在三維（PROE）環(huán)境下的凸輪設(shè)計方法探討

張完郎

摘 要：筆者結(jié)合凸輪的具體特征，分析了當前時期三維狀態(tài)下常用的的一些設(shè)計措施，而且具體的論述了動件運動規(guī)律設(shè)計凸輪曲線的方法。

關(guān)鍵詞：三堆環(huán)境；凸輪設(shè)計；PROE

引言

工作中我們常見的凸輪機構(gòu)由三個部分組成，分別是凸輪以及機架和從動體系。通常凸輪經(jīng)由接觸運動將特定的力傳遞到從動系統(tǒng)之中。這種機構(gòu)是我們工作中非常常見，它被大量的應(yīng)用到輕工以及紡織等行業(yè)之中。

通過上述我們得知，此機構(gòu)被大量的應(yīng)用到很多的行業(yè)和領(lǐng)域之中，它之所以如此受青睞，具體的說是因為它的優(yōu)點比較顯著，比如它能夠同時兼?zhèn)涠喾N功能，像是傳動以及控制等。如果把它用到傳動設(shè)備之中的話，就會形成非常繁瑣的變化規(guī)律，比如速度變化較為明顯的非等速的轉(zhuǎn)動，或是一些短時間的停留。除此之外，它還可以被看做是導(dǎo)引機構(gòu)，這時候零件就會產(chǎn)生平面運動。如果將它用作控制設(shè)備的話，可以控制工作循環(huán)。

人們對此類機構(gòu)的認知歷史已經(jīng)非常久了。不過，并非一開始的時候就對其形成了系統(tǒng)的探索。由于經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們對于效率較高的自動設(shè)備有著較大的需求，迫切的希望設(shè)備能夠改變工作特性。因此一直到上個世紀的早期開始，此類研究工作才開始被人們關(guān)注。在今后的幾十年之間，因為其轉(zhuǎn)動速率加快，導(dǎo)致的問題也隨之變多了，人們才意識到要深入的分析此類機構(gòu)。

簡而言之，凸輪機構(gòu)屬于一類非常簡單的，而且能夠進行多項繁瑣活動的機構(gòu)，它被大量的應(yīng)用到工作之中。它表層的接觸力非常大，因此它的表層經(jīng)常會被侵蝕，或是脫落以及磨損，一旦這種現(xiàn)象發(fā)生的話，就會導(dǎo)致凸輪副的使用時間大大的縮減。要想減弱磨損，增加設(shè)備的使用時間，就必須保證機構(gòu)能夠始終處在較好的潤滑模式之中。通過分析之前的研究我們發(fā)現(xiàn)，在最初的時候，它處在一種混合潤滑的模式之中，不過因為科技的進步，此后我們得知凸輪與從動件間能夠保持彈流潤滑模式，這時候接觸面就被分隔開來了，這樣它就能夠一直保持彈流潤滑模式。凸輪摩擦學(xué)設(shè)計理論就是在凸輪設(shè)計過程中以潤滑條件為主體進行傳動系統(tǒng)的設(shè)計，先要明確它的潤滑情況，進而做好尺寸設(shè)計。這樣就能夠保證它的摩擦情況，確保設(shè)備的使用時間最長久。

所謂的凸輪，其實是一類有著曲線輪廓的零件。它能夠開展各個類型的重復(fù)活動，不管它是繁瑣的亦或是非常簡單的。所以，它憑借這種優(yōu)點被大量的應(yīng)用到我們的生產(chǎn)活動之中。接下來具體闡述其優(yōu)點：在工作時僅需對輪廓加以設(shè)計就能夠保證從動件的運動合理；它的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，設(shè)計很便捷。不過比對來看，它的對于精確性的要求非常高，最主要的是它比較容易被磨損，只適合用到那些傳力不是很大的場所之中，過去的設(shè)計理念中有一些不當之處，導(dǎo)致問題頻發(fā)。所以，筆者具體闡述了三維模式之下的設(shè)計工作。

1 PROE概述

PROE是由美國PTC公司推出的三維CAD/CAM參數(shù)化軟件系統(tǒng)，它的功能非常多，目前被大量的應(yīng)用到機械以及汽車等等的行業(yè)里面，在目前的三維軟件行業(yè)之中，它的地位非常關(guān)鍵。

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)的全過程進行集成，實現(xiàn)并行工程設(shè)計，可以在工作站和單機上進行應(yīng)用；除此之外，它使用模塊措施，兼具繪圖以及處理等的多個功能，使用人可以結(jié)合具體的使用情況，合理的選取模塊，非常便捷。

2 基于PROE的凸輪設(shè)計方法

在三維狀態(tài)下，借助PROE開展設(shè)計工作的時候，我們常用的措施有三種。

（1）已經(jīng)知道凸輪具體數(shù)據(jù)，結(jié)合曲線點信息得到模型。該措施通常被用到反求建模，必須得知具體的數(shù)據(jù)，它在開展的時候會受到誤差的干擾，數(shù)據(jù)的離散性誤差會導(dǎo)致最終的結(jié)果受到很大的影響。

（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，具有良好的精準度，但是需要對位移曲線方程進行推導(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)精準度要求的零件模型，還可以對凸輪中的各項運動參數(shù)進行修改，操作流程也并不復(fù)雜。因此，這里主要針對第三種設(shè)計方法進行重點分析。

針對那些非常繁瑣的結(jié)構(gòu)來講，如果使用上面講到的兩個措施來開展設(shè)計工作的話，會非常麻煩，而且也無法保證最終的效果如果。此時我們就會使用第三個措施。在三維狀態(tài)下，使用該措施開展設(shè)計工作的時候，必須按照如下的步驟開展工作。

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PaRtl。然后，根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu)，對從動件的結(jié)構(gòu)進行確定，建立從動件簡化模型，命名PaRt2。進入軟件的部件裝配環(huán)境，將PaRtl和PaRt2以銷釘連接的方式裝入，之后進入機構(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ansysl，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PaRtl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ansysl，點擊確定，生成凸輪實際廓線。之后，在新窗[El，對PaRt2進行編輯，將生成的凸輪廓線進行拉伸，形成相應(yīng)的凸輪實體，凸輪建模完成。此處我們要注意的是，在開展設(shè)計工作的時候，必須認真分析從動件的變化特征，要對關(guān)鍵要素比對分析，比如要分析其最大速率以及跳度等。

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，該措施和上述兩類措施比對來看，更加的便捷，而且能夠精準的測量構(gòu)件的曲線狀態(tài)，能夠為工作者完善模型提供精準的數(shù)據(jù)，它的價值非常高。

3 結(jié)束語

目前階段，凸輪機構(gòu)被大量的應(yīng)用到工業(yè)活動之中，它之所以如此受人們的青睞，具體的說是因為它的優(yōu)點非常明顯，比如它能夠同時兼?zhèn)涠喾N功能，像是傳動以及控制等。不過，以往的設(shè)計理念并不是很先進，導(dǎo)致凸輪的發(fā)展速率較為緩慢，進而制約我們國家的工業(yè)發(fā)展。筆者在這個背景之下，具體的論述了三維狀態(tài)中的設(shè)計工作，借助PROE程序優(yōu)秀的設(shè)計能力開展設(shè)計工作，這樣能夠確保數(shù)據(jù)精準，而且便于我們開展操控活動，能夠明顯的節(jié)省時間，保證凸輪的品質(zhì)，效益非常好。因此有關(guān)的設(shè)計工作者必須要認真分析，不斷的完善設(shè)計理念，這樣凸輪機構(gòu)就可以更好的應(yīng)用到工作之中。

參考文獻

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