弧面凸轮分度机构设计及建模方法研究
基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析的开题报告
基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析的开题报告摘要：本文以UG为工具，研究了基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析。
首先介绍了凸轮机构的基本概念和分类，然后详细介绍了弧面分度凸轮的原理和特点，分析了其优点和应用范围。
接着介绍了UG软件的基本功能和特点，详细讲解了UG的二次开发与参数化建模技术。
在此基础上，结合弧面分度凸轮的特点和应用需求，对其进行了参数化建模，并使用UG的仿真分析功能对其进行了运动学分析和强度分析。
最后，通过仿真分析结果的对比和验证，证明了该参数化模型的准确性和可靠性。
本文的研究成果对凸轮机构的优化设计和自动化制造具有一定的参考意义和实际应用价值。
关键词：弧面分度凸轮；UG；参数化建模；仿真分析Abstract:This paper studies the parametric design and simulation analysis of the roller cam mechanism based on UG. Firstly, the basic concept and classification of the cam mechanism are introduced. Then, the principle and characteristics of the arc surface indexing cam are described in detail, and its advantages and application scope are analyzed. Next, the basic functions and characteristics of UG software are introduced, and the secondary development and parametric modeling technology of UGare explained in detail.On this basis, the arc surface indexing cam is modeled parameterized, and UG's simulation analysis function is used to perform kinematic analysis and strength analysis. Finally, through the comparison and verification of the simulation analysis results, the accuracy and reliability of the parameterized model are proved.The research results of this paper have certain reference significance and practical application value for the optimization design and automatic manufacturing of cam mechanism.Keywords: arc surface indexing cam; UG; parametric modeling; simulation analysis。
弧面凸轮数控转台的设计——3D建模与装配
弧面凸轮数控转台的设计——3D建模与装配摘要：弧面凸轮机构是一种高速装置，广泛的应用于各种机械传动中。
为适应当代社会对弧面凸轮制造加工精度等方面的要求，本设计利用UG强大的二次开发功能，通过运用UG/API语言进行编程，从而开发出弧面凸轮的建模命令，使得弧面凸轮的3D建模与装配变得简单。
关键词：弧面凸轮，UG二次开发，3D建模，装配The Design Of Globoidal Indexing Cam NC rotate table——3Dconstruction mode and AssemblyAbstract：Globoidal indexing cam mechanism is a high speed indexing drivingdevice,it is widely used in many kinds of mechanical transmission .In order to fit the social request of Arc Cam manufacturing and processing precision, this Design used a strong secondary development function of UG. By using UG/API programming, therefore, to develop a modeling command Arc Cam. And make it easy to 3D Modeling and assembling.Keywords:Globoidal indexing cam, Secondary development function of UG, 3D Modeling and assembling.1 / 56第1章绪论1．1课题的研究背景弧面凸轮减速器是一种新型、高效的减速器，在国内尚属于研究阶段。
弧面分度凸轮数控加工工艺研究
如表 １ 所示 ， 将铣削动力轴 的固有频率转化为 临界转速 ， 如 界转速来优化传动箱中零部件空 间分布 ， 便于整个机床 的安装调
表 ２所 示 。
表 ２各 阶固有频率对应的临界转速
从铣削动力轴的各阶振型分析可知 ， 前端（ 安装圆螺母端 ） 的 摆动是影响加工精度的主要因素， 两轴承间的弯曲则是影响铣削动 力轴刚度和使用寿命的影响因素之一 。所以， 可在设备改型时调整 两轴承的支承以减小前端的摆动和提高铣削动力轴刚度， 达到提高
加工精度的目的。 铣削动力轴的模态分析可以预测机床各部件间的
如表 ２ 所示 ， 结合 ４ 的频率分析可知， ． １ 一阶临界转速较高， 达
；响； ， 最后 实际加工出合格的样品。 ！ 关键词 ： 弧面分度 凸轮 ； 数控加工； 加工工艺 ｉ ；
： 【ｂ ｒｃ】ｈ ｇ ｂｉｌａ ｒｃ ｉｏ ｏ—ｅｅｐｂ ａａｓｒ ｅ ｅｒ ｉ ｎｌｒ ｅ ｉ ． Ａ ｓａｔＴｅ ｌ ｏ ａｃ ｓｆ ｅｓ ｎｄｖｏａｌｓ ｔｌｕａ ． ａ ｔ ａｐｏ ｓｎ ｔ ｏ ｄ ｍ ｕａ ｎ ｌ ｅｐ ｉ ｆ ｔｄｉ ｃ ｓｇ； ｃ ｏ ；ｅ ｎｌｙｓ ｉｃｌｏ ｅ ｅｅｕｅ ｅｓｎ ｈ ｕｈｈ ａａｓ ｉｉ ｏｅｉ ｕ ｍｎ ｊ ｔｈｏｇ ｆ ｕ ｅｔ ｑｉｄ ｒ ｉｏ． ｒ ｇ ｅ ｎｙｓｆ ｘｔｇ ｒ ｓｎ ｅ ｉ ｅｔ ｃ ｏ ｉｄ ｔ ｍ ｔｈ ｒ ｒ ｐ ｃｉ Ｔ ｏ ｔ ｌｉｏｅｓｎ ｐ ｃ ｓｇ ｑ ｐ ｉ ｆ ｔ
ｆ
【 要】 分 轮廓面 一空 不可 面， 的 摘 弧面 度凸 为 间 展曲 传统 加工工 很 足其 度 艺 难满 精 要求 通 。 过分
ｊ 析现有加工设备和加工工艺， 采用范成法 原理加工凸 并对工件进行渗碳热处理。研究了 轮， 加工实 验中 ｉ ：出 现的一些工艺问 并给出 题， 解决方案； 通过设计合适的夹具， 消除二次装夹定位偏差对加工造成的影 ？
弧面分度凸轮机构三维建模及数控加工仿真的开题报告
弧面分度凸轮机构三维建模及数控加工仿真的开题报告一、研究背景与意义：随着现代制造业的快速发展，人们对于机械制造设备的精度、效率、安全性等要求也逐渐提高。
在机械加工中，凸轮机构是一种非常重要的传动机构，它广泛应用于各个领域中的自动化设备、车辆引擎、飞机发动机、工业机器人等高精度、高效、高质的机械系统中。
其中，弧面分度凸轮机构是凸轮机构中重要的一种类型，它的结构复杂，加工难度大，而且多为曲面加工，因而往往需要借助计算机辅助设计和数控加工技术来实现。
因此，本次研究拟基于CAD/CAM技术，对弧面分度凸轮机构进行三维建模及数控加工仿真，旨在提高凸轮机构的设计精度及加工精度，提高生产效率，降低制造成本，为精密机械制造业的发展做出贡献。
二、研究内容：1. 研究目标本研究的目标是利用CAD/CAM技术进行弧面分度凸轮机构的三维建模和数控加工仿真，实现凸轮机构的准确设计和高精度加工。
2. 研究内容（1）弧面分度凸轮机构的结构研究。
对弧面分度凸轮机构结构及工作原理进行研究分析。
（2）弧面分度凸轮机构的三维建模。
采用CAD软件对弧面分度凸轮机构进行三维建模，包括构建几何模型、定位、裁剪、修整等操作。
（3）凸轮机构的加工仿真。
利用CAM软件对凸轮机构进行数控加工仿真，包括加工路径规划、工艺参数设置、加工参数修正等操作。
（4）实验测试与数据分析。
通过加工试验和测试，对弧面分度凸轮机构进行性能测试和数据统计分析，验证数控加工仿真的可行性和准确性。
三、研究方法：本研究采用CAD/CAM技术，通过三维建模和数控加工仿真技术，对弧面分度凸轮机构进行设计和加工仿真。
主要采用以下方法：1. 弧面分度凸轮机构结构的分析和设计方法。
2. 基于CAD软件建立弧面分度凸轮机构的三维模型。
3. 基于数控工具路径的规划系统（CAM）对凸轮机构进行仿真加工。
4. 利用实验测试数据对仿真加工进行验证并进行分析。
四、预期结果：本研究旨在实现弧面分度凸轮机构的准确设计和高精度加工，期望取得以下成果：（1）建立弧面分度凸轮机构的三维CAD模型。
弧面分度凸轮机构基础理论研究
引言弧面分度凸轮机构是由一个基体为圆弧回转体并且凸轮轮廓为凸脊或凹槽的空间凸轮和一个沿径向在圆周均匀分布滚子的分度转盘组成。
我国不论在弧面凸轮分度机构的理论研究还是制造与检测、机构设计等方面都做了非常多的学习和积累，同时也取得了一定的成果和进步。
并且，在新型结构的弧面凸轮分度研究方面，做了大量的探索。
因此，开展弧面分度凸轮机构的研究对我国制造业的发展具有重要的现实意义。
1弧面分度凸轮机构简介弧面分度凸轮机构依照主动凸轮和从动转盘间的转动联系可分为左旋和右旋型。
通过凸轮分度期结构形式的不同可分为凸脊型和凹槽型的弧面分度凸轮机构。
2弧面分度凸轮机构运动规律弧面分度凸轮机构运动规律通常情况下有：正弦加速度、余弦加速度、五次多项式、修正梯形加速度等。
为了选择合理的凸轮机构运动规律，一般参考有关运动学、动力学特征值，并对这些值进行比较，能够定量计算出这种运动规律时的运动或动力特性，进而能够体现出结构及运动的趋势。
常用的凸轮运动规律的特性值有：跃度J m、速度V m、加速度A m。
特征值的不同对弧面分度凸轮机构的工作性能将会彰显不同的作用。
机构动量的大小主要与V有关，至于承受大质量、大重载的机构而言其运动突变时产生的冲击力是不小的，故采用的运动曲线V较小一些。
J是影响机构振动的一项重要指标，所以为了提高整个系统稳定性，降低机构的振动和噪声，应选择最大跃度值较小的运动规律。
表1是弧面分度凸轮机构几种常用运动规律的主要特性值及其适用场合。
通过以上分析我们可以看出，在选择合理的凸轮机构运动规律时，V max、A max、J max等特征值越小越有有利于运动规律。
3弧面分度凸轮机构运动参数和几何尺寸以弧面凸轮工作轮廓面方程和共轭接触方程为基础,计算出弧面凸轮分度机构的运动参数和几何参数。
3.1主要运动参数（1）凸轮分度廓线头数H：有单头H=1；双头H=2；多头H≥3一般很少使用。
（2）凸轮分度期转角φ1f和凸轮停歇期转角φd。
弧面分度凸轮CAD技术研究
收稿日期：作者简介：牟小云（），女，陕西洋县人，副教授，硕士，主要研究方向为工程图学及先进制造技术。
弧面分度凸轮机构（Roller Gear Cam Mechanism ）：又称滚子齿式凸轮分度机构，它主要是由装在箱体内的一个空间凸轮和在径向放射状等分地装有滚子的从动盘组成。
该机构由输入轴上的弧面凸轮与输出轴分度盘上的滚子无间隙垂直啮合，由凸轮廓面实现分度盘转位和分度盘静止、定位自锁，从而将输入的连续回转运动转化为输出的间歇回转运动。
它具有结构简单、刚性好、重量轻、承载能力强、运转平稳、定位准确等特点，可用于高速场合，是目前工作性能最好的间歇转位机构，广泛应用于包装、食品、印刷、烟草、冲压等自动、半自动加工机械，还用于各种机械手、自动生产线。
但众所周知，弧面分度凸轮工作轮廓面是空间不可展曲面，很难用常规的机械制图方法绘制，且计算非常复杂，所以在具体绘制时多采用计算机辅助绘图。
本文采用编程语言VC++、逆向工程软件Imerageware 、CAD/CAM 集成软件UG 及来共同完成弧面分度凸轮的三维实体模型的绘制。
2010年工程图学学报2010第1期J OURNAL OF ENG INEERING GRAPHICSNo.1弧面分度凸轮CAD 技术研究牟小云（陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中723003）摘要：在分析弧面分度凸轮工作原理的基础之上，利用VC++进行了弧面分度凸轮轮廓面点的设计计算，并通过Imageware 软件的点云处理功能及UG 软件的实体生成功能，成功的生成了弧面分度凸轮机构的CAD 模型，为后续虚拟设计及加工打下了良好的基础。
关键词：计算机应用；弧面分度凸轮；轮廓面点计算；点云处理中图分类号：TP 391.72文献标识码：A文章编号：1003-0158(2010)01-0044-04Study on the CAD Technology of Roller Gear CamMU Xiao-yun(Institute of Mechanical Engi neeri ng,Shaanxi University of Technoiogy,Hanzhong Shaanxi 723003,China )Abstr act:Calculation of the surface coordinates of roller gear cam is accomplished by using VC++language based on the working principle of roller gear cam.The CAD model of roller gear cam is constructed by using the point-cloud processing function of Imageware software and the solid modeling function of UG software.This work lays the foundation for the followed virtual design and manufacturing.K ey wor ds:computer application;roller gear cam;surface coordinates calculation;point-cloud processing2008-07-041972-1弧面分度凸轮廓面点坐标的计算1.1设计计算原理弧面分度凸轮的设计计算目前一般按照空间包络曲面的共轭原理进行设计计算[1-3]，建立其数学模型。
可输出多种分度数的弧面分度凸轮机构的设计与仿真
可输出多种分度数的弧面分度凸轮机构的设计与仿真可输出多种分度数的弧面分度凸轮机构的设计与仿真一、引言弧面分度凸轮机构是一种广泛应用于机械传动系统中的重要机构，它通常用于输入一定转速的连续旋转运动，并输出特定分度数的间歇性运动。
凸轮机构的设计与仿真对于机械传动系统的性能优化和运动控制具有重要意义。
本文旨在设计一种可输出多种分度数的弧面分度凸轮机构，并通过仿真验证其性能。
二、凸轮机构的基本原理凸轮机构由凸轮和推杆组成，其中凸轮为一种具有任意曲线形状的套筒，推杆则位于凸轮与被驱动部件之间。
凸轮旋转时，推杆受到凸轮轮廓形状的约束，从而实现推杆的间歇性运动。
凸轮机构最常见的是将旋转运动转换为直线运动，但也可以通过适当设计凸轮轮廓实现其他形式的运动转换。
三、设计目标与要求本文的设计目标是实现一个多种分度数的弧面分度凸轮机构，在转速不变的情况下能够输出不同的间歇性运动，并且具有高精度和稳定性。
四、设计思路与方法1. 弧面曲线设计：根据所需的分度数和间隔角度，采用数学方法设计一个能够满足要求的弧面曲线。
采用的曲线形状应该具有光滑的特点，以确保推杆在运动过程中的稳定性。
2. 推杆设计：根据凸轮轮廓形状设计推杆的几何形状和长度。
推杆应具有足够的硬度和刚度，以承受凸轮施加的载荷，并保持稳定的运动。
同时，推杆的表面应经过充分的优化，以减少摩擦损失和磨损。
3. 机构结构设计：根据弧面分度凸轮机构的要求，设计适当的机构结构，包括凸轮和推杆的安装方式、轴的设计等。
在设计过程中考虑到机构的紧凑性、可靠性和可维护性等因素。
4. 仿真与优化：采用计算机辅助设计软件（CAD）对设计的弧面分度凸轮机构进行分析和仿真。
通过对机构的运动学、动力学和磨损等方面的仿真，调整机构参数和结构设计，以获得更好的性能。
五、仿真结果与分析通过对弧面分度凸轮机构进行仿真分析，可以得到具体的运动曲线和性能指标，如输出角速度、加速度和推杆的运动轨迹等。
基于仿真结果，可以进一步优化凸轮机构的设计，以达到更高的精度和稳定性。
弧面分度凸轮机构的研究综述
摘 要 ： 绍 了弧 面分度 凸轮 机构 的 工作原 理 与发展 历程 ， 介 并从 几何 学 与运 动 学 、 力学 、பைடு நூலகம்动 制造 、 测及 误 差等 方面对 弧 面分 度 的研 究进行 了 检
详 细阐述 ， 对该机 构 的研 究方 向与 重点 进行 了分析 与展 望 。
Ａｂｓｒ ｔ ｔａｃ ：Ｗ ｏ ｋｎ ｒｎ ｉｌ ｎ ｅ ｅｏ ｒ ｉｇ ｐ ｉ ｃｐｅ ａ ｄ ｄ ｖ ｌｐｍｅ ｔ ｒｃ ｓ ｆＲｏｌｒ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｌｅ Ｇｅ ｒ Ｃａ Ｍｅ ｈ ｎｓ ａ Ｃ ｉ ｔｏ ｕ ｅ Ｔｈ ｔ ｄ ｆｇ ｏ ｔｙ ａ ｄ ｋ Ｂ ｍａ ｃ ． ａ ｍ ｃ ａ ｉｍ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ｒ ｅ ｓｕ ｙ ｏ ｅ ｍｅｒ ｎ ｉ ｅ ｆ ｓ ｉ
．
ｄ ｎ ｍｉｓ ｙ ａ ｃ ，ｍａ ｆ ｃｕ ｅ ｔ ｓｉ ｎ ｒｏ ｎ ｅ ｒ ｘ ｌｉｅ ａ ｈｅｓ ｍｅｔｍｅ ｈ ｎ ｔｔ ｉｎ ｒｓ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｎ ａ ｄ ｆｃ ｓａｅ ａ ａｙ ｅ ｎ ｒｓ ｅ ｔｄ ｎｕａ ｔｒ ， ｅ ｔ ａ ｄ ｅｒ ｒｉｄ ｘ ａｃｅ ｐａｎ ｄ， ｔｔ ａ ｉ ，ｔｅ ｉｓｉ ｏ ｅｅ ｒｈ ｄ ｒｃｉ ｎ ｏ ｕ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ａ ｄ ｐ ｏ ｐ ｃｅ ｎｇ ｕｔ ｏ
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ６ ４ ｌ （０ ０）３ ０ ８ 一 ｌ １０ — ３ １２ １ ０ — ０ ２ Ｏ
具 转 角 误差 等都 会 引起 凸 轮 的 廓 面 形状 误差 ， 而 造 成 装 配 过 程 中 从 当前 ， 械 产 品正 沿着 两 个 方 向 发展 ： 是 大 型 化 、 机 ～ 自动 化 、 精 的啮合 间隙或干涉 ， 响高速运动情况下 的动态性 能 ， 影 降低从 动盘 密化、 高速 化和 成 套 化 ， 是小 型化 、 功 能 、 构 简 单 、 用 可 靠 和 的 分 度 与 定位 精 度 。 因此 ， 究 弧 面 凸 轮 制 造 误 差 或 加 工 精 度 的 影 二 多 结 使 研 成 本低 廉 。 在 此 发 展 进 程 中 ， 种 各 样 的 自动 机 械 占 有令 人 瞩 目的 响 因素 ， 索 有 效 的测 量 手 段 ， 保 证 弧 面 分 度 凸轮 机 构 的质 量 关 各 探 是 重 要地 位 。 键 ： 用 矢 量 法 分 析 弧 面 凸 轮廓 面 的原 始 加 工 误 差 及 其 对 弧 面 分 度 采 随着微 电子技术的发展 ， 微机控制 的自动机械也有 了较快 的发 凸轮机构从动件 运动规律 的影响 ： 三坐标测量机是复杂 曲面精确测 展 。 而 由于 它 受 运行 速度 、 靠 性 与价 格 等 因素 的 限制 ， 较 长 时 量的有效手段 ， 然 可 在 也是实现弧面 凸轮精确测量的主要工具。目前 ， 我国 期 内仍 然 不 可 能 大 量 取 代 采 用 凸 轮 及其 组 合 机 构 的 自动 机 械 。 凸 已经 有 了弧 面 凸 轮 的 系列 产 品 ， 立 完 善合 理 的精 度 指 标 体 系 已刻 以 建 轮 机构 为核 心 ， 已发展 出成 千 上 万 种 高 效 、 型 、 易 、 密 、 廉 的 不容缓。如 果能够 实现弧面 凸轮的制造 过程 中的在线检测 ， 小 简 精 价 并规定 自动机 械 ， 布 各行 各业 。 遍 凸轮 轮 廓 曲面 的应 检 验 项 目，将 可 以 大 大 提 高 弧 面 凸轮 的 加 工 质 弧 面 分 度 凸 轮 机 构 又 称 为 蜗 形 分 度 凸 轮机 构 或 滚 子 齿 形 分度 量 。 ５ 研 究 展 望 凸 轮 机 构 ， 机 构 由弧 面 分 度齿 轮 、 动 转 盘 以及 在 从 动 转 盘 径 向 该 从 均 部 的 滚 子组 成 。基 于 大 量 的 文 献检 索 ， 几何 学 、 力 学 、 构 设 从 动 结 与 传 统 的 间 隙 分 度 机 构 相 比 ，弧 面 分度 凸 轮 机 构 在 动 力 学 性 计 、制造与检 测等方面对我 国 目前该 领域 的研究进行 了全面 的综 能 、 载 能 力 、 度 精 度 以 及 分 度 的速 度 方面 均 有 不 可 比 拟 的 优 越 承 分 述 ， 对 其 未 来 的 发 展 进 行简 明 的 分析 。 并 性， 已广 泛运 用 与 烟 草 机 械 、 装 机 械 、 工 中 心 的换 刀机 械 手 等 自 包 加 １ 几何 学与 运 动 学 研 究 动 机 械 中 ， 誉 为 是 最理 想 的 间 隙传 动 机 构 ， 有 广泛 的市 场 前 景 。 被 具 弧面 凸轮 的轮 廓 曲面 为 不 可展 的 空 间 曲 面 ， 实 现 凸 轮 的设 计 从 目前弧面凸轮的研究和发展分析 ， 要 关于弧面 凸轮未来 的研究重点 与 制 造 ， 先 必 须 对 该 机 构 的啮 合 原 理 进 行 分 析 ， 出 凸 轮 的 轮廓 与 方 向可 能 分 为 如 下 几个 方面 ： 首 求 曲面 方 程 。 国对 弧 面 分 度 凸 轮机 构 的研 究 也 是 从 弧 面 凸轮 的 几何 我 （ ） 弧 面 分 度 凸轮 机 构 的 啮 合 原 理 和 结 构 的 设 计 方面 ， 要 １在 主 学 与 运 动学 研 究 开 始 的。 过 对 弧面 分度 凸轮 机 构 的几 何 学 与 运动 是 针 对 现 有 弧 面 凸 轮 在 实 际应 用 中存 在 的缺 陷 ， 通 结合 其 它理 论 以相 学 的深 入 研 究 ， 弧面 凸 轮 的 设 计 、 造 及 其 动 力学 研 究 提 供 了 坚 对 成 熟 的传 动 机 构 ， 涡 轮 蜗 杆 传 动 、 轮 传 动 、 珠 丝 杠 传 动 等 ， 为 制 如 齿 滚 实 的理 论基 础 。 对 弧 面 凸轮 在 原理 上和 结 构 上 进 行 改 进 。 点 啮 合 弧 面 分 度 凸 轮机 如 ２ 结构 设计 与研 究 构 、 球 面 包 络 蜗 杆 分度 凸轮 机 构 以 及 平 面 包 络 蜗 杆 分 度 凸轮 机 构 就 （ 在 传 统的弧面 分度 凸轮机构是种典型 的线接触啮合传动 ， 由于在 等 ， 是 在 这样 思 维 方式 下 构 想 出 来 的 。 ２） 弧面 分 度 凸轮 机 构动 弧 高 接 触 线 上 各 点 的相 对 速 度 不 同 ， 而造 成 弧 面 凸 轮 的 工作 曲 面 磨 损 力 学研 究 方 向 ， 面 分 度 凸 轮机 构 主 要 是 运 用 于 高 速 、 精 度 的 分 从 不 均 匀 。 且 ， 面 凸 轮工 作 曲面 形 态 复 杂 ， 而 给 生 产 加 工 带 来 了 度 与传 动 场 合 ， 力学 性 能 的好 坏 将 是 弧 面 凸 轮 设计 与 制 造质 量 的 并 弧 从 动 极 大 的 困难 。 为 了克 服 这 些 缺 点 ， 内 外 学 者在 弧 面 分度 凸 轮 机 构 主要 评 价 指 标 之 一 。 关弧 面 凸轮 的 动 力 学研 究一 直 是 该 领 域 的 一 国 有 也 的机 构 设 计 方 面做 了 大量 的研 究 工 作 ， 也提 出 了很 多有 益 的设 想 。 个 难题 ， 将 是该 领 域 的重 要 研 究 方 向。 ３ 弧 面 分 度 凸 轮 机构 的 制 造 结语 ： 随着计算机辅助设计， 计算机辅助制造（ Ａ ／Ａ 技术的 Ｃ ＤＣ Ｍ） 弧 面 分 度 凸 轮机 构 主 要 用 于 各种 需 要 高 速 传 动 和 分 度 的 自动 日益 普 及 ， 新材 料与 热 处 理 新工 艺 的发 展 ， 凸轮 的设 计 与 制造 已变 得 凸轮的使用寿命大幅度延长 ， 制造成本不断下 降。 机械 中， 对弧面 凸轮的加工精度 、 表面质量和 耐磨性具有很 高的要 十分方便而精确 ，
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4
1. 凸轮轴 2. 钢球 3. 从动盘 4. 箱体 图 1 弧面凸轮钢球式分度机构原理图
1.2 D- H 坐标系简介
D- H 坐标系由 Denavit 和 Hatenberg 提出， 通常用来描述机械手的惯用坐标。D- H 坐标系规
定： 在机械手的各个主要构件上固定有坐标系。
坐标系的 Z 轴可取得与运动副的轴线重合，X 轴 则沿着相邻两个 Z 轴的公垂线，而 Y轴可由右手
2010 年 第2期
工程图学学报
J OURNAL OF ENG INEERING GRAP HICS
201 0 No.2
弧面凸轮分度机构设计及建模方法研究
方代正1, 2， 王贵成1
（1. 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013； 2. 安徽理工大学机械工程学院，安徽 淮南 232001）
摘
要：利用 D-H 坐标系建立弧面凸轮的轮廓方程和共轭接触线方程。充分利
K ey wor ds: computer application; indexing mechanism modeling; globoidal cam; D-H coordinate system
弧面凸轮分度机构可由一个凸轮机构实现 简单的间歇运动，也可将两种以上凸轮组合起 来，实现许多复杂形式的转动或移动。它具有高
1.1 机构工作原理 钢球滚子弧面凸轮分度机构的结构如图 1 所
示，由凸轮轴，分度盘，钢球，机座，环形轨道 等组成。以凸轮轴为主动输入，凸轮轴与装在从 动盘上的钢球相啮合，当凸轮轴转动时，便推动 钢球滚动，从而带动从动盘转动[1-3]。
其中 C、S 分别表示 cos、sin。α 为从 z 到
n1
n1
·14·
工程图 学学报
2010 年
子和机器人等机械中。目前对圆柱滚子和圆锥滚 子的弧面凸轮分度机构研究较多，但以钢球作为 滚子的研究不常见，笔者将 D- H 坐标系引入该 机构，建立其数学模型，然后用 Pro/E 进行三维 造型，为以后进行加工、分析、仿真作好准备。
1 基于 D- H 坐标建立啮合方程
用球形滚子的几何特征，先绘制中心轨迹线，然后通过 Pro/E 软件建立弧面凸轮的三维
实体模型，从而为实现弧面凸轮的数控加工、该机构的动力学分析和运动仿真等奠定了
基础。
关 键 词：计算机应用；分度机构建模；弧面凸轮；D-H 坐标系
中图分类号：TP 391.72
文献标识码：A
文 章 编 号：1003-0158(2010)02-0013-05
Abstr act: After deeply studying the working principle of new type of indexing mechanism with globoidal cam, the equations of the contour surface and the conjugate contact line are established using D-H coordinate system. Taking full advantage of the roll’s geometry character, the track of centre line is drawn, and then the 3D model of globoidal cam is built using Pro/E software quickly. Thus the foundation is established to implement the numerical control machining, to carry through dynamics analyze and motion simulation and so on.
z 绕 x 旋转的角度；d 为从 x 到 x 沿 z 方
n
n1
n
n1
n
n
向的距离； θ为从 x 到 x 绕 z 旋转的角度；
n
n1
n
n
αn
为从 z
1
n
到z
1ห้องสมุดไป่ตู้
n
沿x n
方向的距离；将第 n
1
关
节前的坐标转换式相乘得到第 n 关节相对于基
础坐标系的转换式
0nT = 01T 12T "
T n 1 n
（2）
速、重载、高精度、长寿命、高效率、结构紧凑、 传动平稳，传递转矩大，动力特性好等优点，被 广泛应用在食品、印染、印刷、包装、冲压、电
收稿日期：2008- 05-15 基金 项目 ：国 家自 然科 学基 金资 助项 目（ 50 67 50 8 8 ） 作者简介：方代正（1973- ），男，安徽桐城人，在读博士，主要研究方向为精密加工和机构学等。
笛卡尔法则来确定。 Denavit 和 Hatenberg 提出的机器人相邻连杆
间的位姿坐标转换关系为
Cθn
n 1nT =
SθnCαn 1 Sθn Sαn 1
0
Sθn CθnCαn 1 CθnSαn 1
0
0 Sαn 1 Cαn 1 0
an 1 dSαn 1 dnCαn 1
1
（1）
建立 4 个如下坐标系， O0 x0 y0z0 ：与凸 轮固接的坐标系；O1 x1 y1z1 ：与机架固接的固
Resear ch on M odeling Method for the Indexing M echanism with Globoidal C am
FANG Dai-zheng1, 2, WANG Gui-cheng1
( 1. School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang Jiangsu 212013, China; 2. School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China )
1.3 根据 D- H 法弧面分度凸轮轮廓和啮合方程
的建立
根据 D- H 法可以建立弧面分度凸轮机构的 坐标系如图 2 所示，各参数意义说明如下[4-6]：
r
y1 θ1 y0
O0 O1
x0
ω1 x1
z0 z1
x3 x2 θ2
lf a
y2 O2 O3
y3 z3 z2
ω2
图 2 D－H 坐标系的建立
1
2