凸轮机构高次多项式运动规律曲线研究及仿真分析
基于TBasic的凸轮机构设计及仿真分析
T NO LOG Y TR ND凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。
凸轮机构已经广泛应用于各种自动机械中,例如切削和加工自动机床、纺织机械、食品包装机械、印刷机、内燃机等等。
凸轮机构之所以得到如此广泛的应用,主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求,而且结构简单、紧凑。
对凸轮机构进行运动分析的目的是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时,研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度,构件的位置、角位移、角速度和角加速度等运动参数,从而评价机构是否满足工作性能要求,机构是否发生运动干涉。
本文以滚子直动凸轮机构为例,介绍在True Basic 环境下盘形凸轮的设计及凸轮机构的运动仿真的实现方法。
1凸轮机构设计实例分析1.1已知条件已知滚子直动凸轮机构中,从动件行程h=80m m ,推程运动角d0=140°,推程采用3-4-5次多项式运动规律,远休止角dS =40°,回程运动角d0’=100°,回程用正弦加速度运动规律,近休止角dS ’=80°,偏置量e =40m m ,基圆半径rp=100mm ,滚子半径rR=20m m 。
1.2凸轮机构的数学模型1.2.1偏置直动滚子从动件盘形凸轮理论廓线偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构,偏距e 、基圆半径rp 和从动件运动规律s=s(f)均已给定。
以凸轮回转中心为原点、从动件推程运动方向为x 轴正向建立右手直角坐标系。
为获得统一的计算公式,引入凸轮转向系数M 和从动件偏置方向系数N ,并规定;若凸轮逆时针转动,则M=+1;否则,M=-1。
如果升程时滚子中心速度矢量对轴心矩的转向与凸轮转动方向相同,则称为正偏置,N=+1;否则,称为负偏置,N =-1。
根据反转法原理,如图1所示,将点B0沿凸轮回转相反方向绕原点转过角d ,即得凸轮理论轮廓曲线上的对应点B ,其坐标为:X B =M *[(s 0+s)*sin (ζ)N*e*cos (ζ)]YB =(s0+s)*cos (ζ)-N*e*sin (ζ)上式即为凸轮理论轮廓曲线的直角坐标参数方程。
毕业论文-凸轮机构建摸,受力分析和运动仿真与分析研究
摘要凸轮是一具有曲面轮廓的构件，一般多为原动件（有时为机架）；当凸轮为原动件时，通常作等速连续转动或移动，而从动件则按预期输出特性要求作连续或间隙的往复运动、移动或平面复杂运动。
本文主要介绍凸轮的大体概念与凸轮廓线的设计计算，以及后期使用Pro/E软件仿真其廓线。
凸轮轮廓曲线是凸轮机构设计的关键，常用的设计方法有解析法和图解法。
本文将对这两这种方法进行大致分析与应用设计，利用Pro/E软件绘制凸轮机构实体模型，并用Pro/E软件自带的Pro/MECHANICA Motion插件设计凸轮机构运动模型，进行机构运动学仿真分析，可以较准确掌握机械产品零部件的位移、速度和加速度等动力学参数，进而可分析机构动作的可靠性。
主要技术要求为：熟悉凸轮设计基本原理及相关理论计算；凸轮机构运动仿真及受力分析；指定内容的翻译和Pro/E软件的熟练应用。
本文将重点研究凸轮机构建摸，受力分析和运动仿真与分析。
通过理论上的计算和研究，结合图解以及解析的方法，算出凸轮廓线的大致数据，用Pro/E软件将其绘制出，进行运动仿真，记录和研究其位移、速度和加速度等动力参数，最后分析出机构动作的可靠性。
使以后工作中，可以更准确掌握机械产品零部件的动力方面个参数，减少事故的发生，降低设计的难度。
关键词：凸轮；廓线设计；Pro/E；三维造型；仿真。
AbstractCam is a component with a surface profile is generally more dynamic pieces of the original (sometimes for the rack), when the cam piece to its original form, it is usually in a row for the constant rotation or move, and the follower output characteristics according to the requirements expected for continuous or reciprocating motion of the space, move, or the complexity of sports plane. This paper mainly introduces the general concept of the cam and cam profile design and calculation, and the latter the use of Pro / E software simulation of its profile.Cam cam curve design is the key to the design of methods commonly used analytical method and graphical method. In this paper, two such methods will be more or less analysis and application design, use of Pro/E software cam solid model rendering, and Pro / E software comes with the Pro/MECHANICA Motion cam plug design movement model, the kinematics Simulation can b a more accurate knowledge of machinery parts and components of displacement, velocity and acceleration, such as kinetic parameters, which can analyze the reliability of body movement.The main technical requirements are:familiar with the basic principles of cam design and related theoretical calculation; cam mechanism motion simulation and stress analysis; specify the contents of the translation and Pro/e application software proficiency.This article will focus on cam modeling, stress analysis and motion simulation and analysis. Through theoretical calculations and research, combined with graphical and analytical methods, calculate the approximate convex contour data, using Pro/E software to draw, simulation exercise, record and study the displacement, velocity and acceleration and other dynamic parameters, Finally, the reliability of the agency action. So after work, can be more accurate machinery parts and components of the dynamic parameters, to reduce accidents, reduce the difficulty of design.Keywords:Cam, Profile Design ,Pro/E, Three-dimensional shape,Simulation.目录1绪论 (1)1.1选题意义 (1)1.2 仿真技术的发展 (3)1.3 Pro/Engineer在机械制造中的应用 (5)1.3.1 Pro/Engineer软件介绍 (5)1.3.2Pro/E在我国机械行业中的应用 (8)2凸轮轮廓线的设计 (10)2.1绪论 (10)2.2 凸轮机构的分类 (11)2.2.1 按两活动构件之间的相对运动特性分类 (11)2.2.2 按从动件运动副元素形状分类 (11)2.2.3 按凸轮高副的锁合方式分类 (11)2.3从动件运动规律 (12)2.3.1 基本运动规律 (12)2.4 凸轮轮廓线的设计 (14)2.4.1凸轮轮廓曲线的计算 (14)2.5凸轮机构基本尺寸的确定 (17)2.5.1凸轮机构的压力角及许用值 (17)2.6.2凸轮理论轮廓的外凸部分。
UG机械设计实例教程 第3章 凸轮机构的建模与运动仿真
推程曲线
远休止曲线
回程曲线
任务实施
1.零件造型—从动件建模
任务实施
1.零件造型—机架建模
任务实施
2.装配—凸轮机构的装配
1
2
4
3 5
任务实施
3.运动仿真-基本流程
01
确定运动构件
02
确定两构件的运动副类型
03
确定原动件，即驱动运动副
04
确定驱动参数，求解
任务实施
3.运动仿真-操作过程
1 添加连杆
2 添加运动副
3 设置机架
4 添加驱动
5 仿真计算 7 运动播放与追踪
6 仿真结果分析
第三章 凸轮机构的建模与运动仿真
技能目标
01
掌握解析法绘制凸轮轮廓曲线
02
了解凸轮轮廓曲线设计编程
03
掌握 UG 表达式参数化建模方法
04
掌握凸轮机构运动仿真的基本操作
任务引入
凸轮是一个具有轮廓曲线或凹槽的构件， 凸轮转动会带动从动件实现预期的运动规律。
1-凸轮 2-滚子 3-从动件 4-机架
设计如图所示的滚子直动从动件盘形凸轮机构。 已知凸轮 1 匀速转动, 带动滚子 2 和从动件 3 运动, 输出运动为从动件的直线往复运动。 要求将凸轮机构建模并模拟仿真其运动规律。
基于PRO_E的凸轮机构结构设计及其运动仿真分析_毕业设计正文
湖北文理学院毕业设计(论文)正文题目基于PRO/E的凸轮机构结构设计及其运动仿真分析专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号指导教师职称┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊基于Pro/E的凸轮机构的结构设计及其运动仿真分析摘要：凸轮机构是机械中一种常用的机构，它结构简单，紧凑，工作可靠，设计方便，利用不同的凸轮轮廓线可以使从动件实现任意给定的复杂运动规律。
同时它兼有传动，导向和控制机构的各种功能和优点。
因此在包装机，纺织机，印刷机，内燃机以及农业机具等具有广泛的运用。
传统的凸轮设计有图解法和解析法，图解法形象直观，结构简单，但是手工作图选取的等分数有限，误差较大，较繁琐。
解析法设计虽然解决了凸轮设计的精度问题，但是要得到完整的凸轮轮廓线需要建立复杂的数学公式，编制复杂的程序，编程和计算工作量大。
总之，传统的运动分析法是一种间断的，静态的分析方法。
本文利用Pro/E强大的三维实体建模功能，建立凸轮机构的装配模型，然后进行运动学分析，仿真凸轮机构的运动情况，最后将所设置的构件的位移，速度，加速度变化情况以表格形式输出，通过修改仿真模型的参数，快速的修改和优化设计方案。
关键词：凸轮机构；Pro/E；三维建模；运动仿真。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊The cam mechanism based on Pro/E structure design andkinematics simulation analysisAbstract:the cam mechanism is a kind of commonly used mechanical mechanism, it has the advantages of simple structure, compact structure, reliable work, convenient design, using different cam contour line allows the follower to realize any given motion law of complex. At the same time it has the drive, guide and control mechanism of the various features and advantages. So in the packaging machine, textile machine, printing machine, internal combustion engines and agricultural machinery is widely used. The traditional cam design graphic method and analytic method, graphical method is visual, simple structure, but the chart manually selected score is limited, the error is large, complex. Analytic design method solves the problem of precision cam design, but to get the full cam contour line need to build a complex mathematical formula, the preparation of complex procedures, programming and calculation. In short, the traditional motion analysis is a kind of discontinuous, static analysis method. In this paper, using Pro/E powerful3D entity modeling function, establish the cam assembly model, then analyses the kinematics simulation of cam mechanism, motion, the setting member of displacement, velocity, acceleration in form of output, by modifying the parameters of the simulation model, rapid modification and optimization design.Key words: cam mechanism; Pro/E;3D modeling; motion simulation.┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊目录1前言 (1)1.1本课题研究的目的和意义 (1)1.2国内外的研究现状及发展趋势 (2)1.3研究的主要内容、途径和技术线路 (3)2凸轮轮廓线的设计 (4)2.1凸轮机构的分类 (4)2.2从动件的运动规律及选取原则 (4)2.3凸轮轮廓线的设计 (5)2.3.1凸轮轮廓线设计方法的基本原理 (5)2.3.2凸轮轮廓曲线的计算 (5)2.4凸轮机构基本尺寸的确定 (7)2.5滚子半径的选择 (8)3凸轮机构的实体建模与装配 (10)3.1Pro/E软件简介.............................. 错误！未定义书签。
基于ADAMS的凸轮机构设计及运动仿真分析_徐芳
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 【摘 要】 用大型运动学和动力学分析软件 ＡＤＡＭＳ 完成尖顶直动从动件盘形凸轮机构设计和 !!!!!!!!!!!!!!"
实体造型 ， 并对其进行运动分析和仿真 ， 缩短了凸轮的设计周期并提高了设计质量 ， 为凸轮机构的设 计分析提供一种有效的新方法。 关键词 ： ＡＤＡＭＳ ； 凸轮机构 ； 运动仿真 【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】 Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｄｉｓｈ ｃａｍ ｗｉｔｈ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｍｏｖｉｎｇ ｆｏｌｌｏｗｅｒ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｂｙ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃｓ
转副之上创建一个每秒钟逆时钟旋转 ３６０ 度的旋转驱动。 这样 ， 一个完整的凸轮机构仿真模型建立起来 ， 如图 ４ 所示 ， 从而可以 进行下一步的运动仿真分析。
２０＊ （１ － ｃｏｓ （６／５＊３６０ｄ＊ｔｉｍｅ）），４０，ＩＦ（ｔｉｍｅ － ７／１２：４０，４０，ＩＦ （ｔｉｍｅ － １１／１２： ４０＊ （２．７５ － ３＊ｔｉｍｅ ＋１／（２＊ｐｉ）＊ｓｉｎ （３＊２＊ｐｉ＊ｔｉｍｅ － ３．５＊ｐｉ）），０，ＩＦ （ｔｉｍｅ － １： ０，０，０））））＂ 。
在模型上施加一定的运动约束副、 力或力矩的运动激仿真实例分析
利用 ＡＤＡＭＳ 进行凸轮机构设计仿真的过程大致可分为凸 轮机构几何建模、 施加约束和载荷、 凸轮机构样机模型检验和 仿真结果后处理、 仿真结果比较分析， 多次仿真及优化设计等
２．１ 已知条件
已知尖顶直动从动件盘形凸轮机构的凸 轮 基 圆 半 径 ｒ０＝６０， 从动件行程 ｈ＝４０， 推程运动角为 !０＝１５０!， 远休止角 !ｓ＝６０!， 回程运 动 角 !０＇ ＝１２０!， 近 休 止 角 为 !ｓ＇ ＝３０! ； 从 动 件 推 程 、 回程分别采用余 弦加速度和正弦加速度运动规律， 对该凸轮机构进行模拟仿 真 ， 各阶段的运动规律如下 ： （ １） 从动件推程 运 动 方 程 。 推 程 段 采 用 余 弦 加 速 度 运 动 规 律 ， 故将已知条件 !０＝１５０!＝５!／６ 、 ｈ＝４０ｍｍ 代入余弦加 速 度 运 动 规律的推程段方程式中 ， 推演得到 ：
凸轮机构多项式运动规律的设计方法及仿真分析
ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－５０９Ｘ.２０２０.０８.００５凸轮机构多项式运动规律的设计方法及仿真分析王㊀刚ꎬ任子文ꎬ周㊀奎(中烟机械技术中心有限责任公司ꎬ上海㊀２０１２０６)摘要:通过对基本边界条件的多项式运动规律的理论分析ꎬ推导出高次多项式运动规律的通用方程ꎬ以及各参数的计算公式ꎮ针对具有附加约束条件的凸轮机构ꎬ提出一种多项式运动规律的分段设计方法ꎬ对求解出的多项式运动规律的位移㊁速度㊁加速度进行仿真分析ꎬ并与目前通用的圆弧拼接的改进型等速运动规律进行对比ꎬ证实了该设计方法的可靠性ꎮ关键词:凸轮机构ꎻ多项式ꎻ边界条件ꎻ附加约束条件ꎻ分段求解ꎻ仿真分析中图分类号:ＴＨ１１２.２㊀㊀㊀文献标识码:Ｂ㊀㊀㊀文章编号:２０９５－５０９Ｘ(２０２０)０８－００２３－０４㊀㊀凸轮机构是机械行业中最常用的典型机构ꎬ它可以使从动件按规定的运动规律完成动作ꎬ把回转运动转变成直线移动或摆动ꎮ然而ꎬ凸轮机构在实际运用中存在部分问题ꎬ如刚性冲击和柔性冲击ꎮ冲击不仅影响凸轮寿命ꎬ而且对主运动机构的力和功率等影响也很大ꎮ不同的运动规律所造成的冲击程度也不相同[１]ꎮ因此ꎬ对凸轮机构从动件的运动规律进行研究是十分必要的ꎮ凸轮机构从动件的运动规律包括代数多项式运动规律和三角函数式运动规律以及改进型㊁组合型运动规律ꎮ常用的代数多项式运动规律有一次多项式(等速运动规律)㊁二次多项式(等加速运动规律)以及高阶多项式运动规律ꎮ一次多项式运动规律存在刚性冲击ꎬ只能用于低速轻载的场合ꎻ二次多项式运动规律存在柔性冲击ꎬ只能用于中速轻载的场合ꎻ五次㊁七次以及更高阶的多项式运动规律既没有刚性冲击也没有柔性冲击ꎬ可用于高速场合ꎮ由于加工工艺复杂ꎬ因此高于七次的多项式运动规律很少使用ꎮ三角函数式运动规律有正弦加速度运动规律和余弦加速度运动规律等[２]ꎮ正弦加速度运动规律没有刚性冲击和柔性冲击ꎬ可用于高速场合ꎻ余弦加速度运动规律存在柔性冲击ꎬ只能用于中速轻载场合[３]ꎮ虽然正弦加速度运动规律可以用于高速场合ꎬ但在有多个特殊运动要求的情况下ꎬ正弦加速度运动规律就不太容易求解了[４]ꎬ需要采用加控制条件的多项式运动规律ꎮ为得到符合设计要求且性能更好的运动规律ꎬ本文通过对位移㊁速度以及加速度的分析ꎬ在运动过程中分段加入合适的边界条件以及其他约束条件ꎬ对多项式运动规律曲线进行分段优化设计ꎬ从而得到更精确㊁小冲击㊁无过大功率变化的改进型多项式运动规律ꎮ１ 多项式运动规律的数学方程计算如图１所示ꎬ推杆位移Ｓ和凸轮转角θ存在一定的运动关系ꎬ该关系如引言所述可以有多种运动规律ꎮ图１㊀凸轮转角和推杆位移曲线㊀㊀本文论述的是多项式运动规律ꎬ其基本形式为:㊀Ｓ＝Ｃ０＋Ｃ１θ＋Ｃ２θ２＋Ｃ３θ３＋ ＋Ｃｍθｍ(１)式中:Ｃ０ꎬＣ１ꎬＣ２ꎬＣ３ꎬ ꎬＣｍ为使Ｓ和Ｓ的某些导数满足运动过程规定的边界条件的待定常数ꎮ式(１)中各次幂的相继项目数应与决定凸轮运动所需的条件数相等[５]ꎮ收稿日期:２０１９－０７－０２作者简介:王刚(１９８７ )ꎬ男ꎬ工程师ꎬ主要研究方向为烟草包装机机械设计ꎬｗａｎｇ＿ｇｎ＠ｃｔｍｔｃ.ｎｅｔ.３２ ２０２０年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ａｕｇ.２０２０第４９卷第８期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４９Ｎｏ.８㊀㊀对式(１)进行一次求导可得到速度方程ꎬ二次求导得到加速度方程ꎬ三次求导得到跃度方程ꎬ直到更高的阶次ꎮ在对通用机械的凸轮运动规律进行设计时ꎬ通常只需要保证速度及加速度连续即可ꎬ即设定起点和终点的约束条件为:当θ＝０时ꎬＳ＝０ꎬＶ＝０ꎬＡ＝０ꎻ当θ＝δ时ꎬＳ＝ｈꎬＶ＝０ꎬＡ＝０ꎮ其中δ为凸轮转角ꎬｈ为推杆位移ꎬＶ为推杆速度ꎬＡ为推杆加速度ꎮ由上述６个边界条件ꎬ可得该多项式方程为:㊀Ｓ＝Ｃ０＋Ｃ１θ＋Ｃ２θ２＋Ｃ３θ３＋Ｃ４θ４＋Ｃ５θ５(２)将方程(２)对θ求导ꎬ得Ｖ＝Ｃ１＋２Ｃ２θ＋３Ｃ３θ２＋４Ｃ４θ３＋５Ｃ５θ４(３)将方程(３)对θ求导ꎬ得Ａ＝２Ｃ２＋６Ｃ３θ＋１２Ｃ４θ２＋２０Ｃ５θ３(４)将６个边界条件代入方程(２)㊁(３)㊁(４)ꎬ联立求解得Ｃ０＝Ｃ１＝Ｃ２＝０ꎻＣ３＝１０ｈδ３ꎻＣ４＝－１５ｈδ４ꎻＣ５＝６ｈδ５ꎮ将Ｃ０ꎬＣ１ꎬＣ２ꎬＣ３ꎬＣ４ꎬＣ５的值代入式(２)㊁(３)㊁(４)ꎬ可得到位移㊁速度和加速度的运动方程为:Ｓ＝ｈ[１０(θδ)３－１５(θδ)４＋６(θδ)５]㊀θɪ(０ꎬδ)(５)Ｖ＝ｈδ[３０(θδ)２－６０(θδ)３＋３０(θδ)４](６)㊀Ａ＝ｈδ２[６０(θδ)－１８０(θδ)２＋１２０(θδ)３](７)通过方程(５)㊁(６)㊁(７)可以看出ꎬ速度和加速度都是连续的ꎮ根据式(５)可以写出多项式运动规律的位移方程通式[６]:Ｓ＝ｈ[Ｃｎ(θδ)ｎ＋Ｃｎ＋１(θδ)ｎ＋１＋ ＋Ｃ２ｎ－１(θδ)２ｎ－１](８)式中:ｎ为起点的约束条件个数ꎮ利用终点的约束条件ꎬ即θ＝δ时ꎬＳ＝ｈꎬＶ＝０ꎬＡ＝０ꎬ ꎬ可得用于计算各系数Ｃ的线性方程组:Ｃｎ＋Ｃｎ＋１＋ ＋Ｃ２ｎ－１＝１ｎＣｎ＋(ｎ＋１)Ｃｎ＋１＋ ＋(２ｎ－１)Ｃ２ｎ－１＝０ｎ(ｎ－１)Ｃｎ＋(ｎ＋１)ｎＣｎ＋１＋ ＋㊀(２ｎ－１)(２ｎ－２)Ｃ２ｎ－１＝０ìîíïïïïï(９)运用代数运算ꎬ求得线性方程组(９)的解为:Ｃｎ＝[(ｎ＋１)(ｎ＋２) (２ｎ－１)]/㊀{[(ｎ＋１)－ｎ][(ｎ＋２)－ｎ] ㊀[(２ｎ－１)－ｎ]}Ｃｎ＋１＝[ｎ(ｎ＋２) (２ｎ－１)]/㊀{[ｎ－(ｎ＋１)][(ｎ＋２)－(ｎ＋１)]㊀[(２ｎ－１)－(ｎ＋１)]} Ｃ２ｎ－１＝[ｎ(ｎ＋１)(ｎ＋２) (２ｎ－２)]/㊀{[ｎ－(２ｎ－１)][(ｎ＋１)－(２ｎ－１)] ㊀[(２ｎ－２)－(２ｎ－１)]}ìîíïïïïïïïïïïïïï(１０)式(１０)是在给定起点和终点约束条件的情况下ꎬ对高次多项式运动规律的位移㊁速度㊁加速度等进行联合求解而得到的各系数计算公式ꎮ当运动规律要求有特定的起点和终点约束条件时ꎬ只需要在式(１０)中代入指定的值ꎬ便可得到相应的系数值ꎮ２㊀附加约束条件的多项式运动规律设计除了规定在边界处有一个或几个位移导数等于零的条件外ꎬ还可以给出起点或终点处一个或几个位移导数的具体数值ꎬ这种具有更多约束条件的运动规律能够严格控制凸轮机构的运动学性能[５]ꎮ现根据具体情况进行设计论述ꎮ设定升 停 回型凸轮ꎬ运动循环图如图２所示ꎬ图中δ１为凸轮升程转角ꎬδ２为停程转角ꎬδ３为回程转角ꎮ回程时ꎬ凸轮旋转δ３１ꎬ推杆位移为ｈ１ꎻ凸轮继续旋转δ３２ꎬ推杆位移为ｈ２ꎻ凸轮最后旋转δ３３ꎬ推杆位移为ｈ３ꎮ其中ｈ１＋ｈ２＋ｈ３＝ｈꎬδ３１＋δ３２＋δ３３＝δ３ꎮ图２㊀运动循环图㊀㊀升程段没有特殊的运动要求ꎬ根据多项式运动方程(８)正常求解即可ꎮ回程段时要求先进行一段加速运动ꎬ然后进行一段匀速运动ꎬ最后再进行一段减速运动ꎬ对于这样的运动特性ꎬ目前通常采用圆弧拼接的改进型等速运动规律[６]ꎮ该运动规律的缺点是加速度不连续ꎬ会造成柔性冲击ꎮ２.１㊀对升程段进行求解由于升程δ１段没有特殊要求ꎬ那么在没有刚㊁柔性冲击的条件下ꎬ可定义其边界条件为:θ＝０ꎬＳ＝０ꎬＶ＝０ꎬＡ＝０ꎻθ＝δ１ꎬＳ＝ｈꎬＶ＝０ꎬＡ＝０ꎮ４２ ２０２０年第４９卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀将ｎ＝３代入式(１０)ꎬ可求得各系数的值ꎬ将各系数值代入式(８)ꎬ从而得到升程段的多项式运动规律位移方程:Ｓ＝ｈ[１０(θδ１)３－１５(θδ１)４＋６(θδ１)５](１１)２.２㊀对回程段进行分段求解凸轮回程δ３段由于存在多个设计条件ꎬ采用单一的多项式运动规律显然不能满足其运动要求ꎬ因此对其进行分段求解[７]ꎮ假设推杆位移为ｈ１时ꎬ推杆速度为ｖ１ꎻ位移为ｈ２时ꎬ推杆速度为ｖ２ꎻ位移为ｈ３时ꎬ推杆速度为ｖ３ꎮ对ｈ１位移段运动方程进行求解ꎬ为了保证接合处加速度曲线连续ꎬ在θ＝δ３１处的加速度应等于ｈ２位移段的加速度ꎬ即Ａ＝０ꎮ为了便于计算ꎬ将升程和凸轮转角无量纲化ꎬ即令最大升程和最大凸轮转角都为１[８]ꎬ同时对速度也进行无量纲化表示ꎬ由于此时速度不为０ꎬ设定速度等于１ꎬ其边界条件为:θ＝０ꎬＳ＝０ꎬＶ＝０ꎬＡ＝０ꎻθ＝１ꎬＳ＝１ꎬＶ＝１ꎬＡ＝０ꎮ将这６个边界条件的具体值代入到式(２)㊁(３)㊁(４)ꎬ联立求解得:Ｃ０＝Ｃ１＝Ｃ２＝０ꎻＣ３＝６ꎻＣ４＝－８ꎻＣ５＝３ꎮ由此得出位移㊁速度及加速度的多项式无量纲运动方程如下:Ｓ＝６θ３－８θ４＋３θ５Ｖ＝１８θ２－３２θ３＋１５θ４Ａ＝３６θ－９６θ２＋６０θ３{(１２)只要把式(１２)中的每一项Ｃｎθｎ乘上ｈδｎꎬ即ｈＣｎ(θδ)ｎꎬ就可以把无量纲方程变换成为实际方程[４]ꎮ因此ｈ１位移段的实际多项式方程为:Ｓ＝ｈ１[６(θδ３１)３－８(θδ３１)４＋３(θδ３１)５]Ｖ＝ｈ１δ３１[１８(θδ３１)２－３２(θδ３１)３＋１５(θδ３１)４]Ａ＝ｈ１δ２３１[３６ θδ３１－９６(θδ３１)２＋６０(θδ３１)３]ìîíïïïïïïï(１３)对ｈ２位移段运动方程进行求解ꎬ由于此段为匀速运动ꎬ因此其加速度Ａ＝０ꎬ速度Ｖ＝ｈ２δ３２ꎬ位移Ｓ＝ｈ２δ３２θꎮ对ｈ３位移段运动方程进行求解ꎬ为了保证接合处速度曲线连续ꎬ此段起始速度与ｈ２位移段的速度相等ꎬ为了保证接合处加速度曲线连续ꎬ此段起始处的加速度应等于ｈ２位移段的加速度ꎮ于是其边界条件为:θ＝０ꎬＳ＝０ꎬＶ＝１ꎬＡ＝０ꎻθ＝１ꎬＳ＝１ꎬＶ＝０ꎬＡ＝０ꎮ运用ｈ１位移段计算方法ꎬ可求得ｈ３位移段的多项式方程为:Ｓ＝ｈ３[θδ３３＋４(θδ３３)３－７(θδ３３)４＋３(θδ３３)５]Ｖ＝ｈ３δ３３[１＋１２(θδ３３)２－２８(θδ３３)３＋１５(θδ３３)４]Ａ＝ｈ３δ２３３[２４ θδ３３－８４(θδ３３)２＋６０(θδ３３)３]ìîíïïïïïïï(１４)根据式(１３)㊁(１４)及已知条件可得出:ｖ１＝ｈ１δ３１ꎬｖ２＝ｈ２δ３２ꎬｖ３＝ｈ３δ３３ꎬｖ１＝ｖ２＝ｖ３ꎬδ３１＋δ３２＋δ３３＝δ３ꎮ由于ｈ１ꎬｈ２ꎬｈ３ꎬδ３均为已知量ꎬ且ｈ１＋ｈ２＋ｈ３＝ｈꎬ因此可求得３个未知量:δ３１＝δ３ｈ１ｈꎬδ３２＝δ３ｈ２ｈꎬδ３３＝δ３ｈ３ｈꎮ至此就求得了回程的三段多项式运动规律方程ꎮ３㊀仿真分析及应用效果在设计完多项式运动规律后ꎬ对其进行仿真分析ꎬ以确保该运动规律符合凸轮设计的基本要求以及附加的特殊需求ꎮ对各已知项进行赋值ꎬ通过第２节计算方法得出多项式运动规律方程ꎬ然后将运动规律方程导入仿真软件ꎬ并与圆弧拼接的改进型等速运动规律进行对比ꎮ图３㊀圆柱凸轮展开图㊀㊀图３中曲线１为多项式运动规律生成的滚子中心轨迹线ꎬ曲线２为用圆弧拼接的改进型等速运动规律生成的滚子中心轨迹线ꎮ两种运动规律的位移㊁速度以及加速度的运动曲线如图４ꎬ５ꎬ６所示ꎮ５２ ２０２０年第８期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王刚:凸轮机构多项式运动规律的设计方法及仿真分析图４㊀位移曲线图图５㊀速度曲线图图６㊀加速度曲线图㊀㊀由图可以看出ꎬ本文求解的多项式运动规律ꎬ其速度和加速度曲线在整个行程中均无突变ꎬ说明该多项式运动规律既无刚性冲击ꎬ也没有柔性冲击ꎬ同时也能严格满足回程的分段控制要求ꎮ而用圆弧拼接的改进型等速运动规律ꎬ虽然速度连续ꎬ但加速度有突变ꎬ会造成柔性冲击ꎬ而且其回程段的各参数只能趋近于要求值ꎬ做不到严格一致ꎮ因此本文多项式运动规律的设计方法是安全有效的ꎮ４㊀结束语本文在确保凸轮机构速度及加速度曲线连续的情况下ꎬ通过对边界条件赋值ꎬ求解出了多项式运动规律的位移方程通式ꎬ并根据通式推导出了各系数的计算公式ꎮ然后通过实例验证了各系数计算公式的便捷性与可靠性ꎬ并介绍了五次多项式运动规律的应用方法ꎮ同时提出了一种针对具有附加约束条件的多项式运动规律的设计方法ꎬ该方法可以针对不同的设计需求ꎬ对凸轮行程进行分段设计ꎬ在确保凸轮机构没有刚㊁柔性冲击的前提下ꎬ满足从动件的特殊动作需求ꎮ最后ꎬ通过对设计的多项式运动规律进行仿真分析ꎬ并与用圆弧拼接的改进型等速运动规律进行对比ꎬ验证了该设计方法是安全有效的ꎮ参考文献:[１]㊀孙桓ꎬ陈作模.机械原理[Ｍ].北京:高等教育出版社ꎬ２００５:１５１－１６０.[２]㊀魏兵ꎬ熊禾根.机械原理[Ｍ].武汉:华中科技大学出版社ꎬ２００７:１１０－１１６.[３]㊀赖晓桦.凸轮六次多项式运动规律的理论分析[Ｊ].机械传动ꎬ２０１０ꎬ３４(９):３０－３２.[４]㊀石永刚ꎬ吴永芳.凸轮机构设计与应用创新[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２００７:２０－２３.[５]㊀邹慧君ꎬ董师予.凸轮机构的现代设计[Ｍ].上海:上海交通大学出版社ꎬ１９８９:１－２１.[６]㊀郑晨升ꎬ葛正浩.凸轮机构从动件运动规律的通用表达式[Ｊ].机械科学与技术ꎬ１９９６ꎬ１５(１):１５１－１５５. [７]㊀朱家诚ꎬ汪进ꎬ吴天星ꎬ等.凸轮从动件运动规律的分段建模方法及设计系统研究[Ｊ].机械设计ꎬ２００８ꎬ２５(７):２３－２５. [８]㊀彭国勋ꎬ肖正杨.自动机械的凸轮机构设计[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ１９９０:５５－６１.ＤｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｍｏｔｉｏｎｌａｗｏｆｃａｍｍｅｃｈａｎｉｓｍＷａｎｇＧａｎｇꎬＲｅｎＺｉｗｅｎꎬＺｈｏｕＫｕｉ(ＣｈｉｎａＴｏｂａｃｃｏＭａｃｈｉｎｅｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｒｅＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉꎬ２０１０２６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｍｏｔｉｏｎｌａｗｗｉｔｈｂａｓｉｃｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎꎬｔｈｉｓｐａ￣ｐｅｒｄｅｒｉｖｅｓｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆｍｏｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｅｒｏｒｄｅｒｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｓａｎｄｅａｃｈｐａｒａｍｅｔｅｒｓ'ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｆｏｒｍｕｌａ.Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃａｍｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｉｔｈａｄｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓꎬｉｔｐｒｏｐｏｓｅｓａｓｅｇｍｅｎｔｅｄｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｍｏｔｉｏｎｌａｗ.Ｉｔｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔꎬｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｆｏｒｓｏｌｖｅｄｐｏｌｙｎｏ￣ｍｉａｌｍｏｔｉｏｎｌａｗꎬａｎｄｃｏｍｐａｒｅｓｗｉｔｈｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｇｅｎｅｒａｌｃｉｒｃｕｌａｒｓｐｌｉｃｉｎｇｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｎｓｔａｎｔｖｅｌｏｃｉｔｙｍｏｔｉｏｎｌａｗꎬｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃａｍｍｅｃｈａｎｉｓｍꎻｐｏｌｙｎｏｍｉａｌꎻｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎꎻａｄｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓꎻｓｅｇｍｅｎｔｓｏｌｕｔｉｏｎꎻｓｉｍｕｌａ￣ｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ６２２０２０年第４９卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
基于ADAMS的凸轮机构参数化设计及精度仿真分析
1 凸轮机构的参数化建模
1. 1 凸轮机构的理想模型
凸轮机构的设计主要是对凸轮轮廓曲线的设
计 。凸轮的轮廓曲线取决于从动件运动规律 ,根据
工作要求选定推杆的运动规律 ,乃是凸轮轮廓曲线
设计的前提 。工程上常用的从动件的运动规律主要
有三角函数和多项式 2 大类 ,可根据实际需要进行
选择 ,也可对以上运动规律进项修正或重新设计从
代入式 ( 1) 可得 C0 = C1 = C2 = 0 , C3 = 10 h/δ30 ,
C4 = - 15 h/δ40 , C5 = 6 h/δ50 ,故其位移方程式为 :
S = 10 hδ3 /δ30 - 15 hδ4 /δ40 + 6 hδ5 /δ50
(2)
1. 2 参数化建模
凸轮的参数化建模采用运动表达式参数化和使
个球体 part , 在 cam create 对话框的 Ref Marker
Name 和 Ref Part Name 栏右击鼠标 ,从弹出的快捷
菜单中执行相应的命令 , 可以选取相应的 part 及
marker 点 ;对话框的其它栏中由于在宏命令中有默
认设置 ,所以系统已经显示了默认值 ,选择 O K 按
钮 ,即可生成一个属于该 part 的凸轮 。
推杆的参数化建模同上 ,编写宏命令生成对话
框 ,如图 2 所示 。通过改变输入参数实现推杆的参
数化建模 ,最终完成整个凸轮机构的建模 。在已建
好的凸轮上施加转动副和驱动 ,在凸轮廓线和推杆
尖顶之间添加高副 ,在推杆与机架之间施加移动副 ,
这样就可创建直动尖顶凸轮机构仿真模型 。
(1)
a = d v/ d t = 2 C2ω2 + 6 C3ω2δ+ 12 C4ω2δ2 +
机械设计-凸轮机构的运动规律分析
s
h
2h p
A
0
5v
1 6
2 7
3 8
a
φ
4φ
φ
φ
φ
φ
小结
1.运动过程分析
运动循环和运动参数
2.从动件的运动规 律
运动规律 等速运动规律 等加速等减速运动 余弦加速度运动规律 正弦加速度运动规律
运动特性
有刚性冲击
柔性冲击 柔性冲击 无冲击
适用场合
低速、轻载
中速、 轻载 中速、中载
✓ 等加速等减速运动规律（线运动规律（正弦加速度运动律）
1.等速运动规律
定义 从动件在推程或回程作等速运动。
启动瞬间: 速度由0→v0，a 由0→∞ 终止瞬间: 速度由v0→0，a 由0→－∞
冲击特性：始点、末点刚性冲击(F=ma) 适用场合：低速轻载
s h
O
v
O
a
∞
O
v0
φ φ
φ φ
φ φ
－∞
2.等加速等减速运动规律 定义 从动件在推程或回程的前半行程作等加速 运动，后半行程作等减速运动。
运动线图 从动件位移方程
抛物线
动力特性 加速度在运动的起始、中间和终止 位置有突变。
存在柔性冲击 (F=ma)
适用场合 中速轻载。
A
B
3.简谐（余弦加速度）运动规律
近休止：从动件在初始位置静止不动。 近休止角 ：凸轮转过角度 Φs´ 凸轮与从动件的关系： 从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓曲
二、从动件的运动规律
从动件的运动规律：从动件的位移（s）、速度（v）和加速 度（a）随时间（t）或凸轮转角（φ）的变 化规律。
SolidWorks三维设计及运动仿真实例教程 实例23 凸轮机构运动仿真
添加马达 仿真参数设置 曲线接触运动仿真 实体接触动力学仿真
工作原理 零件造型 装配 仿真
在MotkmManager界面中，拖动键 码将时间的长度拉到1s,单击工具栏上的 “运动算例属性”按钮，在弹出的“运动 算例属性”管理器中的【Motion分析】 栏内将每秒帧数设为“100”,选中【3D 接触分辨率】下的【使用精确接触】复选 框，其余参数采用默认设置，如图所示， 单击“确定”按钮，完成仿真参数的设置。
工作原理 零件造型 装配 仿真
创建凸轮
坐标数据将显示在“曲线文件”中；单击【确定】，
创建滚子、摆杆和机架 凸轮理论廓线被绘制出来，如图所示。
工作原理 零件造型 装配 仿真
创建凸轮 创建滚子、摆杆和机架
点击【草图】【草图绘制】 命令，选择【前视基准面】；点 击【等距实体】命令，单击前面 绘制好的曲线，输入摆杆滚子半 径12mm，点击【反向】，点击 【确定】，将曲线转换成草图曲 线，得到凸轮实际轮廓曲线，如 图所示。
右击 FeatureManager设 计树中的“材质<未指定>”， 在弹出的菜单中选择 “普通碳 钢”。最后以文件名“凸轮”保 存该零件。
工作原理 零件造型 装配 仿真
创建凸轮
根据已知条件：滚子半径=12mm，摆杆长度=
创建滚子、摆杆和机架
120mm,凸轮与摆杆转动中心距离= 150mm,根据以下 三个草图，以距离10mm两侧对称拉伸草图轮廓，得到
入，单击布局选项卡中的【运动算例1】， 在 MotionManager工具栏中的【算例类型】下拉列表中 选择“Motion分析”。
实体接触动力学仿真
单击MotionManager 工具栏中的“马达”按钮 ,为 凸轮添加一逆时针等速旋转 马达，如图所示，凸轮转速 n=72RPM = 432° /s,马达 位置为凸轮轴孔处。
凸轮机构的计算机辅助设计与运动仿真分析
首先确定零件的形状、 结构、 尺寸和公差等， 并在计 算机上进行二维绘图和三维实体造型， 然后通过装 配模块完成零 件组装， 形成整机 . 装配是动态仿真 的前提， 装配关系的正确与否直接影响动态仿真的
足要求， 在此我们以其运动轨迹为例来说明分析运 效果 . 装配前， 先确定运动构件及构件间的运动副， 动机构和获取分析结果的过程 . 最后由各机构构成整机， 并为仿真做准备 . � � � � � � � � � � � � 单击特征操作按钮区的分析 （ A ） 凸轮机构的装配并不复杂， 在装入机架零件之 按钮通过相应的对话框定义分析名称， 后单击特征操作区的增加组件 （A 单击特征操 作按钮区的测量 （G � � � � � � � � � � � � � � ） 按钮装入凸轮， 在此要注意的是应该选择 ） 定义测量名 称、 测量类型、 测量对 元件放置 （C ） 对话框的连接 （C 象、 评估方式等， 在这里 我们选择测量从动件末 点 ） 按钮， 打开连接面板， 并在连接类型中选择销 位移， 接受系统的每时间步距 （E ） 的评 � � � � � � � � � � � 钉 （ ） 连接， 按照系统提示选取相应的对象从而完 估方法， 在按照要求完成了所有的参数定义之后就 成连接方式的建立 . 凸轮机构其他零部件的连接方 可以得到分析结果， 对于改点的位置变化我们可以 式可按照此方法依次完成， 其装配模型如图 2 所示 . 通过产生其轨迹线的方法来直接观察， 也可以输出 � . � 设置运动环境 位移—时间图 表来记录， 还可以通过产 生 E 表 � � � � 凸轮的运 动环境主要应 该完成弹簧、 阻尼器、 来对数据进行存储 . 这几种情况分别如图 4 所示： 驱动器等的设置 . 首先在装配模型的环境下通过菜 当然对于以上的运动模型 不仅可以观察 其运 单栏择应用程序 （A ） 进入 M 工作环 动情况， 还可以完成相应的速度分 析、 加速度分 析 境， 按照一定的方法建立凸轮随动连接以及槽随动 以及受力分析， 同样的我们可以得到不同形式的分 连接 . 接下来单击特征操作区的弹簧 （ ） 按钮， 打开弹簧对话框， 设置其属性： “ =15 ， =3 7. 6 ， 83 ” 并设置好弹簧图标的显示直径， 同样的 法单击特 征操作按 钮区的阻尼器 （D D ） 打开其对 话框设置好基准点以及阻尼系 ， 最后单击特征操 作区的伺服电动机 （D M ） 按 钮， 按照 析结果 . （下转第 118 页）
凸轮机构的运动学仿真实验_02
机构与零部件设计（Ⅰ）实验报告姓名凸轮机构运动学仿真班号成绩凸轮机构的运动学仿真一、实验目的：1. 理解凸轮轮廓线与从动件运动之间的相互关系，巩固凸轮机构设计及运动分析的理论知识。
2. 用虚拟样机技术模拟仿真凸轮机构的设计。
二、实验内容：1．凸轮轮廓线的构建；2．凸轮机构的三维建模；3．凸轮机构的运动学仿真。
具体要求：设计对心直动滚子从动件凸轮机构已知从动件的运动规律为：当凸轮转过=600时，从动件以等加速等减速运动规律上升h=10mm；凸轮再转过=1200，从动件停止不动；当凸轮再转过=600时，从动件以等加速等减速运动规律下降h=10mm；其余s=1200，从动件静止不动。
已知基圆rb=50mm，滚子半径r=10mm，凸轮厚度10mm。
凸轮以等角速度顺时针转动，试设计凸轮机构，并输出从动件运动规律。
实验步骤：三、实验报告：将所建立的凸轮廓线、凸轮机构的三维模型、凸轮机构的从运件运动规律附在实验报告中。
机构与零部件设计（Ⅰ）实验报告凸轮机构运动学仿真构建凸轮轮廓曲线的参数化方程1.推程阶段等加速部分：等减速部分：2.远休止阶段rb=50mm S3 = h 3.回程阶段4.近休止阶段rb=50mm S6=0 凸轮轮廓曲线凸轮机构的三维模型凸轮机构从动件运动规律对设计结果进行分析思考题：1．在构建凸轮轮廓线的曲线应注意哪些事项？在建立凸轮机构的三维建模时又应注意哪些事项？建凸轮轮廓曲线时首先该凸轮轮廓曲线分为四段推程阶段（等加速、等减速）、远休止阶段、回程阶段、近休止阶段。
建立表达式时较复杂，例如要将上诉规律分为六小段，即b1=30,b2=60,b3=180,b4=210,b5=240,b6=360且a1=0,a2=b1,a3=b2,a4=b3,a5=b4,a6=b5(单位皆为度)。
另知在最后插入曲线时要将输入的x1、y1等相互对应，且将Z值变为0.还要根据设计任务的要求选择凸轮的类型和从动件运动规律确定凸轮的基圆半径，确定凸轮的轮廓在建立三维模型，表达式的建立时，要注意参数化曲线的建立以及连杆，运动副的定义，特别注意高副的定义。
凸轮机构的运动仿真分析
一
( c ) 没 置 标 志 点 ： 为测 量 两 摊 板 问 在 仿 真 运 动 时 的 同
截 面 上 的 中心 点 与 实 体
2
起 放入 滚子 的装 配 引用 集
。
步距 离
点
3
，
在 与两 推 板 滑 动 方 向
、
一
致 的 直 线 上建 立 两 标 志
和推板
2 上
，
建 立 运 动 分 析 方案及 连 杆和 运 动 副 的设 置
为连 杆 定 义 推 板
，
定 义 关 节 轴 承 的外 球 头
2
和拉杆
2
1
拉杆
运动
和关节轴承 推出
1
1
和 内球 头
；
为连 杆
1
。
外球 头
与推 板
将烟包从烘干
，
1
之 间用球 面 副约束
定 义推 板
对 地 的 运 动 副 为滑 动
转塔
1
同时 凸
2
、
副；
定义 连 杆 外球 头
，
1
和 连杆 外球 头 2 之 间 的运 动 副 为
为 连 杆 与地 的运 动 副 为 旋 转 副 与 凸 轮
， ，
l
连 杆 的约
束 为 点 在 线 上 副 ；定 义 关 节 轴 承
，
l
的外 球 头
，
l
为连 杆 定，ຫໍສະໝຸດ 凸轮l、义 它 与摆 杆
1
连 杆 之 间 的运 动 副 为 球 面 副
；
球 面 副 的原
2
带 动摆 杆
1
，
1
、
推板
点 设 在 球 面 的 中心
对心直动尖顶盘型凸轮机构进行运动仿真分析__毕业设计
对心直动尖顶盘型凸轮机构进行运动仿真分析目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)第1章任务与课题条件 (1)1.1任务 (1)1.2课题条件 (1)第2章凸轮机构及PRO/E简介 (2)2.1凸轮机构简介 (2)2.2 PRO/E简介 (7)第3章盘形凸轮创建过程 (10)3.1新建零件 (10)3.2创建拉伸特征 (10)3.3创建方程曲线 (10)3.4创建图形特征 (12)3.5创建可变剖面扫描特征 (12)3.6创建孔特征 (13)第4章其余零件设计 (15)4.1从动杆设计 (15)4.2连杆设计 (15)4.3滑块设计 (16)第5章装配 (17)第6章机构仿真 (18)6.1定义凸轮从动连接机构. (18)6.2添加驱动器 (18)第7章运动分析及结果分析 (21)7.1运行分析 (21)7.2结果回放 (22)7.3结果分析 (23)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)摘要机械产品的运动分析和仿真在机械产品的设计中是不可缺少的重要环节。
在各类机械的传动结构中，凸轮结构有着广泛的应用，根据凸轮机构的设计原理，提出了在pro/e 中实现凸轮设计及实体造型的方法,并主要利用Pro/e Wildfire的运动学分析模块Mechanism对凸轮机构进行了运动学分析和仿真，这对凸轮机构的优化设计将提供较大的帮助。
本文通过对对心直动尖顶盘型凸轮机构进行运动仿真分析，更加明确了该机构的优缺点，对于该机构的优化设计以及该机构以后的用途将提供指导作用。
关键词：凸轮机构 Pro/E 运动仿真运动分析AbstractSimulation technology in the mechanical products design plays an important role. In some mechanical transmission structures,the cam mechanism is used widely, Introducs the method of cam design and modeling in Pro/E,and mainly expiains the kinematics analysis and the simulasion by using Pro/E Wildfire Mechanism ,it will provide useful help to the optimized design of cam mechanism. This article through to the heart of translational knife-edge plate cam mechanism motion simulation analysis, more clearly the advantages and disadvantages, for the optimal design of the mechanism as well as the agency later use will provide guidance.Key Words：cam mechanism ;Pro/E;motion simulation;motion analysis第1章任务与课题条件1.1 任务为了对凸轮机构进行更好的优化设计以及对凸轮机构以后的应用起指导作用，因此基于pro/e对盘型凸轮机构进行设计与运动仿真，并对速度和加速度进行分析，研究该盘型凸轮机构的运动情况，并对该凸轮机构以后的应用作出预测。
圆柱凸轮分度机构的设计计算及运动仿真
圆柱凸轮分度机构的设计计算及运动仿真圆柱凸轮分度机构是一种常见的传动机构，用于将连续运动转换为间断运动。
它由凸轮、凸轮轴、旋转体、均衡轮、从动件和驱动件等部分组成。
设计计算和运动仿真是圆柱凸轮分度机构设计过程中的重要步骤，下面将对其进行详细介绍。
设计计算是圆柱凸轮分度机构设计的关键步骤之一、首先需要确定驱动件和从动件的构型。
通常，驱动件为凸轮轴，从动件为旋转体。
然后，需要根据要求的间断角度和转速计算凸轮的几何参数，如凸轮半径、凸轮高度和凸轮轴位置。
凸轮的几何参数决定了从动件的运动特性，如加速度和速度。
计算凸轮的几何参数时，可采用凸轮的设计曲线。
设计曲线可以通过将所需的运动规律与给定凹模曲线相叠加得到。
凹模曲线是一个以分度运动为基础的曲线，其参数对凸轮的运动特性有重要影响。
凹模曲线的形状和尺寸决定了从动件在分度运动过程中的加速度和速度的变化规律。
在完成设计计算后，需要进行运动仿真来验证设计的准确性和可行性。
运动仿真可以通过使用专业的仿真软件，如ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）来实现。
通过建立凸轮、凸轮轴、旋转体、均衡轮、从动件和驱动件的几何模型，并设置运动和约束条件，可以模拟圆柱凸轮分度机构的运动过程。
运动仿真可以得到从动件的运动规律和性能参数，例如位置、速度和加速度的变化规律。
通过对仿真结果的分析和评估，可以判断设计的合理性，并根据需要对凸轮的几何参数进行调整和优化，以满足运动要求。
综上所述，圆柱凸轮分度机构的设计计算和运动仿真是设计过程中不可或缺的步骤。
通过设计计算和运动仿真，可以确定凸轮的几何参数，并验证设计的准确性和可行性。
这为圆柱凸轮分度机构的制造和应用提供了重要的参考依据。
基于Pro／E凸轮机构的设计仿真及运动分析
理论 ／ 发 ，设计 ， 研 嗣造
基 ｒＥ 轮 构 设 仿 及 动 析 于Ｐｏ 凸 机 的 计 真 运 分 ／
陈云 召 ， 王 豪 长江 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 北 荆 州 ４ ４ ２ 湖 ３ ０ ０）
摘
要： 论述 了基本的凸轮机构 的设计原理 ， 以及在 Ｐｏ 三 维软件 中 行 运动仿真 、 ｒＥ ／ 进 机构和运动分析 ， 得到推杆位移 、 速
具 栏 中 选择 应 用 程序 一 机 构 ，右 边 就 会 出现 凸轮 连接 图
机械工程师 ２１ 年 ００ 第９ ３ 期８ ３
字木 交 ； 赢
理论 ／ 茧 ／ 研ｊ 设计 ， 造 制
侧 的阻 尼 器 图标 ，出现 阻 尼
器对 话 框 ， 在推 杆 中部也 就 是 弹 簧之 间 设 置阻 尼 ， 尼常 阻 数 ｃ为 １ ０ ０ 。然 后设 置 伺 服 电动机 ， 右侧 选 择 电动 机 图 在
标 ， 取 凸轮 与 固定 件之 间的销 钉 作 为传 动轴 。 轮廓 中 选 在
设 计 凸 轮轮 廓 线 时 ， 设 凸 轮静 止 不 动 ， 假 推杆 相 对 于 凸轮
沿一 ∞方 向反 转 运 动 。得 出推 杆 的一 系列 位 置 ， 顶 尖位 其 置连成 的 曲线就 是 凸轮 的轮廓 线 。
２ 凸轮 机构 运 动 仿真
设 计 好 凸轮 的 轮廓 后 就可 以在 Ｐｏ ｒ Ｅ中进 行 建 模 ， ／ 这
凸轮机 构在 自动 机 和 自动控 制 装置 中被 广 泛地 运用 ， 是相 当 重要 的连 杆件 ，只要设 计 出适 当的 凸轮 轮廓 曲线 ， 推 杆就 可 以得 到各 种 预期 的运 动 规 律 ， 构 简 单 ， 结 响应 迅 速 。凸轮 装 置 的变化 很 多 ， 几乎 所有 的任 意动作 都 可 以通 过 此机 构 生成 。但 凸 轮价 格 高 ， 易磨 损 ， 且 运行 时 噪 声 而 大 ， 速 运行 时从 动 件 易产 生 不 稳 定 的跳 动 等 ， 以就 要 高 所 尽量使 凸轮结 构合 理 ， 大 限度 地发 挥 凸轮 的优 势 。采 用 最 Ｐｏ ｒ Ｅ对 凸轮 进行 仿 真和 机构 运 动分 析 ，可使 我们 的设 计 ／ 更加 方便 ，为后续 机构 优 化设 计 提供 了一 个好 的参考 ， 极 大地 提高 了设计 效率 。对 Ｐｏ ｒ Ｅ的分 析熟 练后 能够很 好 的 ／ 掌握 Ａ Ｓ Ｓ等功 能更强 大 的有 限元 分析 软件 。 ＮＹ
基于多项式型运动规律凸轮配气机构运动仿真
0引言发动机是智能制造发展最主要动力装备之一，发动机性能好坏直接影响整体能源效率与排放[1]。
对发动机性能造成影响的多种因素中，配气机构是主要原因之一[2]，它将对设备整体的安全性，可靠性造成严重的影响[3]。
在众多形式配气机构中，气门顶置式凸轮配气机构是最常用的一种，其具有结构简单、传动效率高等特点[4]。
在运行过程中，配气机构由其配气凸轮带动，因此配气凸轮线型设计对整体机构运行效率起关键作用[5]。
具有良好线型的配气机构，进排气效率高，时面值大，损耗低，反之则容易产生转换效率低，传动脱落等问题[6]。
设计改进凸轮配气机构线型时，大多通过参考资料结合经验的方法，完成配气机构凸轮轮廓曲线设计，并以此为基础完成凸轮配气机构运动分析计算，验证其合理性[7]。
这样的设计验证过程，一方面设计计算难度大，灵活性低，设计过程很难考虑到凸轮轮廓由于多段曲线连接造成曲率半径变化而对轮廓曲线产生的影响[8]。
另一方面，转动轴高速运转造成了配气机构弹性形变，进而对配气机构运动性能产生影响，改变了配气机构位移、速度、加速度等运动参数，尤其是速度和加速度，从而对轮廓曲线设计产生影响[9]。
设计过程的不全面考虑造成从动件运动规律偏差，最终影响配气机构运动，导致发动机整体效率降低并影响设备安全[10]。
针对此，以12150L型柴油发动机气门凸轮式配气机构为例，基于多项式型运动规律，通过凸轮配气机构动力学仿真分析研究方法，用Matlab对不同类型从动件多项式运动规律进行仿真，得出位移、速度、加速度与凸轮转角之间关系曲线，并以此完成配气机构凸轮轮廓曲线设计。
1配气机构凸轮线型设计配气机构凸轮线型设计是指以配气机构安全高效运转为原则，选取最佳凸轮轮廓参数。
凸轮轮廓参数可通过两种方法表达：①给出凸轮从动件各段图形几何形状或者曲线方程，机械设计中根据凸轮从动件运动规律求解出凸轮轮廓曲线即为完成凸轮求解。
②同步给出凸轮基圆半径和从动件位移曲线。
凸轮机构六次多项式运动规律的理论分析
凸轮机构六次多项式运动规律的理论分析
赖晓桦
【期刊名称】《机械传动》
【年(卷),期】2010(34)9
【摘要】从理论上分析了六次多项式作为凸轮机构从动件的运动规律的优点,与多项式运动规律相比,六次多项式没有一次多项式和二次多项式运动规律的刚性冲击和柔性冲击,具有五次多项式运动规律的优点;同时它可以通过调整参数使凸轮的受力情况或功率波动得到改善,这是比五次多项式运动规律优越的地方。
【总页数】3页(P30-32)
【关键词】凸轮;从动件运动规律;六次多项式
【作者】赖晓桦
【作者单位】广西机电职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH112.2
【相关文献】
1.凸轮机构高次多项式运动规律曲线研究及仿真分析 [J], 巨刚;袁亮;刘小月
2.基于多项式型运动规律凸轮配气机构运动仿真 [J], 金杜挺; 郁元正
3.基于多项式型运动规律凸轮配气机构运动仿真 [J], 金杜挺; 郁元正
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5.凸轮机构多项式运动规律的改进设计 [J], 段楠
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摘
要： 基 于凸轮机构三次、 五次 多项式运动规律 曲线的理论分析 ， 推导 出高次多项 式运 动规律位移方程及参数拟合公
式， 采用更高次多项式运动规律曲线方程进行验证 ， 并在 同种条件 下用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ软件 对四种 曲线的位移 、 速度 、 加速度 、
加加速度进行分析 。同时用加加速度 的观点对四种 曲线冲击现 象分析 ， 得 出七次以上的运动规律 曲线在加加速度 这个 范
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畴 内具有永远的连续性 、 无冲击现象。并且证 实了高次多项式凸轮的受力或功率波动程度即高次多项式运动规律 凸轮在 运转过程 中的平稳程度与次数有 关。 关键词 ： 凸轮； 高次 多项式 ； 加加速度 ； ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ — ０ １ ０ ７ — ０ ３
第 ５期 ２ ０ １ ５年 ５月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ １ Ｏ ７
凸轮机 构 高次 多项式运动规律 曲线研 究及仿 真分析
巨 刚， 袁 亮， 刘小月
８ ３ ０ ０ ４ ７ ） （ 新疆 大学 机械工程学 院， 新疆 乌鲁木齐
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