基于UG的圆柱凸轮参数化建模与仿真加工

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２０８高东强等：基于ＵＧ的圆柱凸轮参数化建模与仿真加工第１０期

２基于ＵＧ的设计方法与三维造型

对于凸轮的设计，其关键是建立凸轮工作部分的轮廓曲线，圆柱凸轮是在圆柱表面按理论轮廓曲线轨迹建立凹槽或是凸橼，当凸轮绕定轴转动时带动滚子从动件实现各种不同的运动规律。

基于ＵＧ的圆柱凸轮参数化设计与建模主要是应用ＵＧ建模中的规律曲线功能，通过建立ＵＧ表达式来生成凸轮的理论轮廓曲线，再采用扫掠、回转、曲线缠绕以及布尔运算等操作，建立圆柱凸轮的三维实体模型。如要设计一单滚子直动从动件圆柱凸轮，已知滚子从动件行程ｈ＝３０ｍｍ，槽宽ａ＝２４ｍｍ，槽深ｂ＝２０ｍｍ，凸轮基圆半径ｒ＝６０ｍｍ，滚子从动件运动规律：

推程为余弦加速运动，推程角咖。＝６０。；远休止角ｑｂ２＝１６０。；回程也为余弦加速运动，回程角咖ｒ－－６００；近休止角＃，

２．１推导ＵＧ表达式

．ｔｏｏｏ

参考【１】建立圆柱凸轮理论轮廓曲线的参数方程：

ｌ一耐

｛ｙ＝ｒｓｉｎｊ（ｏｏ巧＜３６０。）

式中：ｒ一基圆半径：

，一凸轮转角；

ｓ—升程；

茗、ｙ、一曲线上任意点坐标。

建立理论轮廓曲线参数方程后，接下来的工作是根据从动件运动规律推导升程ｓ的表达式翻，

推程（余弦加速度）：

ｓ＝争［，一（磊９）】鲜【ｏ，钡】

远休止期：ｓ－－－ｈ

回程（余弦加速度）：

ｓ＝争［１－ｃ。ｓ（云妒）】非［ｏ，如】

近休止期：ｓ＝０

对于其它运动规律的公式推导可参阅回。

以上参数方程和表达式是应用ＵＧ建模生成凸轮轮廓曲线的理论基础，为了方便操作，必须将以上各式转化成ＵＧ可以识男Ｈ的表达式，如图ｌ所示，当凸轮从动件的运动规律及参数发生改变时，只需在ＵＧ表达式文件中更改相关公式和数据即可，真正实现了圆柱凸轮建模的参数化、系统化。

图ｌ凸轮理论轮廓曲线的ＵＧ表达式性图２圆柱凸轮理论轮廓曲线２．２创建凸轮三维模型

（１）应用ＵＧ的规律曲线功能，按上步建立的ＵＧ表达式生成ｐｌｊ段规律的样条曲线，如图２所示。通过ＵＧ规律曲线功能得到圆柱凸轮的理论轮廓曲线后，可以由两种不同的方式来建立三维实体模型：一是线～面．—体的创建方法，其基本操作是先由理论轮廓曲线得到凸轮槽底部曲面，再通过加厚片体得到凸轮槽实体，最后创建圆柱体并与凸轮槽实体进行布尔运算；二是引导截面法，即建立凸轮槽的截面曲线，然后运用扫掠选项得到凸轮槽实体，而最后一步与一相同。需要注意的是在这里绝不能通过拉伸命令来创建凸轮槽实体，因为该操作所得到的实体是不等宽的。下面我们主要以第二种方式来示例操作：（２）为了得到槽宽ａ＝２４ｍｍ，槽深ｂ＝２０ｍｍ的沟槽，我们应用到ＵＧ建模中的扫掠功能，如图２所示在ＸＯＺ平匝创建长２４ｍｍ、宽２０ｒａｍ的矩形，并以圆柱凸轮理论轮廓曲线为引导线进行扫掠，定位方法选择按矢量＝方向定位，得如图３（ａ）所示三维实体。（３）创建底圆半径ｒ＝６（ｈｌｌｍ的圆柱体（保证所求理论轮廓曲线与圆柱体同轴）。然后使其与上步图３（ａ）所示三维实体进行布尔运算，得到如图３（ｃ）所示的三维模型。

（ａ）（ｂ）（ｃ）

图３圆柱凸轮三维实体模型

３运动仿真及分析

运动仿真模块是ＣＡＥ应用软件，主要用于建立运动机构模型，分析其运动规律。基于ＵＧ的运动仿真可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构运动过程中零件位移、速度、加速度、作用力、反作用力以及力矩等的变化规律。通过运动仿真结果，可以对零件的结构及材料等属性进行修改，并将所修改的参数直接反映到装配主模型上，以完成最终的优化设计。

基于ＵＧ的运动仿真主要分为三个过程：一是前处理，包括创建连杆（Ｌｉｎｋｓ）、运动副（ｊｏｉｎｔｓ）和定义运动驱动（ＭｏｔｉｏｎＤｒｉｖｅｒ）；二是运动仿真，主要有关节运动（Ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ）和运动仿真（Ａｎｉｍａｔｉｏｎ）两种形式，其中前者是基于位移的运动，后者是基于时间的运动；三是运动分析，即以图表（Ｇｒａｐｈｉｎｇ）和电子表格（ＳｐｒｅａｄｓｈｅｅｔＲｕｎ）等形式分析相关零件的运动规律。

３．１前处理

如图４所示创建连杆，将圆柱凸轮定义为Ｌ００１，滚子定义为Ｌ００２，并在圆柱凸轮上创建旋转副Ｊ００１，添加驱动类型为恒定，初速度ｌ８０ｄｍｉｎｏ在滚子Ｅ电帽｝＿１吲｝动副Ｊ００２，需注意的是移动副Ｊ００２自勺＝黾动方向设定为沿圆柱凸轮的母线方向。为了保证凸轮与滚子在整个运动翅程中始终是彼此接触，还需仓！膳｝－—个３Ｄ拦触ＣＯＯｌ。３．２运动仿真

打开解算方案窗口，选择基于时间的机构运动仿真，定义时间为

２ｓ，步长为１００，其它选择默认值，点击确认进行运动方案求解。万方数据

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基于UG的圆柱凸轮参数化建模与仿真加工

作者：高东强， 黎忠炎， 毛志云， GAO Dong-qiang， LI Zhong-yan， MAO Zhi-yun

作者单位：陕西科技大学,西安,710021

刊名：

机械设计与制造

英文刊名：MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE

年，卷(期)：2010(10)

被引用次数：2次

1.部海超.袁守华基于solidwork.圆柱凸轮建模的优化设计 2008(04)

2.石永刚.吴央芳凸轮机构设计与应用创新 2007

3.胡小康.徐六飞UG NX4运动分析培训教程 2006

4.Der Min Tsay.Bor Jeng Lin lmproving the geometry design of cylindrical cams using nonparametric rational B-splines 1996(01)

5.李军谈圆柱凸轮的数控加工 2008(02)

6.刘昌棋.[日]牧野洋.曹西京凸轮机构设计 2005

1.魏胜.李克天.郑德涛圆柱凸轮的参数化设计及数控加工[期刊论文]-精密制造与自动化2001(4)

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3.张继春.王剑峰.ZHANG Jichun.WANG Jianfeng圆柱凸轮机构的参数化造型和运动仿真[期刊论文]-科学技术与工程2006,6(9)

4.房丽娜圆柱分度凸轮机构及其CAD系统[学位论文]2007

1.孟雅俊基于MATLAB与UG的凸轮机构建模与仿真分析[期刊论文]-中国科技信息 2013(4)

2.周保牛大型变角圆柱凸轮的优化设计与制造[期刊论文]-机床与液压 2013(10)

本文链接：/Periodical_jxsjyzz201010082.aspx