畢業(yè)論文-凸輪機(jī)構(gòu)建摸，受力分析和運(yùn)動(dòng)仿真與分析研究(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Pro/Engineer 在機(jī)械制造中的應(yīng)用 Pro/Engineer 軟件介紹 Pro/Engineer 軟件系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)化技術(shù)公司 PTC（ Parametric Technology Corporation） 的優(yōu)秀產(chǎn)品，提供了集成產(chǎn)品的三維造型設(shè)計(jì)、加工、分析及繪圖等功能的完整的 CAD/CAM 解決方案。該軟件以使用方便、參數(shù)化造型和系統(tǒng)的全相關(guān) 性而著稱。目前 Pro/Engineer 軟件在我國(guó)的機(jī)械、電子、家電、塑料摸具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航天、玩具等行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用，該軟件在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用數(shù)量大大超過(guò)了同類型的其他國(guó)外產(chǎn)品。 Pro/Engineer 可謂是個(gè)全方位的 3D 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、摸具開(kāi)發(fā)、 NC加工，飯金件設(shè)計(jì)，鑄造設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程，自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理于一體，其模塊眾多。主要由以下六大模塊組成：工業(yè)設(shè)計(jì) （ LAID） 模塊、機(jī)械設(shè)計(jì) （ CAD） 模塊、功能仿真 （ CAE）模塊、制造 （ CAM） 模塊、數(shù) 據(jù)管理 （ PDM） 模塊和數(shù)據(jù)交換 （ Geometry Translator）模塊。下面介紹 Pro/Engineer 的重要特性： (1)相關(guān)性 （ Full Associativity） 相關(guān)性是指所有的 Pro/Engineer 的功能都相互關(guān)聯(lián)。這就意味著在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，用戶任何時(shí)候所作的變更，都會(huì)擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有工程文檔。 Pro/Engineer 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境最突出的特點(diǎn)就在于它能夠支持并行工程，通過(guò)一系列足以表現(xiàn)外形、裝配性能的全相關(guān)性的解決方案，可以讓用戶同時(shí)在幾個(gè)技術(shù)領(lǐng) 域處理一個(gè)產(chǎn)品模型。這些能力包括造型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、以及產(chǎn)品信息管理等。 Pro/Engineer 提供的參數(shù)化設(shè)計(jì)的最大的特點(diǎn)就是單一數(shù)據(jù)庫(kù)，所有設(shè)計(jì)過(guò)程所使用的尺寸（參數(shù)）都存在設(shè)計(jì)庫(kù)中，修改 CAD 模型及工程圖不再是一件難事，設(shè)計(jì)者只要更改 3D 零件的尺寸，則 2D 工程圖就會(huì)依照尺寸的修改做集合形狀的變化，同樣修改 2D 工程圖的尺寸， 3D 實(shí)體模型也會(huì)自動(dòng)修改，同時(shí)裝配、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自動(dòng)修改，這樣可確保數(shù)據(jù)的正確性，達(dá)到設(shè)計(jì)修改工作的一致性，避免發(fā)生人為改圖的疏漏情形，減少許多人為改圖的 時(shí)間和精力的消耗。也正因?yàn)橛袇?shù)式設(shè)計(jì)，用戶才可以運(yùn)用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式，建立各尺寸參數(shù)蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 間的關(guān)系式使得模型可自動(dòng)計(jì)算出應(yīng)有的外型，減少尺寸逐一修改的繁瑣費(fèi)時(shí)并減少錯(cuò)誤的發(fā)生。 (2)基于特征的參數(shù)化建摸 參數(shù)式設(shè)計(jì)就是將零件尺寸的設(shè)計(jì)用參數(shù)來(lái)描述，并在設(shè)計(jì)修改時(shí)通過(guò)修改參數(shù)的數(shù)值來(lái)更改零件的外形。參數(shù)化設(shè)計(jì)的思想在工業(yè)界傳播了許多年， 1988年， Pro/Engineer 以參數(shù)設(shè)計(jì)的思想問(wèn)世以后，業(yè)內(nèi)人士即對(duì)參數(shù)式設(shè)計(jì)的思想翹首以待。 Pro/Engineer 對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)工作來(lái)說(shuō)，有相當(dāng)大的幫助作 用，因?yàn)?Pro/Engineer 中參數(shù)不只代表設(shè)計(jì)對(duì)象的外觀相關(guān)尺寸，并且具有實(shí)質(zhì)上的物理意義。例如我們可以運(yùn)用系統(tǒng)參數(shù) （ System parametes） 如體積、表面積、重心、三維坐標(biāo)等，或用戶依設(shè)計(jì)流程所定義的用戶定義參數(shù) （ Use defined parameters）如密度、厚度等具有設(shè)計(jì)意義的物理量或字符串加入設(shè)計(jì)構(gòu)思中來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)思想。這項(xiàng)參數(shù)化設(shè)計(jì)的功能不但改變了設(shè)計(jì)的概念，并且將設(shè)計(jì)的便捷性推進(jìn)了一大步。 (3) 數(shù)據(jù)管理 為了在最短的時(shí)間內(nèi)完成最多的開(kāi)發(fā)工作，必須允許多個(gè)學(xué) 科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 Pro/Engineer 數(shù)據(jù)管理功能可以管理并行工程所要求的并行作業(yè)程序，并通過(guò)全相關(guān)性達(dá)到并行工程的目的。 (4) 裝配管理 Pro/Engineer 能夠讓用戶使用貼合、插入、對(duì)齊等直覺(jué)式指令，輕松裝配零部件，保持設(shè)計(jì)意圖，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。而高級(jí)的功能則支持大型復(fù)雜裝配體的創(chuàng)建與管理，并且零件數(shù)目不受限制。 (5) 工程數(shù)據(jù)庫(kù)重用 工程數(shù)據(jù)庫(kù)重用就是為了達(dá)到大幅提高生產(chǎn)力、降低成本的目的，而以標(biāo)準(zhǔn)、公認(rèn)的設(shè)計(jì)作為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它能 夠讓用戶快速開(kāi)發(fā)整個(gè)產(chǎn)品系列。Pro/Engineer 的基本結(jié)構(gòu)使 EDR 易于實(shí)現(xiàn)。隨著將來(lái)幾代產(chǎn)品的創(chuàng)建，會(huì)發(fā)現(xiàn)從Pro/Engineer 中獲得的益處將大大超過(guò)最初的投資。 (6) 易用性 Pro/Engineer 獨(dú)有的自動(dòng)導(dǎo)引菜單為擁護(hù)提供了使用方便的選項(xiàng)，也可以預(yù)先選定最常用的功能。此外，系統(tǒng)還提供了簡(jiǎn)短的功能菜單說(shuō)明和完整的在線幫助。這些都使得 Pro/Engineer 具有非常好的易用性。 (7) 硬件獨(dú)立性 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 Pro/Engineer 可以在 UNIX 和 Windows98/2021/XP 平臺(tái)下運(yùn)行，并在每個(gè)系統(tǒng)中都維持相同的界面，使用的感覺(jué)也一樣。用戶可以根據(jù)自己的需求，選購(gòu)最經(jīng)濟(jì)的硬件配置，再混用或搭配任何一種平臺(tái)組合。由于 Pro/Engineer 可以運(yùn)行在不同環(huán)境中，具有獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式，因此可以方便地讓信息在不同平臺(tái)的機(jī)器之間相互轉(zhuǎn)換。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 隨著我國(guó)汽車、家電等工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的外形在滿足性能要求的同時(shí)，變得越來(lái)越復(fù)雜，而這些產(chǎn)品的出現(xiàn)離不開(kāi)機(jī)械制造，這就要求機(jī)械制造行業(yè)以最快的速 度、最低的成本、最高的質(zhì)量生產(chǎn)出產(chǎn)品。為了達(dá)到上述的要求，機(jī)械制造企業(yè)只有運(yùn)用先進(jìn)的管理手段和 CAD/CAM 集成制造技術(shù)，才能在激烈的時(shí)常競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。 例如，廣州型腔模具廠在 92年開(kāi)始應(yīng)用 Pro/Engineer 軟件進(jìn)行壓鑄模具的設(shè)計(jì)及制造，并應(yīng)用該軟件先后完成了國(guó)家“八五”重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)攻關(guān)課題《大型復(fù)雜壓鑄模的研制開(kāi)發(fā)》及廣州市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目《計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)、制造及分析的應(yīng)用研究》等科研開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，先后兩次引起 Pro/Engineer 軟件，應(yīng)用該軟件開(kāi)發(fā)出了摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱、汽車離合器殼體 、家電等大型復(fù)雜壓鑄模具，完成了一百多套模具的三維造型、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工編程，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 Pro/Engineer 軟件的集成制造技術(shù)目前是我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)研究應(yīng)用的熱點(diǎn)。 機(jī)械產(chǎn)品 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)的集成關(guān)鍵是建立單一的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)、在CAD、 CAE、 CAM 各單元之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳遞與轉(zhuǎn)換，使 CAE、 CAM 階段完全吸收 CAD 階段的三維圖形，減少中間建模的時(shí)間和誤差；借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品性能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、加工精度、金屬液體在機(jī)械零件中的流動(dòng)情況及機(jī)械零件工作過(guò)程中的溫度分布情況等進(jìn)行反復(fù)修改和 優(yōu)化，將問(wèn)題發(fā)現(xiàn)于正式生產(chǎn)前，大大縮短機(jī)械制造時(shí)間，提高機(jī)械制造加工精度。 Pro/Engineer 軟件采用面向?qū)ο蟮耐鈹?shù)據(jù)庫(kù)和參數(shù)化造型技術(shù)，具備概念設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)的功能，為機(jī)械產(chǎn)品的集成制造提供了優(yōu)良的平臺(tái)。Pro/Engineer 的并行工程技術(shù)在機(jī)械制造中應(yīng)用也是非常重要的。 機(jī)械制造是面向單式的生產(chǎn)方式，屬于單性生產(chǎn)，制造過(guò)程復(fù)雜，要求交貨時(shí)間短。如果利用 CAD、 CAM 單元技術(shù)制造機(jī)械產(chǎn)品，制造精度低、周期長(zhǎng)，為了解決上述難題，我們將并行工程技術(shù)引入到機(jī)械制造過(guò)程中。 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中， 應(yīng)用 Pro/Engineer 軟件，我們將原來(lái)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，機(jī)械產(chǎn)品型腔，型芯二維設(shè)計(jì)，工藝準(zhǔn)備，機(jī)械產(chǎn)品型腔，型芯設(shè)計(jì)三維造型，數(shù)控加工指令編程，數(shù)控加工的串行工藝路線改為由不同的工程師同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)、工藝準(zhǔn)備的并行路線，不但提高了產(chǎn)品的制造精度，而且能縮短設(shè)計(jì)、數(shù)控編程蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 時(shí)間達(dá) 40%以上。 要實(shí)施并行工程關(guān)鍵要實(shí)現(xiàn)零件三緯圖形數(shù)據(jù)共享，使每個(gè)工程師用的圖形數(shù)據(jù)是絕對(duì)相同，并使每個(gè)工程師所做的修改自動(dòng)反映到其他有關(guān)的工程師那里，保證數(shù)據(jù)的唯一性和可靠性。 Pro/Engineer 軟件具有單一的數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化實(shí)體特 征造型技術(shù)為實(shí)現(xiàn)并行工程提供了可靠的技術(shù)保證。 建立標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)也是 Pro/Engineer 在我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)廣泛應(yīng)用的一個(gè)方面。 利用 Pro/Engineer 軟件的參數(shù)化功能或指令編程技術(shù)，建立符合自身要求的常用的標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)，減少重復(fù)建模時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2 凸輪輪廓線的設(shè)計(jì) 緒論 凸輪是一具有曲面輪廓的構(gòu)件，一般多為原動(dòng)件（有時(shí)為機(jī)架）；當(dāng)凸輪為原動(dòng)件時(shí)，通常作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，而從動(dòng)件則按預(yù)期輸出特性要求作連續(xù)或間隙的往復(fù)擺動(dòng)、移動(dòng)或平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。 凸輪機(jī)構(gòu)則是含有凸輪的一種高副機(jī)構(gòu)，也是一種常用機(jī)構(gòu)。 在凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪可為原動(dòng)件也可為機(jī)架；但多數(shù)情況下，凸輪為原動(dòng)件。 在自動(dòng)機(jī)械和半自動(dòng)機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用 比如沖窗裝卸凸輪機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件凸輪固定與沖頭上，當(dāng)其隨沖頭往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)凸輪高副驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件以一定規(guī)律往復(fù)水平移動(dòng)，從而使機(jī)械手按預(yù)期的輸出特性裝卸工件。 如右圖 21所示的自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，當(dāng)圓柱凸輪繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)其溝槽與搖桿一端的滾子接觸，并推動(dòng)遙桿繞固定軸按特定的規(guī)律做往復(fù)擺動(dòng)，同時(shí)通過(guò)遙桿的另一端的扇形齒輪驅(qū)動(dòng)刀架實(shí)現(xiàn)退刀或進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)。 自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 圖 21 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 凸輪機(jī)構(gòu)的分類 從不同的角度出發(fā)，凸輪機(jī)構(gòu)可作如下分類。 按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類 平面凸輪機(jī)構(gòu) 兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu) 。 其按凸輪形狀又可分為盤形凸輪、移動(dòng)凸輪。其中，盤形凸輪為凸輪的基本形式。是一個(gè)相對(duì)機(jī)架作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)或?yàn)闄C(jī)架且具有變化向徑的盤形構(gòu)件；而移動(dòng)凸輪則可視為盤形凸輪的演化形式。是一個(gè)相對(duì)機(jī)架作直線移動(dòng)或?yàn)闄C(jī)架且具有變化輪廓的構(gòu)件。 空間凸輪機(jī)構(gòu) 兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空 間運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)。按其形狀又可分為圓柱凸輪，圓錐凸輪，弧面凸輪和球面凸輪等。 按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類 尖頂從動(dòng)件 尖頂能與任意復(fù)雜凸輪輪廓保持接觸，因而能實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。尖頂與凸輪呈點(diǎn)接觸，易磨損，故只宜用于受力不大的場(chǎng)合。 滾子從動(dòng)件 為克服尖頂從動(dòng)件的缺點(diǎn)，在尖頂處安裝一個(gè)滾子。它改善了從動(dòng)件與凸輪輪廓間的接觸條件，耐磨損，可承受較大載荷，故在工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛。 平底從動(dòng)件 平底從動(dòng)件與凸輪輪廓接觸為一平面，顯然它只能與全部外凸的凸輪輪廓作用。其優(yōu)點(diǎn)是：壓力角小，效率高，潤(rùn) 滑好，故常用于高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。 按凸輪高副的鎖合方式分類