基于Creo的凸輪機(jī)構(gòu)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真

劉鵬　馮立艷　李靜　盧家　宣蔡保杰　冷騰飛　苗偉晨

摘 要 本文主要介紹用Creo對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)并以圓柱槽狀凸輪機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，再通過(guò)C#軟件完成人機(jī)交互，即操作人只需在程序界面輸入槽狀凸輪相應(yīng)參數(shù)即可完成凸輪的三維建模，從而繪制出相應(yīng)的位移、速度、加速度曲線進(jìn)入仿真和分析環(huán)節(jié)。這樣即縮短了凸輪的設(shè)計(jì)周期提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，并且解決了凸輪教學(xué)課程存在的設(shè)備成本高、設(shè)備數(shù)量少、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間受限等難題。

關(guān)鍵詞 凸輪 Creo 參數(shù)化 仿真

1基于Creo軟件下的凸輪三維建模

1.1 Creo環(huán)境下槽狀凸輪機(jī)構(gòu)三維參數(shù)化造型基本思路

（1）參數(shù)化過(guò)程需準(zhǔn)備可變參數(shù)包括行程、推程角、遠(yuǎn)休角、回程角、近休角、外徑、壁厚、基底高度、凸輪高度、槽深、槽寬，以上變量成為參數(shù)組。

（2）通過(guò)根據(jù)凸輪不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律編寫推程、遠(yuǎn)休止、回程、近休止段凸輪輪廓線方程，本例應(yīng)用的凸輪推程回程為正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

（3）分段繪制出理論輪廓曲線，將各段曲線首尾相連封閉，即為完整的凸輪理論廓線。

（4）生成凸輪實(shí)體；加入?yún)⒆兞?，?shí)現(xiàn)參數(shù)化。

1.2三維建模具體步驟

Creo是如今今應(yīng)用最廣的三維繪圖軟件之一，主要用于參數(shù)化實(shí)體設(shè)計(jì)，它所提供的功能包括實(shí)體設(shè)計(jì)、曲面設(shè)計(jì)、零件裝配、建立工程圖、模具設(shè)計(jì)、、電路設(shè)計(jì)、裝配管件設(shè)計(jì)、加工制造和逆向工程等。其系統(tǒng)特性主要包含單一數(shù)據(jù)庫(kù)、全參數(shù)化、全相關(guān)、基于特征的實(shí)體建模等，不僅能實(shí)現(xiàn)零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，也可以方便地建立各零部件的通用件庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，從而提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

1.2.1槽狀凸輪機(jī)構(gòu)的三位參數(shù)化建模

自行設(shè)定初步參數(shù)組，注意推程角、遠(yuǎn)休角、回程角、近休角之和為360，

（2）運(yùn)行creo軟件，新建零件，進(jìn)入界面。

（3）選擇【工具：程序】，出現(xiàn)菜單管理器，選擇編輯設(shè)計(jì)，出現(xiàn)記事本，在IN PUT和END PUT語(yǔ)句中間輸入語(yǔ)句，然后存盤，確認(rèn)將所做的修改體現(xiàn)到模型中，最后在菜單管理器中輸入設(shè)定的初步參數(shù)值。

（4）選擇【基準(zhǔn)】中的【曲線：來(lái)自方程的曲線】，進(jìn)入后選擇柱坐標(biāo)，然后點(diǎn)擊【方程】，進(jìn)入方程界面，輸入推程、遠(yuǎn)休止、回程、近休止段凸輪廓線的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下，

（5）將輪廓線投影到以坐標(biāo)原點(diǎn)所在的面，并拉伸成圓柱曲面，再拉伸一個(gè)新圓柱直徑大于之前圓柱曲面，將輪廓線投影到大圓柱上，分別將兩個(gè)圓柱上兩條曲線連接點(diǎn)設(shè)為基準(zhǔn)點(diǎn)，將連接相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)為4個(gè)線段。

（6）將其中一部分繪制成曲面，最終將曲面繪制完成，將曲面加厚，厚度為初定值15mm。

1.2.2機(jī)架的三位參數(shù)建模

（1）新建零件。

（2）通過(guò)拉伸建立機(jī)架模型。

（3）新建零件，通過(guò)拉伸建立從動(dòng)件模型裝配下凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化。

在RELATION和END RELATION之間輸入之間添加如下語(yǔ)句，退出并保存記事本，即完成凸輪機(jī)構(gòu)整體參數(shù)化。

利用Creo再生功能，改變凸輪參數(shù)，重新生成新的凸輪機(jī)構(gòu)的三位參數(shù)實(shí)體。

2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真與分析

2.1裝配機(jī)理與運(yùn)動(dòng)仿真

裝配是運(yùn)動(dòng)仿真的前提保障，裝配關(guān)系的正確與否直接影響著運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果，裝配前首先要確定運(yùn)動(dòng)的各構(gòu)件以及各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)副。確定好各構(gòu)件及各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)副之后，即可通過(guò)選擇構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副組成機(jī)構(gòu)，最后由各機(jī)構(gòu)組成整機(jī)。

將機(jī)架設(shè)為固定約束方式，在添加圓柱凸輪時(shí)將凸輪兩端軸設(shè)為銷釘約束，以此是為了設(shè)置電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從動(dòng)件與凸輪設(shè)為滑槽約束，添加凸輪廓線為滑桿運(yùn)動(dòng)軌跡。裝配后，凸輪裝配完成之后就可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真與運(yùn)動(dòng)分析。

3結(jié)論

本文利用Creo實(shí)現(xiàn)了操作者可以通過(guò)人機(jī)交互界面對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)思設(shè)計(jì)，相比于使用Pro/E中的program更改參數(shù)，可操作性更強(qiáng)，設(shè)計(jì)者不必熟悉Pro/E軟件即可完成凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算、三維實(shí)體建模、運(yùn)動(dòng)仿真及運(yùn)動(dòng)分析，為凸輪的快速精確設(shè)計(jì)和數(shù)控加工提供了很大方便。

基金項(xiàng)目：2016華北理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，編號(hào)X2016302。

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