蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 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)。 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。 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。 主要技術(shù)要求為：熟悉凸輪設(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。 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(guò)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?zhèn)€參數(shù)，減少事故的發(fā)生，降低設(shè)計(jì)的難度。 關(guān)鍵詞：凸輪； 廓線設(shè)計(jì)； Pro/E；三維造型；仿真。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract Cam is a component with a surface profile is generally more dynamic pieces of 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 continuous or reciprocating motion of the space, move, or the complexity of sports plane. This paper mainly introduces the general concept of the cam and cam profile design and calculation, and the latter the use of Pro / E software simulation of its profile. Cam cam curve design is the key to the design of methods commonly used analytical method and graphical method. In this paper, two such 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 Simulation can b a more accurate knowledge of machinery parts and components of displacement, velocity and acceleration, such as kinetic parameters, which can analyze the reliability of body movement. The main technical requirements are:familiar with the 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. 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 approximate convex contour data, using Pro/E software to draw, simulation exercise, record and study the displacement, velocity and acceleration a nd other dynamic parameters, Finally, the reliability of the agency action. So after work, can be more accurate machinery parts and components of the dynamic parameters, to reduce accidents, reduce the difficulty of design. Keywords:Cam, Profile Design ,Pro/E, Three-dimensional shape,Simulation.蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 目錄 1 緒論 . 1 1.1 選題意義 . 1 1.2 仿真技術(shù)的發(fā)展 . 3 1.3 Pro/Engineer 在機(jī)械制造中的應(yīng)用 . 5 1.3.1 Pro/Engineer 軟件介紹 . 5 1.3.2Pro/E 在我國(guó)機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用 . 8 2 凸輪輪廓線的設(shè)計(jì) . 10 2.1 緒論 . 10 2.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類 . 11 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 2.2.2 按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類 . 11 2.2.3 按凸輪高副的鎖合方式分類 . 11 2.3 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 . 12 2.3.1 基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律 . 12 2.4 凸輪輪廓線的設(shè)計(jì) . 14 2.4.1 凸輪輪廓曲線的計(jì)算 . 14 2.5 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 . 17 2.5.1 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角及許用值 . 17 2.6.2 凸輪理論輪廓的外凸部分。 . 18 2.7 圖解法求解凸輪輪廓曲線 . 20 2.7.1 反轉(zhuǎn)法原理 . 20 2.7.2 滾子從動(dòng)件盤形 凸輪輪廓的設(shè)計(jì) . 20 3 凸輪機(jī)構(gòu)的三維造型及仿真 . 22 3.1 引言 . 22 3.2 凸輪機(jī)構(gòu)的三維造型 . 23 3.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)各零件的實(shí)體造型 . 23 3.3 凸輪機(jī)構(gòu)的仿真 . 27 3.3.1 創(chuàng)建伺服電動(dòng)機(jī) . 27 3.3.2 完成定義后，就可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析了 . 27 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 總結(jié) . 32 致謝 . 33 參考文獻(xiàn) . 34 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 凸輪廓線精確設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 1 緒論 1.1 選題意義 在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)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(wèn)題都需要在開(kāi)發(fā)過(guò)程的前期解決。一般，人們借助理論分析、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(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決有關(guān)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各種問(wèn)題。由于有關(guān)裝配、操作和維修的問(wèn)題往往只會(huì)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的后期或在最終產(chǎn)品試車過(guò)程中、甚至在投入使用一段時(shí)間后才能暴露出 來(lái)，尤其是有關(guān)維修的問(wèn)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(wèn)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(kāi)發(fā)程序不但效率低、耗時(shí)，費(fèi)用也高。 為了解決這些問(wèn)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(guò)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(jiàn)。 仿真技術(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(wèn)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(wèn)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(wèn)題，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 1983 年開(kāi)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，實(shí)現(xiàn)異地聯(lián)通與互操作。仿真技術(shù)是一項(xiàng)國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)提高武器系統(tǒng)的研制效率、改善部隊(duì)訓(xùn)練和提高戰(zhàn)斗力將發(fā)揮越來(lái)越大的作用 ，已成為發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)質(zhì)量建軍的一種重要手段。 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。 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)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。 但是在凸輪的 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)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(guò)程中也比較復(fù)雜的問(wèn)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(wèn)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。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 1.2 仿真技術(shù)的發(fā)展 仿真技術(shù)經(jīng)過(guò)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。 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。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。 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。 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(kāi)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，與之相矛盾的是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)越來(lái)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(lái)越復(fù)雜，武器系統(tǒng)研制的費(fèi)用越來(lái)越高，研制周期越來(lái)越長(zhǎng)，培訓(xùn)使用操作人員的時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)，必須找到研制開(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)的周期和成本，這成為各國(guó)軍方都在探索的問(wèn)題。仿真技術(shù)為解決這些問(wèn)題提供了一條有效的技術(shù)途徑。 同樣，隨著技術(shù)進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜，操作水平要求越來(lái)越高，面臨著與武器系統(tǒng)裝備同樣的問(wèn)題。這種技術(shù)需求推動(dòng)了仿真技術(shù)快速發(fā)展。 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。 SIMNET 計(jì)劃是分布交互仿真的初型和開(kāi)始。到 90 年代，各個(gè)部門相繼建蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 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(kāi)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(lái)越大，若各應(yīng)用部門根據(jù)各自的需要完全從頭開(kāi)始開(kāi)發(fā)大型仿真系統(tǒng)，工作效率低，財(cái)力人力浪費(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(kāi)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。 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(kāi)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。 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(wèn)題需要繼續(xù)進(jìn)行深入的研究探討 。 我國(guó)應(yīng)大力開(kāi)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 。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 1.3 Pro/Engineer 在機(jī)械制造中的應(yīng)用 1.3.1 Pro/Engineer 軟件介紹 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(guò)了同類型的其他國(guó)外產(chǎn)品。 Pro/Engineer 可謂是個(gè)全方位的 3D 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、摸具開(kāi)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、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： (1)相關(guān)性 （ Full Associativity） 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(kāi)發(fā)過(guò)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。 Pro/Engineer 系統(tǒng)開(kāi)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(guò)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。 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(guò)程所使用的尺寸（參數(shù)）都存在設(shè)計(jì)庫(kù)中，修改 CAD 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)蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 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繁瑣費(fèi)時(shí)并減少錯(cuò)誤的發(fā)生。 (2)基于特征的參數(shù)化建摸 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(lái)描述，并在設(shè)計(jì)修改時(shí)通過(guò)修改參數(shù)的數(shù)值來(lái)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(wèn)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(lái)說(shuō)，有相當(dāng)大的幫助作 用，因?yàn)?Pro/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(lái)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。 (3) 數(shù)據(jù)管理 為了在最短的時(shí)間內(nèi)完成最多的開(kāi)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(kāi)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(guò)全相關(guān)性達(dá)到并行工程的目的。 (4) 裝配管理 Pro/Engineer 能夠讓用戶使用貼合、插入、對(duì)齊等直覺(jué)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。 (5) 工程數(shù)據(jù)庫(kù)重用 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(kāi)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(lái)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(guò)最初的投資。 (6) 易用性 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(shuō)明和完整的在線幫助。這些都使得 Pro/Engineer 具有非常好的易用性。 (7) 硬件獨(dú)立性 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 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(jué)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/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。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 1.3.2Pro/E 在我國(guó)機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用 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(lái)越復(fù)雜，而這些產(chǎn)品的出現(xiàn)離不開(kāi)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)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。 例如，廣州型腔模具廠在 92年開(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)項(xiàng)目，先后兩次引起 Pro/Engineer 軟件，應(yīng)用該軟件開(kāi)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。 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)。 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(guò)程中的溫度分布情況等進(jìn)行反復(fù)修改和 優(yōu)化，將問(wèn)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。 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)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。 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(guò)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(guò)程中。 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中， 應(yīng)用 Pro/Engineer 軟件，我們將原來(lái)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)控編程蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 時(shí)間達(dá) 40%以上。 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)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。 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。 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)間，提高設(shè)計(jì)效率。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2 凸輪輪廓線的設(shè)計(jì) 2.1 緒論 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)。 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 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(guò)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。 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(guò)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(guò)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)。 自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 圖 2-1 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 2.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類 從不同的角度出發(fā)，凸輪機(jī)構(gòu)可作如下分類。 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 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；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。 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。 2.2.2 按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類 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)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。 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。 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，故常用于高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。 2.2.3 按凸輪高副的鎖合方式分類 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 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。 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纯墒箯膭?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， 凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。 圖 2-2 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 2.3 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.3.1 基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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： 圖 2-3 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度為常數(shù)，而在運(yùn)動(dòng)的始、末點(diǎn)處速度產(chǎn)生突變，理論上加速度為無(wú)窮大，產(chǎn)生無(wú)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。 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)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。 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律：又名簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)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。 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(guò)程中速度和加速度皆連續(xù)無(wú)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。 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)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；這就蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 是兩運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合時(shí)必須滿足的邊界條件。 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。 基本的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程如表 2-1： 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)位移方程 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方程 推程 回程 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S S=h- 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S S=h- S=h S 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S S 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S S 表 2-1 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 2.4 凸輪輪廓線的設(shè)計(jì) 2.4.1 凸 輪輪廓曲線的計(jì)算 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(guò)計(jì)算機(jī)仿真就可以得到凸輪的精確輪廓線。 以擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例。圖 2-4 為擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤性凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 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 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)， 為角速度。 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) (2-2) 工作輪廓坐標(biāo)為： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 (2-3) (2-4) (2-5) 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。 設(shè) 凸輪以等角速度 逆 時(shí)針?lè)较蜣D(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。 (1)理論輪廓線方程 B 圖 2-6 圖 2-5 其中 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 (2)實(shí)際輪廓方程 如圖 2-6 (2-6) 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 2.5 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 2.5.1 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角及許用值 (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 (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 。 推程（工作行程）推薦的許用壓力角為： 直動(dòng)從動(dòng)件： 擺動(dòng)從動(dòng)件： 回程（空回行程） (3)基圓半徑的確定： 根據(jù)公式： 圖 2-7 為保證凸輪機(jī)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。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 2.6 滾子半徑的選擇 2.6.1 凸輪理論輪廓 內(nèi)凹部分 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 (2-7) 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。 2.6.2 凸輪理論輪廓的外凸部分。 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 : (2-8) 圖 2-8滾子半徑對(duì)工作輪廓的影響 如圖 2-6b，當(dāng) 時(shí)， ；這時(shí)，可以作出論拖的工作輪廓； 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。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 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)線。這部分工作輪廓無(wú)法加工，因此也無(wú)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。 綜上可知，滾子半徑不宜過(guò)大。但因滾子裝在銷軸上，故亦不宜過(guò)小。一般我們采用 (2-8) 式中， 為凸輪理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑， mm. 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 2.7 圖解法求解凸輪輪廓曲線 2.7.1 反轉(zhuǎn)法原理 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(lái)說(shuō)明其原理。 圖 2-9對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 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(guò) 1 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。 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（）轉(zhuǎn)過(guò)1 角 ，此時(shí)從動(dòng)件將一方面隨導(dǎo)路一起以角速度（）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)。 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）。 2.7.2 滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì) 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(guò)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。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。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 具體設(shè)計(jì)步驟 (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 子中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，稱之為凸輪的理論廓線。 (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)際廓線是上述理論廓線的等距曲線（法向等距，其距離為滾子半徑）。 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。 由上述作圖過(guò)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。 圖 2-10 反轉(zhuǎn)法 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。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 3 凸輪機(jī)構(gòu)的三維造型及仿真 3.1 引言 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(lái)模擬和分析真實(shí)事物的運(yùn)動(dòng)和變化過(guò)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(guò)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