黃軼

摘 要：結(jié)合凸輪的特點，對三維（PROE）環(huán)境下的幾種常用的凸輪設(shè)計方法進(jìn)行了簡單分析，并對根據(jù)已知從動件運動規(guī)律設(shè)計凸輪曲線的方法進(jìn)行了重點闡述。

關(guān)鍵詞：三維環(huán)境 凸輪設(shè)計 PROE

中圖分類號：TH112 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0071-01

凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，有凸輪、從動件和機架三部分組成，可以作連續(xù)等速運動，可以實現(xiàn)幾乎所有的重復(fù)性機械動作，無論簡單還是復(fù)雜，因此，凸輪機構(gòu)在各種自動化和半自動化機械裝置中得到了廣泛應(yīng)用。凸輪機構(gòu)的優(yōu)點在于，只需要設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，就可以使得從動件得到任意的預(yù)期運動，而且結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計方便，但是相對而言，凸輪輪廓對于精度要求較高，而且易磨損，只適用于傳力不大的場合，傳統(tǒng)的設(shè)計方法存在著諸多問題，因此，本文結(jié)合PROE三維設(shè)計軟件，對三維環(huán)境下的凸輪設(shè)計進(jìn)行了分析。

1 PROE概述

PROE是對Pro/Engineer的簡稱，是由美國PTC公司推出的三維CAD/CAM參數(shù)化軟件系統(tǒng)，具備強大而完美的功能，被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、機械、數(shù)控加工等多個領(lǐng)域，在當(dāng)前的三維造型軟件領(lǐng)域，占據(jù)著十分重要的地位。

該軟件第一次提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，采用單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。一方面，PROE軟件的基于特征方式，可以將設(shè)計到生產(chǎn)的全過程進(jìn)行集成，實現(xiàn)并行工程設(shè)計，可以在工作站和單機上進(jìn)行應(yīng)用；另一方面，PROE采用了模塊方式，具有草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、加工處理等功能，用戶可以根據(jù)實際需要，對功能模塊進(jìn)行選擇，十分方便。

2 基于PROE的凸輪設(shè)計方法

在三維環(huán)境下，利用PROE進(jìn)行凸輪設(shè)計，主要包括以下三種方法。

（1）已知凸輪點的數(shù)據(jù)，輸入曲線點文件擬合曲線建模。這種方法一般用于反求建模，需要明確得到凸輪點的數(shù)據(jù)，很容易受到測量誤差的影響，數(shù)據(jù)點存在的離散誤差會在一定程度上影響設(shè)計結(jié)果。

（2）已知凸輪的位移變化曲線，結(jié)合相應(yīng)的方程產(chǎn)生曲線，通過跟蹤曲線建模。這種方法在數(shù)值方面，具有良好的精準(zhǔn)度，但是需要對位移曲線方程進(jìn)行推導(dǎo)，專業(yè)性較強，對于設(shè)計人員要求較高。

（3）已知凸輪從動件的運動規(guī)律，對各構(gòu)件尺寸進(jìn)行測量后，可以采用運動仿真，產(chǎn)生相應(yīng)的軌跡曲線，然后建模。

相比之下，第一種方法的關(guān)鍵，在于對數(shù)據(jù)點文件的制作，只要數(shù)據(jù)點文件符合要求，其他步驟與建立一個基本的拉伸特征相似，只要具備一定的PROE操作能力，都可以順利完成。第二種方法主要是利用了PROE中附帶的變截面掃描功能和圖形曲線特征，只需要推導(dǎo)出凸輪的位移變化曲線方程，就可以制作出符合相關(guān)精準(zhǔn)度要求的零件模型，還可以對凸輪中的各項運動參數(shù)進(jìn)行修改，操作流程也并不復(fù)雜。因此，這里主要針對第三種設(shè)計方法進(jìn)行重點分析。

對于比較復(fù)雜的凸輪結(jié)構(gòu)或者機械運動，采用前兩種方法進(jìn)行設(shè)計時，不僅十分麻煩，有的根本不可能實現(xiàn)。針對這種情況，一般會采用第三種，也就是已知凸輪從動件運動規(guī)律的建模方法。在PROE環(huán)境下，采用這種方法對進(jìn)行凸輪設(shè)計，主要包括以下三個基本步驟。

首先，通過相應(yīng)的方法，計算出凸輪基圓半徑，并以此為依據(jù)，在PROE中建立一個圓盤類零件，命名Part1。然后，根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu)，對從動件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，建立從動件簡化模型，命名Part2。進(jìn)入軟件的部件裝配環(huán)境，將Part1和Part2以銷釘連接的方式裝入，之后進(jìn)入機構(gòu)運動模式，在兩個模型之間定義凸輪連接副，創(chuàng)建快照，然后刪除。

其次，對凸輪連接軸伺服電機模的速度值進(jìn)行定義，結(jié)合凸輪設(shè)計期望，實現(xiàn)從動件運動規(guī)律定義從動件連接軸伺服電機的模。

最后，在PROE中，新建一個運動分析ansys1，按照從動件運動循環(huán)周期=時間長度×凸輪副速度模應(yīng)的相互關(guān)系，對時間長度進(jìn)行定義，然后加入兩個伺服電機，運行仿真。在“機構(gòu)-軌跡曲線”中，選中Part1作為紙零件，選擇凸輪合成曲線，同時選擇Part2與凸輪接觸的曲線與ansys1，點擊確定，生成凸輪實際廓線。之后，在新窗口，對Part2進(jìn)行編輯，將生成的凸輪廓線進(jìn)行拉伸，形成相應(yīng)的凸輪實體，凸輪建模完成。最終凸輪模型以及曲率分析圖（如圖1）。

需要注意的是，在對凸輪進(jìn)行運動設(shè)計時，從動件的運動規(guī)律是多種多樣的，需要對一些重要的參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，這些參數(shù)包括：最大速度、最大加速度、動載轉(zhuǎn)矩特性值、最大躍度、最大跳度等。

第三種方法主要是利用了仿真中系統(tǒng)可以自動生產(chǎn)任意點的運動軌跡線的特點，實現(xiàn)設(shè)計建模，與前兩種方法相比，操作簡單，可以對相關(guān)構(gòu)件的位移曲線、速度曲線等進(jìn)行測量，為設(shè)計模型的改進(jìn)提供良好的數(shù)據(jù)支持，具有良好的實用價值。

3 結(jié)語

總而言之，凸輪機構(gòu)憑借自身的優(yōu)點，在許多機械設(shè)備中都有著廣泛的應(yīng)用，但是傳統(tǒng)凸輪設(shè)計方法的落后性和繁瑣性，在很大程度上制約了凸輪的應(yīng)用和發(fā)展。本文針對三維（PROE）環(huán)境下的凸輪設(shè)計方法進(jìn)行了分析和談?wù)?，利用PROE程序強大的設(shè)計分析能力進(jìn)行凸輪的設(shè)計，可以有效保證設(shè)計數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，同時操作便捷直觀，可以為設(shè)計人員節(jié)約大量的時間，在確保凸輪設(shè)計質(zhì)量的同時，縮短了設(shè)計周期，取得了良好的效果。相關(guān)設(shè)計人員要充分重視起來，對凸輪設(shè)計的方法進(jìn)行不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，促進(jìn)凸輪結(jié)構(gòu)的有效應(yīng)用。

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