平行分度凸轮机构设计专家系统的开发及三维运动仿真
平行分度凸轮机构设计专家系统的开发及三维运动仿真
本文所述的该系统给出了界面友好的参数输入对话框，能够完成机构参数的自动综合和凸轮轮廓的自动生成，实现了直接在Pro/E环境下进行仿真。
平行分度凸轮机构是一种较为复杂的平面共轭凸轮机构，其运动过程如图1所示。该机构可将凸轮轴的连续转动转换为输出轴的间歇转动或移动。由于该机构与棘轮、槽轮等传统间歇机构相比，具有高转速与高分度精度等优点，目前被广泛应用于各类自动化机械产品中。
图1 平行分度凸轮机构运动简图
分度凸轮机构是靠其工作轮廓曲线来实现预定的分度盘分度转动，其轮廓是根据最佳的运动规律包络而成，通常是由大量的离散点经过处理而形成的直纹曲面。如果能够在加工前，基于三维虚拟设计环境将平行分度凸轮机构的三维实体直观地绘制出来，实现平行分度凸轮机构的三维参数化设计与运动仿真，将能帮助设计者及时地发现由于压力角过大而产生的转动困难、曲率半径过小而产生的运动失真和加工时产生冗切等问题，以便及时进行修改，提高设计质量，缩短产品的开发周期。对于平行分度凸轮的三维设计与仿真，目前只有基于VC++6.0调用OpenGL函数开发的设计与仿真系统，但是用这种系统要实现仿真需要编制大量的程序来实现。而对于通用的3D设计软件，如Solidworks、Pro/ENGINEER和CATIA等，由于分度凸轮廓面的特殊性均不能直接满足设计要求。为了能够利用Pro/ENGINEER自带的仿真功能以及后续的数控加工功能，本文提出一种在AutoC AD环境下开发的生成
凸轮二维廓面的系统，然后调入Pro/ENGINEER环境生成凸轮的三维实体，与在Pro/ENGINEER 环境下生成的转盘进行装配与仿真，还可以在此基础上利用Pro/ENGINEER自带的数控加工功能，生成凸轮的数控加工代码。
一、平行分度凸轮设计专家系统的结构
本专家系统主要由知识库、推理机、综合数据库、方法库和知识库管理系统组成。系统结构如图2所示。
系统采用目前流行的向导对话框进行参数的输入，从而简化了设计的任务，使用户能够很快地使用本
专家系统。当用专家系统进行设计时，系统会根据用户输入的事实运用推理机在知识库中寻找相匹配的规则，之后在方法库中调用相应的方法进行设计。
图2 平行分度凸轮机构专家系统结构框图
二、计算和绘制凸轮轮廓曲线
在平行分度凸轮设计系统中，理论轮廓线、压力角和实际廓线按以下公式设计。
1.凸轮理论工作廓面方程为：
2.凸轮的压力角为：
转盘分度期的角速度。
3.凸轮实际工作廓面方程为：
根据上述公式分别计算出与前排第一个和第三个滚子接触的凸轮廓线，采用这两条曲线中向径较短的部分，该部分即为凸轮分度期的廓线，其余为停歇期廓线，用相切的圆弧来封闭即可。计算并绘制凸轮廓线的方法均是在“确定”按钮的单击事件里实现。相关代码如下所示：
Private Sub cmdOk_Click()
……
计算并绘制凸轮廓线
……
End Sub
三、专家系统的设计与实现
本系统对平行分度凸轮以及凸轮转盘分别设计了出直观的参数输入对话框，设计人员只要在该对话框中输入相应的参数即可设计出所要求的凸轮与转盘。
1.平行分度凸轮的对话框设计
在经过了绘制了轮廓曲线之后，利用VBA语言对AutoCAD进行开发，编制出如图3所示的平行分度凸轮参数输入对话框，其中机构头数和从动件运动规律是通过下拉式组合框来选取的，其余参数通过在文本框输入数据来确定。
图3 凸轮参数输入对话框
2.转盘的对话框设计
接下来利用VC语言对Pro/ENGINEER进行二次开发，编制出如图4所示的转盘参数输入对话框。
图4 转盘参数输入对话框
四、动态仿真的实现
本系统直接利用Pro/ENGINEER提供的机构仿真功能，而无需编写大量的源程序。在Pro/ENGINE ER的装配模式下进行元件连接后，添加“驱动器”即可进行“运动分析”并创建运动记录，选择“结果回放”可以重新演示机械运动、检验干涉和定性分析从动运动特性等操作和分析。
五、设计实例
某平行分度凸轮机构，头数1，分度数10 ，中心距C=160 ，动成角，转盘的运动规律选用修正正弦曲线。
在平行分度凸轮设计的对话框中输入指定参数即可在AutoC AD环境下生成凸轮的二维廓线，将所生成的凸轮二维廓线保存为.dxf格式，然后在Pro/ENGINEER环境下新建一个Part模块，点击“插入→共享数据→自文件”打开所保存的.dxf文件，此时会出现一个信息窗口提示用户保存文件，用户可选择坐标系统或缺省，确定后即可将二维廓线调入Pro/ENGINEER环境生成三维模型，如图5所示。
图5 平行分度凸轮三维模型
然后利用转盘设计对话框，输入指定的参数，生成的凸轮转盘如图6所示。
图6 平行分度凸轮转盘
最后在Pro/ENGINEER环境下完成装配和仿真，如图7所示。
图7 平行分度凸轮机构的仿真六、结论
本文对二维及三维设计和访真软件进行了综合运用，开发了平行分度凸轮机构的设计与仿真系统。该机构能完成机构参数的自动综合和凸轮轮廓的自动生成，并且在Pro/ENGINEER环境下实现了运动仿真而无需编写大量的源程序。事实证明本系统能够验证机构设计方案的合理性和各构件在运动过程是否发生干涉，以便设计人员及时改正，提高了机构产品设计的效率和质量。
浅谈基于UG凸轮机构的运动仿真
浅谈基于UG凸轮机构的运动仿真 Xxx （xx大学 xx学院江苏xx xxxxx） 摘要：介绍如何利用UG软件来完成凸轮机构设计和运动仿真。应用UG 的表达式工具和规律曲线功能, 精确、快速地生成凸轮实体, 应用UG的运动仿真功能, 再现凸轮机构的运动过程, 检验机构的运动结果是否与设计相一致, 以保证设计的准确性。[1] 关键词: UG ；凸轮；机构；运动仿真；参数化 Discussion on the dynamic simulation of cam mechanism based on UG xxxxx (UGS College, Yancheng Institute of Technology, Yancheng, Jiangsu 224051) Abstract: This article introduces how fulfills the design of the cam mechanism and the motion simulation by UG software. Using the expression tool and the law curve of UG software, the cam entity can be produced precisely and fast. Using the motion simulation of UG software, the whole process of the cam mechanism can reappeared. Whether the result of the movement is consistent with the design can be examined. Key words: UG; Cam ;mechanism;Motion simulation;Parametric 0 引言 凸轮机构因具有结构简单、运动准确可靠等优点，在机械和自动控制系统中被广泛应用。凸轮机构设计的关键在于凸轮轮廓曲线的设计，通常的方法是根据从动件的运动规律，应用图解法或解析法来设计凸轮轮廓曲线。图解法直观、简便，但精度不高，解析法精确但计算繁杂，也不能满足现代设计的需要。UG 是大型的CAD/CAE/CAM 三维软件，可利用其建模模块的表达式工具和规律曲线等功能，结合解析法进行凸轮机构的三维设计，还可在运动仿真模块中进行运动仿真和运动分析。[2] 1 UG 运动仿真模块介绍 运动仿真模块是CAE应用软件，用于建立运动机构模型，分析其运功规律运动方针。运动仿真模块可以进行机构的干涉分析。跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作
圆柱分度凸轮机构的设计及凸轮的数控加工
文章编号:1004-2539(2002)04-0050-03 圆柱分度凸轮机构的设计及凸轮的数控加工 (山东大学自动化研究所, 山东济南 250061) 金作成 (山东诸城锻压机床股份有限公司, 山东诸城 262200) 陈龙宝 摘要 空间分度凸轮机构主要应用于冲压机械、包装机械、制药机械及需要固定转位的自动化机械 中。根据应用的场合、应用精度及分度数的不同,空间分度凸轮机构分为平行分度凸轮机构、弧面分度凸轮机构和圆柱分度凸轮机构3大类。本文主要介绍圆柱分度凸轮机构的设计及凸轮的数控加工。 关键词 圆柱分度凸轮 设计 数控加工 1 圆柱分度凸轮机构的设计 图1为圆柱分度凸轮机构的结构示意图,凸轮作 为主动轴,分度盘作为从动轴旋转。由于凸轮曲线是由曲线部分和直线部分组成,就形成了分度盘的间歇运动。圆柱分度凸轮机构尤其适用于分度数较多的自动机械中 。 图1 圆柱分度凸轮机构的结构示意图 1.1 分度数和分度角 分度数n 的大小是由所应用的自动机械决定的。这种形式的分度机构一般适合于n =6～60的情况。 n 太小时压力角太大,传动特性很差;n 过大时,结构 很复杂,分度盘尺寸过大,转动惯量限制其不能高速运转或消耗功率过大。n 确定之后,分度盘的分度角则为Q 10=Q h =360°/2n 。1.2 分度盘直径 分度盘的直径与机构的外形尺寸和分度数有关,从图1可见,从动滚子之间的距离H 应大于工作机构 的最大外形尺寸A 。留一定空隙的σ。一般σ=10mm ～20mm ,于是从动盘滚子中心的节圆半径可用下式计算 l = H 2sin πn = A +σ 2sin π n 1.3 滚子尺寸 滚子半径通常取r 1=(0.25～0.30)H 滚子宽度通常取b 1=(0.8～1.2)r 1 1.4 凸轮尺寸 凸轮尺寸的确定原则是在保证接触应力最大值小于许用应力的前提下,尽可能紧凑一些。根据压力角计算公式可推出,圆柱凸轮的基圆直径可由下式算出 D 2= 2H V m Q 2h tan a m 式中,V m 为最大无因次速度;a m 为最大压力角。 圆柱凸轮的外径则为D 2e =D 2+b 0,凸轮槽深度 h 一般应略大于滚子宽度b 0。在确定凸轮体宽度B 2 时,为了保证分度运动时的连续性,应有适当的啮合重叠段为宜。在图1所示的机构中,B 2的取值范围为2(1-r 1)>B 2>H 。1.5 中心距 中心距是凸轮中心线与分度盘中心线之间的距离。可以用下式求得 c =l cos π n ±a 式中,a 为凸轮中心线偏离滚子起始与终止位置中心连线的距离,一般情况下a =0。凸轮中心线与分度盘基准面的距离取决于凸轮体外径D 2e 、滚子销轴向尺寸和分度盘厚度等结构参数的选取,应尽量使凸轮外缘靠近分度盘底面,以减少滚子销轴的悬臂分度。1.6 结构形式 圆柱分度的结构形式大体分3种,一种是凸脊定位,另有偏凸脊定位,还有槽定位。由于凸脊定位精度高,所以凸脊定位形式较常见。1.7 凸轮的动程角与动静比 由于分度凸轮主要功能就是实现间歇运动,因此对动静比的要求就非常严格,对动程角也有一定要求。动程角的大小是由用户提出的。但是通常希望动静比 5 机械传动 2002年
VC++凸轮机构运动仿真编程示例
VC++凸轮机构运动仿真编程示例 一. 机构运动原理 1. 推杆从动件的运动规律（仅列出常用的四种运动规律） 表1-1 从动件的运动方程式 2. 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 如图所示，凸轮逆时针方向转动，导路偏置于凸轮转动中心A ，导路距转轴A 的垂直距离为偏距e 。以偏距e 为半径作的圆为偏距圆。当凸轮转动时，凸轮上的偏距圆也随之转动，但其始终与导路轴线相切。凸轮转动时不便求解其上的廓线方程，故采用反转法。反转法是建立在推杆与凸轮的相对运动与参考系无关这一原理上的。所谓反转法，即给整个机构一个与凸轮转向相反的角速度－ω1，则凸轮静止不动，而从动件随机架反转且沿凸轮廓线相对运动，导路的反转角?即凸轮的转角。如图所示，此时导路由B K 00转到BK 。由于AK B K 000⊥，AK BK ⊥,所以∠=K AK 0?，此时导路BK 与基圆和凸轮廓线的交点''B B 间的长度，即从动件 的位移s BB =''。由几何关系知??B K A B KA 00=''，所以s 0=''=B K ) ( r e b 22 1 2 -。选取坐标
系xAy ，B 0点为凸轮廓线起始点。当凸轮转过?角，由反转法知此时从动件位于BK 。则B 点的坐标为 )()( X s s e Y s s e =++=+-?? ???00sin cos cos sin ?? ?? (1-1) 式（1-1）即为尖顶推杆凸轮廓线的方程式，也称为理论廓线方程。 3. 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构 大多数推杆在尖顶B 处装有滚子，以提高推杆的使用寿命。显然，只要使滚子中心B 沿理论廓线曲线上运动，即可保证推杆预期的运动规律。如图所示，此时凸轮的轮廓曲线不是理论廓线，而是处处与滚子相切的另一条曲线，这条曲线称为凸轮的实际廓线。因为实际廓线与理论廓线在法线方向的距离处处相等，且等于滚子半径r r ，故当已知廓线上任一点B )(x y ,时，只要沿理论廓线在该点法线方向取距离为r r ，即得实际廓线上的相应点)('''B x y ,。由此可见，理论廓线上作一系列滚子圆的包络线即实际廓线。因此实际廓线是理论廓线的等距曲线。该等距曲线有两条，即内等距曲线和外等距曲线。 盘状槽形凸轮的廓线即该两条等距曲线。由高等数学知识可求得理论廓线B 点处法线n -n 的斜率（与切线斜率互为负倒数）应为 ()() tan θ??=- =-d d d d d d x y x y (1-2) 式（1-2）中的dx/dy 与dy/dx 可根据式（1-1）求出，代入式（1－2）后有 ()()()()tan sin cos sin cos θ?? ?? = -+++--d d s e s s s s s e 00 (1-3) 式（8-10）中的θ角可在0360 ~变化，其值要根据分子、分母的正负号所决定的tan θ所在象限来计算。求出θ角后，可计算()'''B x y ,的坐标值：
第9章凸轮机构及其设计(有答案)
1．图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？并指出有无冲击。如果有冲击，哪些位置上有何种冲击？从动件运动形式为停-升-停。 (1) 由等速运动规律和等加速等减速运动规律组合而成。 (2) 有冲击。 (3) ABCD 处有柔性冲击。 2. 有一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，为改善从动件尖端的磨损情况，将其尖端改为滚子，仍使用原来的凸轮，这时该凸轮机构中从动件的运动规律有无变化？简述理 由。 (1) 运动规律发生了变化。 (见下图 ) (2)采用尖顶从动件时，图示位置从动件的速度v O P 2111=ω，采用滚子从动件时，图示位置的速度 '='v O P 2111ω，由于O P O P v v 1111 22≠'≠',；故其运动规律发生改变。
3. 在图示的凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过60?时从动件的位置及从动件的位移s。 总分5分。(1)3 分；(2)2 分 (1) 找出转过60?的位置。 (2) 标出位移s。
4. 画出图示凸轮机构从动件升到最高时的位置，标出从动件行程h ，说明推程运动角和回程运动角的大小。 总分5分。(1)2 分；(2)1 分；(3)1 分；(4)1 分 (1) 从动件升到最高点位置如图示。 (2) 行程h 如图示。 (3)Φ＝δ0－θ (4)Φ'＝δ' 0＋θ
5.图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮等角速转动，凸轮轮廓在推程运动角Φ=? 从动件行程h=30 mm，要求： （1）画出推程时从动件的位移线图s-?； （2）分析推程时有无冲击，发生在何处？是哪种冲击？ - 总分10分。(1)6 分；(2)4 分 (1)因推程时凸轮轮廓是渐开线，其从动件速度为常数v=r0?ω，其位移为直线， 如图示。
如何用solidworks2016进行凸轮的运动仿真分析
如何用Solidworks2016进行凸轮的运动分析 李犹胜（上海200000） 0、摘要 凸轮机构是机械设计中常用的结构，它的运动仿真模拟是凸轮设计过程中不可缺少的步骤。很多专业人士都对其做了研究，但是过程趋于复杂。较多的年轻工程师很难理解，本文通过一个简单的例子通过SolidWorks2016软件来说明凸轮机构仿真模拟的方法和步骤，浅显易懂。 1、关键词 凸轮机构、运动仿真、运动分析 2、概述 凸轮机构一般是由凸轮、从动件和机架三个构件组成的高副机构。凸轮通常作连续等速转动，从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动。凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中，几乎所有任意动作均可经由此一机构产生[1]。在设计凸轮机构时，凸轮机构的模拟运动分析将是一项必要而不可缺少的工作。它也是进行凸轮外形设计的辅助手段。 本文介绍了使用solidworks2016软件进行凸轮运动分析的基本步骤和使用技巧。 3、零件建模及装配 3.1、先用solidworks2016 将凸轮机构的零件建 模好，作为本文的一个例子，作者建立了下列零 件数模。 3.2 将上述零件导入到solidworks 2016装配体中， 具体操作为：步骤1、文件、新建、选择装配图模板，进入装配体模式 步骤2、导入凸轮轴 （1）选择插入部件 （2）在插入零部件窗口中选择“浏览”按钮。 （3）选择要插入的文件，按“打开”按钮； （4）将图形放在屏幕的任意位置，将其固定（如图2）。
步骤3、导入“凸轮” （1）重复按照步骤2的方法，将凸轮导入到装配体中。 （2）添加“同心”约束，添加后如图（3）添加“距离”约束添加后的结果如下 步骤4 、导入“滚轮” （1）重复按照步骤2的方法，将滚轮导入到装配体中。 （2）添加一个“机械约束”中的“凸轮配合”约束
第九章凸轮机构及其设计
第九章凸轮机构及其设计 第一节凸轮机构的应用、特点及分类 1.凸轮机构的应用 在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着各种形式的凸轮机构。 例1内燃机的配气机构 当凸轮回转时，其轮廓将迫使推杆作往复摆动，从而使气阀开启或关闭(关闭是借弹簧的作用)，以控制可燃物质在适当的时间进入气缸或排出废气。至于气阀开启和关闭时间的长短及其速度和加速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓曲线的形状。 例2自动机床的进刀机构 当具有凹槽的圆柱凸轮回转时，其凹槽的侧面通过嵌于凹槽中的滚子迫使推杆绕其轴作往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。至于进刀和退刀的运动规律如何，则决定于凹槽曲线的形状。 2.凸轮机构及其特点 (1)凸轮机构的组成 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。 (2)凸轮机构的特点
1）优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。 2）缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。 3.凸轮机构的分类 凸轮机构的类型很多，常就凸轮和推杆的形状及其运动形式的不同来分类。 （1）按凸轮的形状分 1）盘形凸轮（移动凸轮） 2）圆柱凸轮 盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。移动 凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作 出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。盘形凸轮机构和移动凸轮机构为平面凸轮机构，而圆柱凸轮机构是一种 空间凸轮机构。盘形凸轮机构的结构比较简单，应用也最广泛，但其推杆的行程不能太大，否则将使凸轮的尺寸过大。 （2）按推杆的形状分 1）尖顶推杆。这种推杆的构造最简单，但易磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合（如用于仪表等机构中）。 2）滚子推杆。滚子推杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。
弧面分度凸轮的设计
毕业设计 题目弧面分度凸轮的设计 学院机械工程学院 专业工业工程 姓名冯堃 学号 20050407069 指导教师王红岩 二OO九年六月十日
弧面分度凸轮的设计 The Design of Roller Gear Indexing Cam 专业：工业工程 学生：冯堃 指导教师：王红岩 济南大学机械工程学院 二零零九年六月
目 录 摘 要 ............................................................i ABSTRACT .. (ii) 第一章 绪论 ...................................................- 1 - 1.1 课题研究的背景和意义 .................................................................. - 1 - 1.2 分度运动 .......................................................................................... - 1 - 1.3 从动系统的工作原理 ...................................................................... - 2 - 1.4 凸轮驱动系统分度机构 .................................................................. - 3 - 1.4.1精密分度凸轮机构的基本类型 ............................................... - 3 - 第二章 弧面凸轮设计中基本参数的确认 .............................- 5 - 2.1 弧面分度凸轮机构的基本形式与工作特点 ..................................... - 5 - 2.2 运动的必要条件——凸轮曲线的选择 ............................................. - 6 - 2.3 选择曲线时考虑的运动学参数 ......................................................... - 8 - 2.4 弧面分度凸轮机构的主要运动参数 ................................................. - 9 - 2.4.1 凸轮分度廓线头数Ｈ、转盘滚子数Ｚ与转盘分度书Ｉ之间的 关系 .................................................................................................................... - 9 - 2.4.2 凸轮与转盘在分度期与停歇期的运动参数 .......................... - 9 - 2.4.3动停比k 与运动系数τ ......................................................... - 10 - 2.4.4 啮合重叠系数ε .................................................................... - 10 - 2.5弧面分度凸轮机构的主要几何尺寸计算 ........................................ - 11 - 2.5.1凸轮节圆半径1p r ，转盘节圆半径2p r 与中心距C ............... - 11 - 2.5.2许用压力角p a ...................................................................... - 11 - 2.5.3转盘节圆半径2p r .................................................................... - 11 - 2.5.4滚子数z 、相邻两滚子轴线间夹角z φ、滚子半径ρ与宽度b . - 11 - 2.5.5凸轮的主要尺寸 ..................................................................... - 12 - 2.5.6装上滚子后转盘的尺寸 ......................................................... - 13 -
凸轮运动Matlab仿真-Matlab课程设计
Matlab 课程设计 李俊机自091 设计题目一：凸轮机构设计 已知轮廓为圆形的凸轮（圆的半径为100mm、偏心距为20mm），推杆与凸轮运动中心的距离20mm，滚子半径为10mm，请利用matlab仿真出凸轮推杆的运动轨迹和运动特性（速度，加速度），并利用动画演示出相关轨迹和运动特性。 %总程序代码 clc; clf; clear; p=figure('position',[100 100 1200 600]); for i=1:360 %画圆形凸轮 R=100; %圆形凸轮半径 A=0:0.006:2*pi; B=i*pi/180; e=20; %偏心距 a=e*cos(B);
b=e*sin(B); x=R*cos(A)+a; y=R*sin(A)+b; subplot(1,2,1) plot(x,y,'b','LineWidth',3); %填充 fill(x,y,'y') axis([-R-e,R+e,-R-e,R+e+100]); set(gca,'Xlim',[-R-e,R+e]) set(gca,'Ylim',[-R-e,R+e+100]) axis equal; axis manual; axis off; hold on; plot(a,b,'og') plot(e,0,'or') plot(0,0,'or','LineWidth',3)
%画滚子 gcx=0; %滚子中心X坐标r=10; %滚子半径 gcy=sqrt((R+r)^2-a^2)+b; %滚子中心Y坐标 gx=r*cos(A)+gcx; %滚子X坐标 gy=r*sin(A)+gcy; %滚子Y坐标 plot(gx,gy,'b','LineWidth',2); %画其它部分 plot([0 a],[0 b],'k','LineWidth',4) plot([3 3],[170 190],'m','LineWidth',4) plot([-3 -3],[170 190],'m','LineWidth',4) %画顶杆 gc=120; dgx=[0 0]; dgy=[gcy gcy+gc]; plot(dgx,dgy,'LineWidth',4); hold off
机械原理 凸轮机构及其设计
第六讲凸轮机构及其设计 （一）凸轮机构的应用和分类 一、凸轮机构 1．组成：凸轮，推杆，机架。 2．优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。 二、凸轮机构的分类 1．按凸轮的形状分：盘形凸轮圆柱凸轮 2．按推杆的形状分 尖顶推杆：结构简单，能与复杂的凸轮轮廓保持接触，实现任意预期运动。易遭磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合 滚子推杆：滚动摩擦力小，承载力大，可用于传递较大的动力。不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。 平底推杆：不考虑摩擦时，凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直，受力平稳；易形成油膜，润滑好；效率高。不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。 3．按从动件的运动形式分（1）往复直线运动：直动推杆，又有对心和偏心式两种。（2）往复摆动运动：摆动推杆，也有对心和偏心式两种。 4．根据凸轮与推杆接触方法不同分： （1）力封闭的凸轮机构：通过其它外力（如重力，弹性力）使推杆始终与凸轮保持接触，（2）几何形状封闭的凸轮机构：利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。①等宽凸轮机构②等径凸轮机构③共轭凸轮 （二）推杆的运动规律 一、基本名词：以凸轮的回转轴心O为圆心，以凸轮的最小半径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r0称为基圆半径。推程：当凸轮以角速度转动时，推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。推杆上升的最大距离称为推杆的行程，相应的凸轮转角称为推程运动角。回程：推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程，对应的凸轮转角称为回程运动角。休止：推杆处于静止不动的阶段。推杆在最远处静止不动，对应的凸轮转角称为远休止角；推杆在最近处静止不动，对应的凸轮转角称为近休止角 二、推杆常用的运动规律 1．刚性冲击：推杆在运动开始和终止时，速度突变，加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆产生非常大的惯性力，因而使凸轮受到极大冲击，这种冲击叫刚性冲击。 2.柔性冲击：加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，因而引起有限
圆柱分度凸轮机构的分析与设计
圆柱分度凸轮机构的分析与设计 【摘要】如何分析圆柱分度机构。 【关键词】分度盘；圆柱凸轮 根据机构运动分配图所确定的原始数据，分别设计各组独立的执行机构。进行凸轮机构尺寸设计时，通常需完成以下过程。 1.凸轮机构选型 在设计计算凸轮几何参数前，要先确定采用何种形式的凸轮机构，其中包括凸轮的几何形状、从动件的几何形状、从动件的运动方式、从动件和凸轮轮廓维持接触的方式等。选型设计的灵活性很强，同一工作要求可以由多种不同的凸轮机构类型来实现： （1）从动件的运动方式可以与执行机构的运动方式相同，也可以不同。他们之间可通过适当的传动机构进行变换，即移动变为摆动，或者摆动变为移动。 （2）凸轮的几何形状（平面的或空间的）选择要考虑到它在机床中的安装位置，目的是尽量简化由从动件至执行机构之间的传动机构。 （3）平面凸轮机构可用各种形式的从动件，即尖底、滚子或平底的，而空间凸轮机构中通常只能采用滚子从动件。 2.计算从动件的主要运动参数 根据执行构件的运动要求计算出凸轮机构的从动件行程（最大位移量或最大旋转角度）。对于执行构件与凸轮机构的从动件固定连接的情况，运动要求是一致的。对于执行构件与凸轮机构的从动件两者之间还具有运动传递机构的情况，则需要采用机构位置分析方法进行计算。如果执行机构件在运动过程中有一个或数个驻点位置需要保证与其它执行构件的运动协调关系，则也需计算出与这些驻点对应的从动件位置参数。 3.确定从动件的运动规律 从动件在整个运动范围内的运动特性，诸如位移、转角、速度等（有驻点要求时还包括通过驻点位置时的运动特性），是与执行构件工作特性密切相关的，也与所选定的凸轮机构的类型之间存在一定制约因素。因此，在确定从动件的运动规律时需要分析各种有关的影响因素。 4.凸轮机构的基本尺寸设计
凸轮机构的运动学仿真实验_02
机构与零部件设计（Ⅰ）实验报告姓名 凸轮机构运动学仿真班号 成绩 凸轮机构的运动学仿真 一、实验目的： 1.理解凸轮轮廓线与从动件运动之间的相互关系，巩固凸轮机构设计及运动分析的理论知识。 2.用虚拟样机技术模拟仿真凸轮机构的设计。 二、实验内容： 1．凸轮轮廓线的构建； 2．凸轮机构的三维建模； 3．凸轮机构的运动学仿真。 具体要求：设计对心直动滚子从动件凸轮机构 已知从动件的运动规律为：当凸轮转过Φ=600时，从动件以等加速等减速运动规律上升h=10mm；凸轮再转过Φ'=1200，从动件停止不动；当凸轮再转过Φ=600时，从动件以等加速等减速运动规律下降h=10mm；其余Φs'=1200，从动件静止不动。 已知基圆r b=50mm，滚子半径r=10mm，凸轮厚度10mm。凸轮以等角速度顺时针转动，试设计凸轮机构，并输出从动件运动规律。 实验步骤：
三、实验报告： 将所建立的凸轮廓线、凸轮机构的三维模型、凸轮机构的从运件运动规律附在实验报告中。 机构与零部件设计（Ⅰ）实验报告 凸轮机构运动学仿真
对设计结果进行分析 思考题： 1．在构建凸轮轮廓线的曲线应注意哪些事项？在建立凸轮机构的三维建模时又应注意哪些事项？ 建凸轮轮廓曲线时首先该凸轮轮廓曲线分为四段推程阶段（等加速、等减速）、远休止阶段、回程阶段、近休止阶段。建立表达式时较复杂，例如要将上诉规律分为六小段，即b1=30,b2=60,b3=180,b4=210,b5=240,b6=360且a1=0,a2=b1,a3=b2,a4=b3,a5=b4,a6=b5(单位皆为度)。 另知 在最后插入曲线时要将输入的x1、y1等相互对应，且将Z 值变为0. 还要根据设计任务的要求选择凸轮的类型和从动件运动规律 确定凸轮的基圆半径，确定凸轮的轮廓 在建立三维模型，表达式的建立时，要注意参数化曲线的建立以及连杆，运动副的定义，特别注意高副的定义。 2．凸轮轮廓线与从动件运动规律之间有什么内在联系？ 答：凸轮轮廓曲线由从动件的运动规律来决定，要根据从动件的运动规律来设计凸轮轮廓的曲线。 ? ?cos )(sin )(s r y s r x b B b B +=+=
基于Adams的凸轮机构运动仿真教程
基于adams的凸轮机构运动仿真 摘要：虚拟样机技术是一种崭新的产品开发技术，其中ADAMS软件是目前最著名的虚拟样机分析软件之一。本文阐述了虚拟样机技术和ADAMS软件的特点及其应用，以凸轮机构为研究对象，对其进行动力学分析。主要运用我们学习过的机械原理等理论知识对机构进行运动学和动力学的相关理论计算；利用ADAMS软件在图形显示方面的优势，采用其基本模块ADAMS/View(界面模块)进行一系列建模、运动分析和动态模拟仿真工作，验证模型的正确性，并对机构在整个周期内的可行性进行计算分析，记录相应信息，输出所需要的位置、速度、加速度等曲线与理论结果比较，充分展现虚拟样机技术的优越性，为虚拟样机技术的深入研究打下基础。 关键词：ADAMS；凸轮机构；运动学分析；仿真 引言 凸轮机构的应用十分广泛，在生产机械中应用凸轮机构可以较容易的实现不同的工作要求。特别是实现间歇式的运动过程！但是，目前对于该类模型的动态仿真很少。本例主要就推程、回程等要求进行预设。力图通过adams实现对该凸轮机构的构建以及后续的仿真，并尝试进行一定的机构优化。 1.研究内容 这里，我主要研究内容为理论凸轮设计在adams中的设计及其动态仿真。后续，根据输出的相应的速度、加速度曲线等将进行一定的设计优化。力图真实还原凸轮机构在设计中的真实过程。 2.工作原理 凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。通过对凸轮轮廓进行不同的设计，可以实现从动件不同形式的运动。以此来满足机械设计中对于运动的精细控制过程。 3.动力学建模 （1）建模前期准备 情景设想：某公司需要设计一凸轮机构实现对物料的间歇夹紧过程。其给出相应数据如下。 注：其他的暂 不作要求。 （2）设计
平面共轭分度凸轮机构设计计算和运动分析
% 共轭分度凸轮机构设计与分析 % 相关的函数文件： % 计算凸轮机构运动参数（zhbx_cs.m） % 绘制凸轮机构运动曲线（zhbx_tx.m） % 计算凸轮廓线坐标（zhbx_xyRP.m） % 将凸轮廓线辅坐标转化为动坐标（zhbx_xyRPd.m） disp ' 用键盘输入已知条件:' n=input('凸轮转速(r/min) n = '); C=input('机构中心距(mm) C = '); disp '选择凸轮头数H、转盘分度数I与凸轮分度期转角theta_f的对应关系：' disp ' H=1时，I=6、8、10、12、16，theta_f=60、75、90、120、150度' disp ' H=2时，I=3、4、5、6、8，theta_f=90、120、150、180、210、240、270度' disp ' H=3时，I=2、4，theta_f=150、180、210、240、270度' disp ' H=4时，I=1、2、3，theta_f=180、210、240、270度' H=input('凸轮头数H = '); I=input('转盘分度数I = '); theta_f=input('凸轮分度期转角(度) theta_f = '); % 1-共轭分度凸轮机构运动分析 % 凸轮角速度 omega_1=pi*n/30; % 转盘滚子数 z=H*I; % 凸轮停歇期转角 if H<2 theta_d=180-theta_f; else theta_d=360-theta_f; end % 转盘分度期转位角 phi_f=360/I; % 机构分度期时间t_f和停歇期时间t_d hd=pi/180.0; % 角度转换为弧度的系数 t_f=theta_f*hd/omega_1; t_d=theta_d*hd/omega_1; % 机构动停比k和运动系数tau k=t_f/t_d; tau=t_f/(t_f+t_d); disp '======== 共轭分度凸轮机构基本数据========' fprintf(' 凸轮转速n = %3.4f r/min \n',n) fprintf(' 机构中心距 C = %3.4f mm \n',C) fprintf(' 凸轮头数H = %3.0f \n',H) fprintf(' 转盘分度数I = %3.0f \n',I)
凸轮机构设计及其动态仿真
凸轮机构设计及其动态仿真 [摘要]根据所要求的从动件运动曲线类型和相关基本参数得到对应的凸轮轮廓曲线，利用得到曲线在Solidworks中用插入坐标点曲线功能，快速生成凸轮实体，应用COSMOSMotion的运动仿真功能，再现了凸轮机构的运动过程，用图形输出的运动仿真结果与输入曲线的对比，可以检验机构的运动特性是否符合设计要求。 【关键词】凸轮设计；运动仿真；COSMOSMotion 凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成。其主要优点是结构简单、工作可靠，能够使从动件按任意复杂给定的规律运动，在工程实践中得到广泛的应用[1]。对凸轮机构进行运动分析的目的是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时，研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度，构件的位置、角位移、角速度和角加速度等运动参数，从而评价机构是否满足工作性能要求，机构是否发生运动干涉。 传统的凸轮机构的运动分析方法有图解法、解析法。图解法形象直观，但作图较烦琐；解析法需要建立复杂的数学关系式，计算工作量大。本文通过Solidworks建立凸轮机构的装配模型，利用COSMOSMotion模块建立其运动仿真模型，然后进行运动学分析，仿真凸轮机构的运动状况，最后将所设置的构件的位移、速度、加速度的变化情况以图表的形式输出[2-3]。 一、滚子从动件盘型凸轮机构分析 为便于分析，首先设定坐标系。（1）凸轮机构坐标系XOY：原点为凸轮坐标轴中心，X轴、Y轴固结于机架上。该坐标轴为整个凸轮机构的总体坐标系。（2）从动件坐标系XfOfYf：原点为从动件回转中心，Xf 二、凸轮轮廓的三维建模 将凸轮回转一个周期分为400份，最后得到的400个点，利用这400个点来进行凸轮轮廓曲线的绘制的。根据建模的需要，将在Matlab中得到的曲线“导入”Soli dworks中。 打开Solidworks进入绘制，选择“插入”—“曲线”—“通过X、Y、Z点的曲线”，打开曲线文件对话框，选择对应的txt文件并打开，将数据传递到Solidworks中，以直动从动件滚子凸轮为例，如图1所示，点击“确定”便可以看到生成的轮廓曲线。选择前基准面作为基准面绘制草图，单击已经生成的凸轮轮廓曲线，选择“转换实体引用”命令，便可以得到凸轮轮廓草图，通过对该草图的拉伸操作便可以得到滚子从动件盘型凸轮的基本三维模型，如图2、图3所示。 三、基于COSMOSMotion的凸轮机构运动仿真
圆柱分度凸轮的精确建模与数控编程
文章编号:1001-2265(2010)10-0091-03 收稿日期:2010-04-16 作者简介:王卫兵(1974 ),男,江西南昌人,江西赣江职业技术学院副教授,硕士,主要从事机械设计与制造相关技术的研究,(E -m ail) w _oli ve @si na .co m 。 圆柱分度凸轮的精确建模与数控编程 王卫兵,董燕,胡志新 (江西赣江职业技术学院,南昌 330108) 摘要:应用UG 的二次开发工具UG /Gr i p 开发了圆柱分度凸轮的建模系统,实现了圆柱分度凸轮的三维数字化精确建模,再利用UG CAM 模块的可变轴曲面轮廓铣对凸轮沟槽进行数控编程与加工,提高了圆柱分度凸轮数控加工的质量和效率。 关键词:圆柱分度凸轮;二次开发;多轴编程;UG /Grip 中图分类号:TH 16;TG65 文献标识码:A Prec iseM ode ling and NC Programm ing of C ylindrical Indexing Ca m Based on A pplication D evelop m ent of U nigraphics WANG W ei b i n g ,DONG Yan,HU Zh i x i n g (Jiangx i Ganjiang V ocational Co llege ,Nanchang 330108,Ch i n a) Abst ract :On t he basis of t he analysis of surf ace c har acteristics f o r cylindrical indexing ca m ,has estab lished modeling syste m of t hree di m ensional dig itization model f o r cylindrical indexing ca m by UG /Grip ofUG re development tool .On t he basis of discussing f our axis machining appr oach of cy lindrical indexing ca m gr oove ,t he f our axis tool pat h of t he cy lindrical indexing ca m is gener ated by variable cont ourmac hining sche ma in U nigr aphics . K ey w ords :cy lindrical indexing ca m ;UG /G rip ;NC pr ogr a m ming ;r e develop ment of unigr aphics 0 引言 圆柱分度凸轮机构用于两垂直交错轴间的间隙分度步进运动,具有定位精度高、承载能力大、运动平稳等特点。广泛应用于各种机床与机械设备的间 隙步进机构与步进供料装置等[1] 。圆柱分度凸轮是机构中的关键部件,决定了整个机构的运动学和动力学性能。因此,对凸轮廓面的精确设计与数控加工精度保证的研究至关重要。 使用常规的C AD 建模工具进行圆柱分度凸轮的三维造型比较困难,采用传统的加工方法也难以保证凸轮槽的加工精度。龙村等[2] 、李俊源[3] 分别在AutoCAD 与So lid W orks 环境下,利用VB A 开发了圆柱凸轮的三维CAD 系统,未能实现造型与编程的集成。为了达到较高的凸轮廓面精度,必须对圆柱分度凸轮进行数控加工。圆柱凸轮沟槽的数控加工传统上采用三轴联动的范成等径加工或非等径加工,通过工件的旋转,铣刀作XY 联动,切割加工出凸轮的沟槽 [4 5] 。等径加工的刀具直径必须与滚子相等, 由于不可避免的刀具磨损,因此很难保证加工精度。非等径加工存在的问题有:一是不能按照零件的精确形状进行走刀;二是由于零件的旋转与主轴的移动不能完全同步产生较大误差;三是切削过程中不同的切削位置其实际的切削进给并不相等。因而这种加工方法的精度受到限制。 UG NX 是广泛应用于机械工程领域的集成化C AD /CAM /C AE 软件,其提供UG /Grip 可以对软件功能进行二次开发,以增强UG 的功能,并实现用户 化的定制[6] 。本文利用UG /Grip 编程工具开发了圆柱分度凸轮辅助建模系统,可方便地实现不同结构参数的圆柱分度凸轮精确建模,再利用UG NX 加工模块的可变轴曲面轮廓铣编制凸轮沟槽的多轴加工程序。 1 圆柱分度凸轮精确建模 1 1 圆柱分度凸轮的方程 [1 2] 圆柱分度凸轮机构的坐标系包括有:与机架相连的定坐标系X 0Y 0Z 0,与凸轮相连的动坐标系 91 2010年第10期 工艺与装备
凸轮分割器原理
凸轮分割器原理 2010-7-23 14:30:00 凸轮分割器的工作原理是,通过输入轴上的共轭凸轮与输出轴上带有均匀分布滚针轴承的分度盘无间隙垂直啮合，凸轮轮廓面的曲线段驱使分度盘上的滚针轴承带动分度盘转位，直线段使分度盘静止，并定位自锁。通常情况下，输入轴旋转一圈（360°），输出轴便完成一动一停的一个分度过程，在一个分度过程中，输出轴有一个转位时间和停止时间之比叫动静比，动静比的大小与凸轮曲线段在整个凸轮圆周上所占的角度大小有关系（通常把这段曲线所占的角度叫动程角），动程角越大，比值越大，分割器运转越平稳；凸轮圆周上直线段所占的角度叫静止角，动程角与静止角之和为360°。 分割器的工位数（即输出轴每次转运的角度⊙除以360°所得的数工位数N，360°÷⊙=N）。工位数N与输出轴分度盘上装载的滚针轴承的数量有关系，通常情况下，分度盘上的滚针轴承数量与工位数相同，当工位N≤4时出现如下情况：N =4时，分度盘上的滚针轴承的数量是2N（每次动程角拨动2个滚针轴承）；工位数N=2时，分度盘上的滚针轴承是3N，凸轮曲线每次拨动3个滚针轴承；当分度数N太大时，由于受分度盘直径的大小影响无法安装太多的滚针轴承，一般采用将凸轮曲线进行分段，同样直线也是分段（但曲线形式也随之可能会改变），这样不会因为滚针轴承数量太多，分布开来其直径太小影响分割器的载荷量。凸轮曲线常用的是：MS（变正弦曲线），MT（变梯形曲线）,MCV50(变等速曲线)， 一般优先MS（变正弦曲线）。 分割器输出轴的分度精度（重复定位精度，即：由一个工位转换到下一个工位所转过的角度误差）由分度盘上均匀分布的滚针轴承之间的位置度误差决定，分度盘上滚针轴承之间的位置误差越小，分割器的分度精度越高，反之就低，一般分度精度分为三级，普通级≤±50″ 精密级≤±30″ 高精级≤±15″。 分割器的转动过程（即工位转换过程及停止状态时）是否平稳,与分度盘的分度精度及凸轮曲线的加工精度及凸轮曲线表面粗糙度有关系，由于凸轮与分度盘之间的啮合是无间隙啮合，所以分度盘上的滚针轴承分度不均匀就会产生滚针轴承与凸轮曲线面之间有些可能产生间隙，有些可能产生压力过紧。在分割器工作过程中在惯性矩的作用下就会产生晃动。当凸轮曲线表面粗糙度太大时，滚针轴承在凸轮曲线表面上滚动时就会产生振动，同样转导到输出轴上及与之相配的工位盘上，会影响设备在生产过程中工件的成品率。 凸轮材料有：38CrMoAl氮化；20CrMnTi渗碳淬火；42CrMo淬火。凸轮淬火后需经过 研磨内孔后再研磨曲线。
用ADAMS进行凸轮机构模拟仿真示例讲课教案
用A D A M S进行凸轮机构模拟仿真示例
例: 尖顶直动从动件盘形凸轮机构的凸轮基圆半径mm r 600 =,已知:从动件行程mm h 40=,推程运动角为ο1500=δ,远休止角ο60=s δ,回程运动角ο1200='δ,近休止角为ο30='s δ;从动件推程、回程分别采用余弦加速度和正弦加速度运动规律。对该凸轮机构进行模拟仿真。 解: 1. 从动件推程运动方程 推程段采用余弦加速度运动规律,故将已知条件mm h 406/51500 ===、。πδ代入余弦加速度运动 规律的推程段方程式中,推演得到 ???? ?????=≤≤=-=δωπδδωδ56cos 8.28)6/50( 56sin 24)56cos 1(202a v s 2. 从动件远休程运动方程 在远休程s δ段,即6/76/5πδπ≤≤时, 0,0,===a v h s 。 3. 从动件回程运动方程 因回程段采用正弦加速度运动规律,将已知条件mm h v 403/21200===' 、πδο代入正弦加速度运动规律的回程段方程式中,推演得到 []???? ?????--=≤≤---=??????-+-?=)5.33sin(180)6/116/7( )5.33cos(160)5.33sin(212375.2402πδωππδππδωππδπδπa v s 4. 从动件近休程运动方程 在近休程s 'δ段,即πδπ 26/11≤≤时, 0,0,0===a v s 。 创建过程 1、 启动ADAMS 双击桌面上ADAMS/View 的快捷图标,打开ADAMS/View 。在欢迎对话框中选择“Create a new model ”，在模型名称（Model name ）栏中输入：tuluen ；在重力名称（Gravity ）栏中选择“Earth Normal (-Global Y)”；在单位名称（Units ）栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg ”。如图1-1所示。