基于proe的凸轮机构设计与仿真Word下载.docx
《基于proe的凸轮机构设计与仿真Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于proe的凸轮机构设计与仿真Word下载.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
motionanalysis
第1章任务与课题条件
1.1任务
为了对凸轮机构进行更好的优化设计以及对凸轮机构以后的应用起指导作用，因此基于pro/e对盘型凸轮机构进行设计与运动仿真，并对速度和加速度进行分析，研究该盘型凸轮机构的运动情况，并对该凸轮机构以后的应用作出预测。
因此下面将对对心直动尖顶盘型凸轮机构进行设计与运动仿真，从而力争达到课题任务。
如图1.1所示
图1.1对心直动尖顶盘型凸轮机构
1.2课题条件
盘型凸轮的基圆半径为Ra=40mm,升程角为80°
（其中0～40°
为等加速运动，40～80°
为等减速运动）,远休止角为20°
回程角为80°
（其中100～140°
为等加速运动，140～180°
为等减速运动）,从动件升程为h=10mm。
第2章凸轮机构及pro/e简介
2.1凸轮机构简介
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。
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。
与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。
凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。
因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。
凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。
凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。
原理
由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动的机构。
凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有
图2.1推杆运动规律图
盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。
从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。
尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。
为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹
图2.2圆柱凸轮机构
簧或施加重力。
具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。
一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。
多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。
凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。
它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。
但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。
凸轮机构的分类
按凸轮形状分
1）盘形凸轮
2）移动凸轮
3）圆柱凸轮
按从动件型式分
1）尖底从动件；
2）滚子从动件；
3）平底从动件
优点
结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。
缺点
1）点、线接触易磨损；
2）凸轮轮廓加工困难；
3）行程不大
凸轮机构从动件位移s（或行程高度h）与凸轮转角Φ（或时间t）的关系称为位移曲线。
从动件的行程h有推程和回程。
凸轮轮廓曲线决定于位移曲线的形状。
在某些机械中，位移曲线由工艺过程决定，但一般情况下只有行程和对应的凸轮转角根据工作需要决定，而曲线的形状则由设计者选定，可以有多种运动规律。
传统的凸轮运动规律有等速、等加速－等减速、余弦加速度和正弦加速度等。
等速运动规律因有速度突变，会产生强烈的刚性冲击，只适用于低速。
等加速-等减速和余弦加速度也有加速度突变,会引起柔性冲击，只适用于中、低速。
正弦加速度运动规律的加速度曲线是连续的，没有任何冲击，可用于高速。
为使凸轮机构运动的加速度及其速度变化率都不太大，同时考虑动量、振动、凸轮尺寸、弹簧尺寸和工艺要求等问题，还可设计出其他各种运动规律。
应用较多的有用几段曲线组合而成的运动规律，诸如变形正弦加速度、变形梯形加速度和变形等速的运动规律等，利用电子计算机也可以随意组合成各种运动规律。
还可以采用多项式表示的运动规律，以获得一连续的加速度曲线。
为了获得最满意的加速度曲线，还可以任意用数值形式给出一条加速度曲线，然后用有限差分法求出位移曲线，最后设计出凸轮廓线。
一些自动机通常用几个凸轮配合工作，为了使各个凸轮所控制的各部分动作配合协调，还必须在凸轮设计以前先编制一个正确的运动循环图。
用电子计算机进行凸轮廓线设计能提高效率，并能从多方面综合考虑进行优化设计。
这样可用以求得各种运动规律下的从动件的位移、速度、加速度等值和凸轮廓线坐标值，算出凸轮廓线上任意点的曲率半径、压力角和应力，满足接触强度和抗磨的角度，以获得最小尺寸的凸轮，而且还可画出凸轮的空间图形。
凸轮容易磨损，主要原因之一是接触应力较大。
凸轮与滚子的接触应力可以看作是半径分别等于凸轮接
图2.3盘型凸轮机构
触处的曲率半径和滚子半径的两圆柱面接触时的压应力，可用赫芝公式进行计算，应使计算应力小于许用应力。
促使凸轮磨损的因素还有载荷特性、几何参数、材料、表面粗糙度、腐蚀、滑动、润滑和加工情况等。
其中润滑情况和材料选择对磨损寿命影响尤大。
为了减小磨损、提高使用寿命，除限制接触应力外还要采取表面化学热处理和低载跑合等措施，以提高材料的表面硬度。
推杆运动规律
多项式运动规律
1）一次多项式运动规律
设凸轮以等角速度
转动，再推程时，凸轮的运动角为
，推杆完成行程h,当采用一次多项式运动规律时，则有
在始点处
，在终点处
。
则可得
，故推杆推程的运动方程为
在回程时，因规定推杆的位移总是由最低位置算起，故推杆的位移s是逐渐减小的，而其运动方程为
式中，
为凸轮回程运动角，注意凸轮的转角
总是从该段运动规律的起始位置计量起。
有上述可知，推杆此时作等速运动，故又称其为等速运动规律，但推杆在运动开始和终止的瞬时，因速度有突变，所以这时推杆在理论上将出现无穷大的加速度和惯性力，因而会使凸轮机构受到极大的冲击，这种冲击成为刚性冲击。
2）二次多项式运动规律
其表达式为
这时推杆的加速度为常数，为了保证凸轮机构运动的平稳性，通常应使推杆先做加速运动，后做减速运动，设在加速段和减速段凸轮运动角及推杆的行程各占一半。
这时，推程加速段的边界条件为
在始点处
在终点处
将其代入上式，可求得
，故推杆等加速推程段的运动方程为
由上式可知，在此阶段，推杆的位移s与凸轮转角
的平方成正比，故其位移曲线为一段向上弯的抛物线。
推程减速段的边界条件为
在终点处
将其代入上式，可得
，故推杆等减速推程段的运动方程为
这时推杆的位移曲线为一段向下弯曲的抛物线。
上述两种运动规律的结合，构成推杆的等加速等减速运动规律，因为加速度的突变为有限制，因而引起的冲击较小，故称这种冲击为柔性冲击。
回程时的等加速等减速运动规律的运动方程为
等加速行程：
等减速回程：
3）五次多项式运动规律
当采用五次多项式时，其表达式为
因待定系数有6个，故可设定6个边界条件为
代入上式可解的
，故其位移方程式为
称为五次多项式，其运动规律既无刚性冲击也无柔性冲击。
三角函数运动规律
1）余弦加速度运动规律
其推程时的运动方程为
回程时的运动方程为
由方程式画出的图易知在首末两点推杆的加速度有突变，故有柔性冲击而无刚性冲击。
2）正弦加速度运动规律
其推程时的的运动方程为
由方程式画出的图易知既无刚性冲击也无柔性冲击。
除上述介绍的推杆常用的几种运动规律外，根据工作需要，还可以选择其他类型的运动规律，或者将几种运动规律组合使用，以改善推杆的运动和动力特性。
为了对凸轮进行优化设计，常常采用绘图软件先进行运动仿真，以了解其运动特性和其他的一些特性，本课题采用pro/e软件进行运动仿真，下面就对pro/e进行简要的介绍。
2.2pro/e简介
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。
Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。
是现今主流的CAD/CA其它名称
Pro/Engineer和WildFire是PTC官方使用的软件名称，但在中国用户所使用的名称中，并存着多个说法，比如ProE、Pro/E、破衣、野火、WildFire等等都是指Pro/Engineer软件，proe2001、proe2.0、proe3.0、proe4.0、proe5.0等等都是指软件的版本。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。
另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。
Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。
它不但可以应用于
升级会员 