dòng)圖元”，選取“連接軸”，并選擇將 crank_shaft.prt 連接到 block.prt 的銷釘接頭。</p><p>　　在“輪廓”選項(xiàng)卡上，將“規(guī)范”改為“速度”?！?/p>

97、?！?應(yīng)為常數(shù)， 輸入值 72。選取“位置”復(fù)選框并單擊 。繪圖顯示伺服電動(dòng)機(jī)將在 10 秒內(nèi)完成兩次旋轉(zhuǎn)。單擊確定。</p><p>　　3.3.2完成定義后，就可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析了</p><p>　　(1)先在機(jī)構(gòu)菜單下，選擇分析命令，在彈出對(duì)話框中選擇編輯，定義數(shù)值如圖3-7所示。</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)選項(xiàng)卡上確保列出了伺服電動(dòng)機(jī)，然后單擊運(yùn)動(dòng)命令。分

98、析進(jìn)程將會(huì)顯示在模型窗口的底部，并且模型將會(huì)按照指定運(yùn)動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)。</p><p>　　(2)保存并查看結(jié)果</p><p>　　單擊機(jī)構(gòu)菜單下的回放命令，在回放命令的對(duì)話框中，單擊打開動(dòng)畫對(duì)話框，單擊關(guān)閉對(duì)出。</p><p><b>　　(3)運(yùn)動(dòng)分析測(cè)量</b></p><p>　　單擊機(jī)構(gòu)菜單下的測(cè)量命令，在測(cè)量

99、對(duì)話框中，在命令下，輸入需要測(cè)量的位移，速度，加速度，如圖3-8所示。</p><p><b>　　圖3-8</b></p><p>　　圖3-7 </p><p>　　然后選擇分別繪制測(cè)量圖形命令，在結(jié)果集中選擇剛剛運(yùn)動(dòng)的文件，單擊測(cè)量命令，分別選擇位移，速度，加速度則會(huì)得到該凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分

100、析的結(jié)果?，F(xiàn)將分析圖表列出，分別為如圖3-9，圖3-10，圖3-11。</p><p><b>　　圖3-9機(jī)構(gòu)位移圖</b></p><p>　　該圖為凸輪機(jī)構(gòu)的位移分析圖，從上到下，分別為總位置，X方向和Y方向的位置，以連桿最左下端點(diǎn)為測(cè)量點(diǎn)，可以看出，凸輪機(jī)構(gòu)的總位移基本成余弦規(guī)律，位移圖較平穩(wěn)，但在0點(diǎn)時(shí)刻出現(xiàn)尖點(diǎn)，回程階段，由于速度的減緩，使得凸輪在推動(dòng)滾子

101、帶動(dòng)連桿的過程中，連桿位移較均勻。</p><p><b>　　圖3-10速度分析</b></p><p>　　圖為凸輪機(jī)構(gòu)的速度分析圖，從上到下，分別為合速度，X方向和Y方向的分速度圖。以連桿最左下端點(diǎn)為測(cè)量點(diǎn)。從合速度圖可以看出，雖然凸輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中有正弦運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，但速度不均衡，非正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使得凸輪在與滾子的接觸中，摩擦較大，凸輪容易磨損。</p>

102、;<p>　　圖3-11加速度分析圖</p><p>　　該圖為凸輪機(jī)構(gòu)的加速度分析圖。同上依舊以連桿的最左下端點(diǎn)為測(cè)量點(diǎn)。從圖中可以看出，加速度非均勻加速，不是正弦或余弦規(guī)律，加速度變化較大，從而推測(cè)出該凸輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中，機(jī)械沖擊較大，機(jī)構(gòu)零件容易損壞且運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，不能適應(yīng)較高要求的機(jī)構(gòu)應(yīng)用。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p>

103、;<p>　　通過一個(gè)多月的設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)，我學(xué)到了很多的東西，現(xiàn)將本次設(shè)計(jì)思路總結(jié)如下：從最初的確定題目到最后的論文編寫，大致經(jīng)過了分析內(nèi)容，查閱參考文獻(xiàn)，明確設(shè)計(jì)目的，確定設(shè)計(jì)的凸輪類型，理論廓線的計(jì)算，參數(shù)的擬定，Pro/E軟件的學(xué)習(xí)，三維造型，仿真出圖與分析。</p><p>　　通過設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)，Pro/E的圖形曲線特征和關(guān)系式工具,可準(zhǔn)確、快速的生成凸輪實(shí)體。通過Pro/E的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真輸出的

104、圖形可得到連桿運(yùn)動(dòng)的速度、加速度的實(shí)時(shí)變化情況。從以上分析可知,運(yùn)用Pro/E進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,不僅使機(jī)構(gòu)的造型形象化、可視化,而且使整個(gè)仿真過程在精確、高效的基礎(chǔ)上更加形象、生動(dòng)。基于Pro/E的機(jī)構(gòu)仿真己進(jìn)入可視化仿真及虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的新階段,它是未來計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展方向,為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論提供新思路。利用該軟件，可以在不投入實(shí)際生產(chǎn)的過程中，較為詳細(xì)和準(zhǔn)確的了解產(chǎn)品的性能的各方面問題，掌握第一手資料，做到提前發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，及時(shí)改正，從而減少

105、了經(jīng)濟(jì)投入，大大縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。并且，Pro/E也成為國(guó)際上較為通用和流行的機(jī)械仿真加工軟件。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本文完成之際，無論我的設(shè)計(jì)是否能夠真的投入使用，這里面每一個(gè)命令的調(diào)試，每一段文本的輸入之中都有我辛勤的汗水。兩個(gè)月的設(shè)計(jì)時(shí)間雖然短暫，我卻從中學(xué)到了很多的東西。我由衷地感謝關(guān)懷、教誨、幫助

106、、支持和鼓勵(lì)我完成學(xué)業(yè)的老師、朋友和親人。 </p><p>　　特別感謝我的導(dǎo)師XX老師，兩個(gè)月來他們?cè)趯W(xué)習(xí)、科研上一直對(duì)我悉心指導(dǎo)，嚴(yán)格要求、熱情鼓勵(lì)，為我創(chuàng)造了很多鍛煉提高的機(jī)會(huì)。老師洞察全局、高屋建瓴，為我的論文的順利完成指出了很好的方向，老師淵博的知識(shí)、寬廣無私的胸懷、夜以繼日的工作態(tài)度、對(duì)事業(yè)的執(zhí)著追求、誨人不倦的教師風(fēng)范和對(duì)問題的敏銳觀察力，都將使我畢生受益。 </p><p&g

107、t;　　在此我謹(jǐn)向我的導(dǎo)師以及在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我很大幫助的老師、同學(xué)們致以最誠(chéng)摯的謝意！在學(xué)習(xí)中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，導(dǎo)師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝，本文是在劉曉琴，李雪師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。XX老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高

108、度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。他們淵博的知識(shí)、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。</p><p>　　另外，我還要特別感謝同學(xué)對(duì)我實(shí)驗(yàn)以及論文寫作的幫助，他們?yōu)槲彝瓿蛇@篇論文提供了巨大的幫助。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室的XX老師也時(shí)常幫助我，在此我也衷心的感謝他。 </p><p>　　最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝。</p

109、><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王知行，劉廷安.機(jī)械原理.北京：高等教育出版社，2000年2月</p><p>　　[2] 紀(jì)名剛，濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2006年5月</p><p>　　[3] 魏陽(yáng)，王書義.基于Pro/E的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真分析.現(xiàn)代設(shè)計(jì)出版社,200

110、4年5月</p><p>　　[4] 徐洪,劉智剛.參數(shù)化凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì).現(xiàn)在制造工程出版社,2005年9月</p><p>　　[5] 祝凌云，李斌.Pro/Engineer運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析.北京:人民郵電出版社,2004年</p><p>　　[6] 程強(qiáng),師忠秀.盤形凸輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真.青島:大學(xué)學(xué)報(bào),2003年2月.</p><