移動凸輪外輪廓線參數(shù)化設(shè)計方法探討※

劉 兵 程婧璠 肖志余 袁小會

（武漢軟件工程職業(yè)學院，湖北 武漢 430205）

一、引言

廣泛應用于各種機械裝置中的移動凸輪機構(gòu)，是平面機構(gòu)中的典型機構(gòu)之一。由于移動凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律決定于凸輪輪廓形狀，所以其凸輪輪廓設(shè)計是凸輪機構(gòu)設(shè)計的重點[1-3]。

移動凸輪機構(gòu)中從動件的運動規(guī)律方程S=f(x)由設(shè)計要求給定的，從動件的運動規(guī)律是由凸輪輪廓曲線決定的，若能求得凸輪外輪廓線與從動件位移之間函數(shù)關(guān)系，利用PRO/E的參數(shù)化曲線繪制功能[4]，可以繪制輪廓曲線。

文中應用參數(shù)化建模軟件PRO/E，探討利用參數(shù)化方法設(shè)計移動凸輪輪廓曲線。

二、移動凸輪輪廓曲線設(shè)計

（一）移動凸輪機構(gòu)運動分析

移動凸輪推動從動件運動如圖1所示。

圖1 移動凸輪推動從動件運動示意圖

由圖1可知，移動凸輪輪廓線笛卡爾坐標系方程為:

式(1)(2)中，H0為初始位置；x為移動凸輪的移動距離；S(x)為從動件位移與凸輪移動距離的函數(shù)關(guān)系。

（二）移動凸輪輪廓線繪制

如圖2所示，在PRO/E中定義移動凸輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù):

圖2 在PRO/E中定義移動凸輪相關(guān)參數(shù)

若已知從動件運動方程S=f(x)，根據(jù)從動件運動規(guī)律，將其運動過程分為推程段、遠休止段、回程段、近休止段等四個階段，分別代入式(1)、(2)中可得到移動凸輪輪廓在笛卡爾坐標系模式下曲線。

案例:移動凸輪運動機構(gòu)，H0=10，H=20，X1=X2=X3=X4=25。從動件做簡諧運動。

推程段從動件運動方程:

式(3)中，t為參數(shù)，0≤t≤1。

回程段從動件運動方程:

在PRO/E中插入基準曲線，根據(jù)簡諧運動規(guī)律輸入四個階段曲線的柱坐標方程:

推程段

遠休止段

回程段

近休止段

分推程段、遠休止段、回程段、近休止段等四個階段繪制移動凸輪輪廓曲線，見圖3。

圖3 移動凸輪輪廓曲線

將圖3輪廓曲線作為掃描曲線，設(shè)計移動凸輪結(jié)構(gòu)如圖4所示。

（三）其他條件凸輪輪廓繪制

對于給定從動件在離散點的位移的凸輪輪廓線的繪制，可利用離散點數(shù)據(jù)繪制從動件位移在一個周期中的圖形特征 (graph)，利用PRO/E中的evalgraph函數(shù)獲得在一個周期中從動件與凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)凸輪不同類型，將函數(shù)關(guān)系代入凸輪從動件運動方程中，可方便地獲得凸輪輪廓曲線。

圖4 移動凸輪結(jié)構(gòu)

三、結(jié)語

文中利用PRO/E軟件參數(shù)化特點和相關(guān)函數(shù)，根據(jù)移動凸輪從動件運動方程，對移動凸輪外輪廓線繪制方法進行了探討，該方法也適用于盤形凸輪和圓柱凸輪等的外輪廓線繪制。

研究表明，應用參數(shù)化建模軟件PRO/E設(shè)計與修改凸輪輪廓線，具有設(shè)計精度和設(shè)計效率較高的特點，可廣泛應用于凸輪機構(gòu)設(shè)計。

[1]劉兵,程婧璠,張蓓.基于PEO/E的凸輪外輪廓線參數(shù)化設(shè)計方法[J].機械工程師,2013(12).

[2]王東.基于PRO/E關(guān)系式的凸輪輪廓曲線精確設(shè)計[J].機械設(shè)計,2010(27).

[3]石固歐.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[4]黃愷.Pro/E參數(shù)化設(shè)計高級應用教程[M].北京:化學工業(yè)出版社,2010.