基于Inventor 2009的盘形凸轮轮廓设计

基于Ｉ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｏ ｒ ２ ０ ０ ９ 的盘形凸轮轮廓设计
冯 光 林 ， 曾宪 荣
（ ） 顺德职业技术学院 机电工程系 ， 广东 佛山 ５ ２ ８ ３ ３ ３ 摘要 ： 以直动从动件盘形凸轮机构为例 ， 介绍 了 在 Ｉ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｏ ｒ ２ ０ ０ ９运动仿真平台下快速进行盘形凸轮轮廓参 数化设计并生成凸轮实体的 方 法 。 在 产 品 设 计 和 机 械 基 础 课 程 教 学 中 运 用 Ｉ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｏ ｒ ２ ０ ０ ９ 的 运 动 仿 真 功 能， 可使产品设计效率和课程教学效果明显提高 。 关键词 ： Ｉ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｏ ｒ ２ ０ ０ ９； 凸轮机构 ； 运动仿真 ； 轮廓设计 中图分类号 ：Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９∶ＴＨ １ ３ ２ ． ４ ７ 文献标识码 ：Ａ
第 ６期（ 总第 ห้องสมุดไป่ตู้ ７ ５期） ２ ０ １ ２年１ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥ ＣＨＡＮ Ｉ Ｃ Ａ Ｌ Ｅ ＮＧ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ ＮＧ ＆ ＡＵＴ ＯＭＡ Ｔ Ｉ ＯＮ
Ｎ ｏ ． ６ Ｄ ｅ ｃ ．
（ ） 文章编号 ： １ ６ ７ ２ ４ １ ３ ２ ０ １ ２ ０ ６ ０ ２ ９ ３ －６ －０ －０
ｈ ｈ ｈ ） － ｃ ｏ ｓ １－ｃ ｏ ｓ １ θ＝ （ θ）。 …………… （ ２ ２ ２ 其中 ： ｈ 为推杆的最大位移 ； θ 为控杆运动曲线自变量 。 设δ 为凸轮转角 ， θ 与δ 的关系为 ： ｓ ＝
； 修回日期 ：２ 收稿日期 ：２ ０ １ ２ ５ ２ ０ １ ２ ６ １ －０ －０ －０ －２
π ） ２ θ＝ δ 。 …………………………………… （ δ ０ 其中 ： δ ０ 为半程凸轮转角 。 ） ） 将式 （ 代入式 （ 并求导 ， 得推杆的位移 、 速度和 ２ １ 加速度为 ： ｈ π ） 烄 （ ｓ ＝ ［ １－ｃ ｏ ｓ δ］ ２ δ ０ －π ｈ ω （ π ） ｖ＝ ｓ ｉ ｎ δ） 。 …………………… （ ３ 烅 ２ δ δ ０ ０ ２ ２ －π ｈ ω π ） （ ａ＝ ｃ ｏ ｓ δ ２ ２ δ ０ δ ０ 烆 推程位 移 、 速 度、 加 速 度 如 图 １ 所 示， 回 程 时 把ｓ ” “ ” ， ： 中“ 改为 即回程时位移为 － ＋ ｈ［ π ） （ ） ｓ ＝ １＋ｃ ｏ ｓ ４ δ ］。 ……………………… （ ２ δ ０ 因为 ａ 为余弦变化 ， 故称为余弦加速度运动 ， 在两 。 端 ａ 有突变 （ 变化量为有限值 ， 故有柔性冲击 ） １． ２ 凸轮 基 圆半径确定 以偏心机构为 例 ， 如 图 ２ 所 示， 其 Ｐ 点（ 瞬 心） 速 ： 度ｖ 为 Ｐ ｄ ｓ ｄ ｓ ｄ ｓ δ ｄ ） ｖ Ｐ＝ ＝ · ＝ ω 。 ……… （ ５ ω×Ｏ Ｐ＝ ｄ ｔ ｄ ｔ ｄ δ ｄ δ 凸轮基圆半径ｒ ０ 为： ／ ｄ ｓ ｄ ｅ ） δ ２ （ 。 ……………… （ ） ｒ － ｓ ２＋ ｅ ６ ０＝ ｔ ａ ｎ α 其中 ： ｅ 为 偏 心 距。 图 ２ 中， ｎ－ｎ 为 接 触 α 为压力 角 ； 点公法线 ， Ｐ 点为接 触 点 公 法 线 与 凸 轮 轴 线 水 平 线 之 ， 交点 （ 瞬心 ） ｓ ０ 为推杆初始位移 。 压力角α 增大 ； ｒ ｒ α 变大时 ， ０ 变小时 ， ０ 减小 。 当α ］ （ ） ， 。 ： 取［ 极限压力角 时 最小 故有 ｒ α ０ ／ ｄ ｓ ｄ ｅ δ ２ ２ （ ） 。 ……………… （ ） ｒ － ｓ ＋ ｅ ７ ０≥ ［ ｔ ａ ｎ α］
槡
槡
， 男 ， 江苏常州人 ， 讲师 ， 硕士 ， 主要从事机械设计的教学与研究工作 。 作者简介 ： 冯光林 （ １ ９ ６ ４ －）
·３ ０·
机 械 工 程 与 自 动 化 ２ ０ １ ２ 年第 ６ 期
） ， 式（ 中， 当偏心距ｅ 和瞬心 Ｐ 点在同侧时取 “ ７ －” 。取“ 异侧时取 “ 号时 ， 压力角α 比 对 心 ＋” －” ｔ ａ ｎ α 小， 机构的α 小 ， 对传动有利 ， 用于推程 ； 取“ 时， 压力角α ＋” 。 比对心机构的α 大 ， 故用于回程 （ 力锁合 ）
０ 引言 盘形凸轮由 于 其 形 状 简 单 ， 应 用 极 为 广 泛。传 统 凸轮轮廓曲线的设计 方 法 费 时 耗 力 ， 其设计效率往往 产 不尽如人意 。 在制造 业 信 息 化 迅 猛 发 展 的 背 景 下 ， 品设计领域从早期运用计算机绘图到三维设计再到今 天的结合数字样机实现设计信息化 。 本文以直动滚子 介绍了在 Ｉ 推杆盘形凸轮机构为例 ， ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｏ ｒ ２ ０ ０ ９ 运动 ， 。 仿真平台下 盘形凸轮轮廓的参数化设计方法 １ 盘形凸轮的参数化设计 常用图解法 、 解析法设计凸轮轮廓曲线 。 图解法由 方便 ， 因此在设计早期应用较为广泛 ， 采用 于绘制简单 、 反转图解法 绘 制 凸 轮 轮 廓 曲 线 时 ， 由于是手工绘制凸 其精度受到位移曲线 、 制图工具 、 人为因素等影响 ， 轮， 即使借助于绘图软件 ， 由于是基于普通原理 ， 其实际操 。 作也很困难麻烦 而采用解析法设计凸轮轮廓曲线就 计算出凸轮轮廓上 是建立凸轮轮廓曲线的数学方程式 ， 各点的准确坐标值 ， 据此对凸轮进行数控加工和检验 。 １． １ 解 析 法设计 凸轮轮廓曲线 采用解析法设计 凸 轮 轮 廓 ， 就是根据工作要求合 按照具体要求及结构所 理地选择从动件的运 动 规 律 ， 允许的空间 ， 逐 步 确 定 凸 轮 的 基 圆 半 径ｒ 绘制凸轮 ０， 。 的轮廓曲线 本文实例中的盘 形 凸 轮 机 构 运 动 要 求 如 下 ： 设计 一滚子直动推杆盘 形 凸 轮 机 构 ， 凸轮以等角速度ω 逆 凸轮转动一周 ， 推杆实现简谐运动 。 由 时针方向转动 ， 于正 、 余弦函数互为导数 ， 因此位移 、 速度 、 加速度均为 连续函数 。 推杆的位移为 ：