1、 產(chǎn)品設(shè)計與虛擬樣機 2013-11-26尖端擺動從動件凸輪機構(gòu)設(shè)計北京航空航天大學(xué) 機械工程及自動化學(xué)院 （北京 ）摘 要擺動從動件凸輪機構(gòu)的設(shè)計通常采用的方法為反轉(zhuǎn)法。在ADAMS中對凸輪機構(gòu)的設(shè)計，需要對從動件添加運動規(guī)律函數(shù)，通過從動件與凸輪接觸點位移曲線求解出凸輪輪廓曲線，再拉伸得到凸輪；而對于擺動件凸輪，若擺桿采用直桿，在仿真過程中，擺桿會與凸輪相交，因此擺桿設(shè)計為曲形，這樣保證擺桿與凸輪接觸基本是同一點接觸且不會存在相交干涉，若依舊采用直桿作為擺桿，由于接觸點是變動的，接觸點曲線法不能得出凸輪的正確輪廓，應(yīng)該在從動件上添加一條標(biāo)志曲線，通過運動過程中標(biāo)志曲線的包絡(luò)線來得到凸輪輪廓

2、，然后再獲得凸輪。關(guān)鍵詞： 擺動從動件凸輪機構(gòu)；ADAMS；接觸點；凸輪輪廓曲線；標(biāo)志曲線目錄1 擺動從動件凸輪機構(gòu)設(shè)計要求11.1 題目設(shè)計要求11.2 題目分析12 建立虛擬樣機模型22.1 設(shè)置工作空間及網(wǎng)格參數(shù)22.2 創(chuàng)建擺桿模型22.2.1 創(chuàng)建R100mm及R200圓曲線22.2.2 Boolean減運算得到擺桿32.3 創(chuàng)建凸輪模型42.4 創(chuàng)建凸輪副及驅(qū)動角速度42.4.1 創(chuàng)建Marker點42.4.2 創(chuàng)建凸輪副52.4.3 添加驅(qū)動角速度62.5 檢查模型63 仿真與后處理73.1 仿真模型73.2 測試與后處理73.3 結(jié)果分析114 結(jié)束語12參考文獻(xiàn):131 擺動

3、從動件凸輪機構(gòu)設(shè)計要求1.1 題目設(shè)計要求試設(shè)計如圖0.1所示的尖端擺動從動件凸輪機構(gòu)。已知擺桿在起始位置時垂直于，凸輪以等角速度逆時針轉(zhuǎn)動。擺動從動件的運動規(guī)律為式中，表示時間。AOr0B圖1 斜面機構(gòu)1.2 仿真思路對于擺動桿凸輪的設(shè)計，由于接觸點隨著凸輪運動而在擺桿上變動位置，采用直動桿凸輪的設(shè)計時的接觸點曲線法得到的凸輪輪廓就不準(zhǔn)確。這時應(yīng)該采用接觸線包絡(luò)線法，在擺桿上添加接觸線，通過運動過程中接觸線的包絡(luò)曲線，得到凸輪輪廓曲線。這樣的凸輪才能滿足擺桿的實際運動特點，即擺桿與凸輪輪廓相切。2 建立虛擬樣機模型2.1 初始參數(shù)設(shè)置2.1.1 工作空間及網(wǎng)格設(shè)置根據(jù)題目數(shù)據(jù)條件，可直接采用

4、系統(tǒng)預(yù)設(shè)的工作空間及網(wǎng)格設(shè)置，操作步驟如下圖所示。abcd圖2 工作空間及網(wǎng)格設(shè)定過程及結(jié)果2.1.2 單位設(shè)置根據(jù)題目數(shù)據(jù)要求，采用合適的單位，單位設(shè)置過程如下所示：abcd圖3 單位設(shè)置過程及結(jié)果2.2 創(chuàng)建擺桿凸輪模型在（80,40）位置創(chuàng)建Mark點，操作過程如下圖所示：ab圖4 Mark點創(chuàng)建創(chuàng)建長為80mm擺桿，操作過程如下所示abc圖5 擺桿的創(chuàng)建添加轉(zhuǎn)動副，操作過程如下圖所示：abcd圖6 轉(zhuǎn)動副的添加創(chuàng)建凸輪的板，如下圖所示，ab圖7 創(chuàng)建凸輪板同時如圖6所示的方法加上轉(zhuǎn)動副，結(jié)果圖如下圖8 凸輪板添加旋轉(zhuǎn)副2.3 添加運動規(guī)律函數(shù)對凸輪板轉(zhuǎn)動副添加驅(qū)動角速度，其值為。則擺桿

5、運動的時間范圍分別為(0，6)s、(6，11)s、(11，12)s，時間節(jié)點為6s和11s。abc圖9 凸輪板角速度的添加對擺桿轉(zhuǎn)動副添加驅(qū)動角速度，添加過程和圖9一樣，對角速度值使用IF函數(shù)。由于IF函數(shù)只能表示一個時間節(jié)點下的運動規(guī)律，而本題中擺桿的擺角規(guī)律有2個時間節(jié)點，經(jīng)過思考，我發(fā)現(xiàn)可以用IF函數(shù)嵌套來實現(xiàn)多個節(jié)點的IF函數(shù)表達(dá)。將凸輪等角速度的值帶入公式，可以得出擺桿轉(zhuǎn)動副的驅(qū)動規(guī)律可表達(dá)為IF(time-11:IF(time-6:-30d*(time/6-sin(60*time)/(2*180),-30d,-30d*(11-time)/5+sin(72*time-12*36)/(

6、2*180),0,0)具體過程如下圖所示：abcedgf圖10 從動件驅(qū)動值的修改2.4 建立凸輪（從動件為無干涉曲桿）對創(chuàng)建好的模型進(jìn)行運動仿真，仿真時間為12s，步長設(shè)定為500。仿真完成后依次選擇工具欄選項Review-Create Trace Spline，并選中擺桿接觸點和凸輪板，得到輪廓曲線。凸輪的輪廓線如下圖所示圖11 凸輪輪廓線圖將輪廓線拉伸成凸輪實體，同時刪除之前的凸輪板。abcdef圖12 拉伸凸輪過程圖13 凸輪板刪除過程刪除凸輪板和擺桿驅(qū)動規(guī)律。在擺桿和凸輪之間添加凸輪副，得到凸輪機構(gòu)的模型。abcd圖14 凸輪副添加過程建立測量曲線，測量從動桿隨凸輪運動的擺角曲線，得

7、到如下結(jié)果。圖15 從動桿擺角曲線從上圖中可以看出，擺桿運動的角度符合題目中給定的要求。但是在運動過程中，發(fā)現(xiàn)擺桿為直桿情況下，接觸點始終與凸輪輪廓保持接觸，這就導(dǎo)致擺桿在運動過程中出現(xiàn)與凸輪體相交的情況。因此，對于擺動件凸輪，若擺桿采用直桿，在仿真過程中，擺桿會與凸輪相交，擺桿設(shè)計為曲形，這樣保證擺桿與凸輪接觸基本是同一點接觸且不會存在相交干涉；若依舊采用直桿作為擺桿，由于接觸點是變動的，接觸點曲線法不能得出凸輪的正確輪廓，應(yīng)該在從動件上添加一條標(biāo)志曲線，通過運動過程中標(biāo)志曲線的包絡(luò)線來得到凸輪輪廓，然后再獲得凸輪。2.5 檢查模型完成建模后，進(jìn)行如下圖所示的操作。圖中顯示建模成功。圖12 檢查模型過程圖通過圖12可以看出，該模型具有2個固定件，1個運動副,6個自由度。這是因為球體與斜面之間的接觸副只起到限制球體運動方向的作用，并不能約束球體的自由度，