按给定运动轨迹反求凸轮轮廓机构.docx

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按给定运动轨迹反求凸轮轮廓机构

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第7章按给定运动轨迹反求凸轮轮廓机构

按给定运动轨迹反求零件模型，是机构设计的一种常用方法，采纳SolidWorks达成设

计，相关于传统计算方法，简单适用，而且能够模拟再现轨迹的实现。

本章以应用宽泛的凸

轮连杆组合机构为例，依据连杆一端点预约轨迹，利用反求法获得凸轮的理论廓线及实质轮

廓，并经过运动仿真考证了凸轮连杆组合机构的实质运动轨迹与预约轨迹符合。

7.1工作原理

凸轮连杆组合机构简图如图7.1所示，凸轮1固定，原动件曲柄2匀速转动，带动连杆

3运动，此时固定凸轮拘束着与连杆端点B经过铰链联合的滚子4，使连杆的端点C沿着给定的运动轨迹5运动，进而达到该机构的工作要求。

设计参数：

预约轨迹：

长为400mm，宽为300mm的长方形，经半径R=100mm的边角倒圆；各杆长度：

lOA=150mm,lAB=80mm,lAC=150mm；∠BAC=120°，滚子半径Rg=10mm，曲柄OA转速

n=60r/min。

图7.1凸轮连杆组合机构简图

7.2零件造型

启动SolidWorks2012，选择【文件】/【新建】/【零件】命令，创立新的零件文件。

选择【插入】/【草图绘制】命令，选择一基准面为草绘平面。

依据图7.2～7.5所示，分别绘制机架、曲柄、连杆和滚子的轮廓草图。

而后选择【插

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入】/【凸台/基体】/【拉伸】命令，分别以距离10mm拉伸机架、曲柄和连杆轮廓草图分别

获得其实体零件。

选择【插入】/【凸台/基体】/【旋转】命令，以滚子轴线为旋转轴，以

360°为旋转角度，旋转后获得滚子实体零件。

零件的材质均设置为“一般碳钢”，分别以文

件名“机架”、“曲柄”、“连杆”和“滚子”保留。

图7.2机架草图图7.3曲

柄草图

图7.4连杆草图图7.5滚子草

图

为了知足装置时的“路径配合”要求，在连杆零件图中，选择【插入】/【参照几何体】

/【点】命令，在图7.1所示连杆中的端点C处创立一个参照点。

如图7.6所示，在弹出的

属性管理器【选择】栏中，点击【圆弧中心】按钮，而后点击【参照实体】按钮，在

视图区选择连杆C端的圆孔边线，点击确立按钮，达成连杆参照点的创立。

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图7.6连杆参照点的创立

7.3装置

选择【文件】/【新建】/【装置体】命令，成立一个新装置体文件。

将机架和曲柄增添

进来，右键把机架设为固定零零件，增添曲柄与机架转动处的同轴心配合，如图

7.7所示，

其端面增添重合配合，如图7.8所示。

图7.7曲柄与机架的同轴心配合面图7.8曲柄与机架的重合

配合面

将连杆增添进来，在图7.1所示连杆的A端与曲柄转动处增添同轴心配合，如图7.9

所示，其端面增添重合配合，如图7.10所示。

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图7.9连杆与曲柄的同轴心配合面图7.10连杆与曲柄的重合

配合面

选择【插入】/【草图绘制】命令，选择机架上表面为草绘基准面，依据图7.11所示绘

制预约轨迹草图，达成退后出草图绘制界面。

单击【视图】，选择【点】按钮，将连杆的参照点在视图区中显示出来。

选择【插入】

/【配合】/【高级配合】，点击按钮，如图7.12所示，在【配合选择】栏中的

“零零件极点”栏中选择连杆的参照点（注意连杆的参照点一定在预约轨迹的平面上）；在

“路径选择”栏中，点击下方的按钮，在弹出的选择框内点击【选择组】

按钮，而后在视图区用鼠标点击预约轨迹的全部曲线，点击选择框内确立按钮，达成

配合路径的选用，其余设置保持系统默认不变，最后在配合管理器中点击确立按钮，完

成路径配合的增添。

图7.11预约轨迹草图

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图7.12路径配合参数设置

7.4仿真

在装置体界面，将“SolidWorksMotion”插件载入，单击布局选项卡中的【运动算例

1】，在MotionManager工具栏中的【算例种类】下拉列表中选择“Motion剖析”。

反求凸轮轮廓

1.增添马达

单击MotionManager工具栏中的【马达】按钮，为曲柄增添一逆时针等速旋转马达，

如图7.13所示，凸轮转速n=60RPM=360°/s，马达地点为曲柄旋转处的轴孔，如图7.14所示

。

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图7.13曲柄马达参数设置图7.14曲柄马达位

置

2.仿真参数设置

在MotionManager界面中将时间的长度拉到1秒，单击工具栏上的【运动算例属性】按

钮，在弹出的属性管理器【Motion剖析】栏内将每秒帧数设为100，其余参数采纳默认设置。

3.创立凸轮理论廓线

单击MotionManager工具栏上的【计算】按钮，进行仿真求解。

待仿真自动计算完

毕后，单击工具栏上的【结果和图解】按钮，在弹出的属性管理器中进行如图7.15所

示的参数设置，此中右边显示栏里的边线为图7.1所示连杆B端的圆孔边线。

单击【确

定】按钮，生成连杆的追踪轨迹，如图7.16所示。

图7.15连杆B端追踪路径参数设置图7.16连杆B端追踪

轨迹

在MotionManager设计树中，睁开【结果】选项，右击“追踪路径图解”，选择【从跟

踪路径生成曲线】/【从路径生成曲线】，如图7.17所示，创立凸轮理论廓线。

达成后在

FeatureManager设计树中将多出。

右键将“追踪路径图解1”隐蔽起来，而后单

击【视图】，选择【曲线】按钮，将创立的曲线在视图区中显示出来。

图7.17曲线接触时摆杆角速度曲线

4.创立凸轮实质轮廓

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选择【插入】/【草图绘制】命令，选择机架上表面为草绘基准面，在草图工具栏中点

击【等距实体】按钮。

如图7.18所示，在弹出窗口中将【双向】复选框选上，在距离栏

中输入滚子半径10mm，而后点击刚创立的凸轮理论廓线，点击确立按钮，达成等距实体

的增添，获得凸轮实质轮廓草图如图7.19所示。

图7.18等距凸轮理论廓线参数设置图7.19凸轮实质轮廓草图

退出草图后，选择【插入】/【装置体特点】/【切除】/【拉伸】命令。

如图7.20所

示，在弹出的属性管理器【距离】栏输入8mm，选择凸轮实质轮廓草图为拉伸切除草图，按

“给定深度”对机架进行拉伸切除，创立凸轮实质轮廓如图7.21所示。

图7.20机架切除拉伸参数设置图7.21凸轮实质轮廓

考证运动轨迹

1.增添滚子

将滚子增添进来，将凸轮底面与滚子大端表面面增添重合配合，如图7.22所示。

将图

7.1所示连杆的B端与滚子的转动轴增添同轴心配合，如图7.23所示。

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图7.22凸轮与滚子的重合配合面图7.23连杆与滚子的同轴

心配合面

2.增添曲线接触

第一右键将前面增添的“路径配合”删除，此时用鼠标拖动连杆运动，可见连杆不再受

到预约轨迹的拘束。

而后再单击MotionManager工具栏上的【接触】按钮，如图7.24

所示，在弹出的属性管理器中【接触种类】栏内选择“曲线接触”，在【选择】

栏内选用凸轮底面的一实质轮廓线为“第一接触曲线”，选用滚子大端表面面轮廓线为“第

二接触曲线”，如图7.25所示。

将“曲线一直接触”复选框选上，在【资料】栏内两“资料

名称”下拉列表中均选择Steel（Greasy），其余参数采纳默认设置，点击确立按钮，完

成曲线接触的增添。

图7.24曲线接触参数设置图7.25凸轮与滚子的接触

曲线

3.仿真剖析

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单击【计算】按钮，进行仿真求解。

待仿真自动计算完成后，单击工具栏上的【结

果和图解】按钮，在弹出的属性管理器中进行如图7.26所示的参数设置，此中右边

显示栏里的边线为图7.1所示连杆C端的圆孔边线。

单击【确立】按钮，生成连杆的跟

踪轨迹，如图7.27所示。

图7.26连杆C端追踪路径参数设置图7.27连杆C端追踪轨迹

由图7.27可见，追踪的运动轨迹与预定运动轨迹完整重合，充分考证了在运动性能方

面，按给定运动轨迹反求凸轮的理论廓线及实质轮廓的靠谱性。

单击工具栏上的【结果和图解】按钮，在弹出的属性管理器中进行如图7.28所示

的参数设置，此中右边显示栏里的面为连杆上的随意一个面。

单击【确立】按钮，生

成连杆的角加快度图解，如图7.29所示。

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图7.28连杆角加快度参数设置图7.29连杆角加快度曲

线

剖析图7.29可知，在一个运动周期内，连杆角加快度整体上趋于缓和，但在某几个位

置有较显然的突变，这是实质运转时，为了实现预约运动轨迹，凸轮与滚子接触时可能会产

生的状况。

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