凸轮机构的键合图建模与仿真
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。
基于ADAMS尖顶凸轮机构的仿真与分析
2.4.1尖顶从动件直动凸轮机构如图2-1所示为一尖端移动从动件盘形凸轮机构，凸轮1为一半径R=100mm 的偏心圆盘，凸轮的回转中心A到凸轮的几何中心0的距离H=30mm，凸轮匀速转动的角速度 =30d/s。
图2-1 运动简图对上述实例用ADAMS/View模块进行虚拟样机的建模，建模过程如下：1.启动ADAMS软件。
2.创建模型名称：jiandingzhidong。
如图2-2。
3.设计工作环境：在菜单settings中，如图2-3所示，设置单位。
如图2-4所示，设置工作网格。
如图2-5所示设置图标。
然后按F4打开光标位置显示，如图2-6所示。
图2-2 ADAMS/View的启动界面图2-3设置单位图2-4 设置工作网格图2-5 设置图标图 2-6 光标位置显示4.创建凸轮：（1）创建圆曲线：在ADAMS/View零件工具库中，右键点击，然后左键选择circle ，然后在工作区中的（0，0，0）位置，则创建出一个半径为100mm的圆曲线。
（2）如图2-7所示，右击圆曲线弹出快捷菜单选择Circle：CIRCLE_1/Modify 弹出如图2-8所示对话框。
然后将Segment Count更改为50。
图2-7 图2-8（3）点击，选择，然后如图2-9设置参数。
然后单击PART_2,然后再单击PART_2.CIRCLE_1。
然后将构建更名为cam。
图2-95.创建移动从动件。
（1）创建从动件尖端：右击，选择，设置参数如图2-10所示，然后单击(0,120,0)和（0，100，0）两处。
将构建重命名为follower。
（2）创建移动从动件：右击，选择，设置参数如图如图2-11所示，然后单击follower，单击（0，120，0）处，上移光标，当出现圆柱体时单击工作区域，则从动件被创建。
如图2-12所示。
6.创建运动副：单击转动副，创建cam与ground之间的转动副JOINT_A。
单击创建follower与ground之间的移动副JOINT_B。
基于Creo的凸轮机构三维参数化设计及运动仿真
基于Creo的凸轮机构三维参数化设计及运动仿真刘鹏冯立艳李静卢家宣蔡保杰冷腾飞苗伟晨（华北理工大学以升创新基地河北·唐山063210）摘要本文主要介绍用Creo对凸轮机构进行参数化设计并以圆柱槽状凸轮机构为例进行运动仿真，再通过C#软件完成人机交互，即操作人只需在程序界面输入槽状凸轮相应参数即可完成凸轮的三维建模，从而绘制出相应的位移、速度、加速度曲线进入仿真和分析环节。
这样即缩短了凸轮的设计周期提高了设计质量，并且解决了凸轮教学课程存在的设备成本高、设备数量少、实验时间和空间受限等难题。
关键词凸轮Creo参数化仿真中图分类号：TP391.9文献标识码：A1基于Creo软件下的凸轮三维建模1.1Creo环境下槽状凸轮机构三维参数化造型基本思路（1）参数化过程需准备可变参数包括行程、推程角、远休角、回程角、近休角、外径、壁厚、基底高度、凸轮高度、槽深、槽宽，以上变量成为参数组。
（2）通过根据凸轮不同运动规律编写推程、远休止、回程、近休止段凸轮轮廓线方程，本例应用的凸轮推程回程为正弦加速度运动规律。
（3）分段绘制出理论轮廓曲线，将各段曲线首尾相连封闭，即为完整的凸轮理论廓线。
（4）生成凸轮实体；加入参变量，实现参数化。
1.2三维建模具体步骤Creo是如今今应用最广的三维绘图软件之一，主要用于参数化实体设计，它所提供的功能包括实体设计、曲面设计、零件装配、建立工程图、模具设计、、电路设计、装配管件设计、加工制造和逆向工程等。
其系统特性主要包含单一数据库、全参数化、全相关、基于特征的实体建模等，不仅能实现零件的参数化设计，也可以方便地建立各零部件的通用件库和标准件库，从而提高设计的效率和质量。
1.2.1槽状凸轮机构的三位参数化建模自行设定初步参数组，注意推程角、远休角、回程角、近休角之和为360，（2）运行creo软件，新建零件，进入界面。
（3）选择【工具：程序】，出现菜单管理器，选择编辑设计，出现记事本，在IN PUT和END PUT语句中间输入语句，然后存盘，确认将所做的修改体现到模型中，最后在菜单管理器中输入设定的初步参数值。
基于ADAMS的凸轮机构设计与仿真
线运动，本文就以插床机构为例，基于 ＡＤＡＭＳ 进行凸轮
机构的设计。由凸轮机构实现工作台预期的往复直线运
动，因此凸轮机构的运动规律一般是已知的，在这里假定
凸轮机构中从动件最大摆角 ２０°、从动件杆长 １２６ｍｍ、许
用压力角 ４１°、推程运动角 ６５°、机架 Ｌ 长 １３５ｍｍ 和基圆
半径 ４０ｍｍ。利用 ＶＣ＋＋６．０ 编程语言，计算出绘制凸轮机
度是上可取的，但对于轮廓曲线比较复杂的凸轮机构来
说，显然存在这样一个弊端，就是在数据传输的过程中很
有可能出现信息失真的现象。因此，本文基于 ＡＤＡＭＳ 软
件完成了凸轮机构的设计到仿真整个全过程。
２ 凸轮机构运动规律分析［１，２］
计算任意位置的压力角公式为：
ｔａｎα＝
ｌ×
ｄ" ｄ#
［! ａ×ｃ（ｏｓ "０＋"）－ １］
!!!!!!!!!! 作者简介：韩宝菊（ １９７５－），女，讲师，硕士，研究方向为机械系统动态
设计。
（ ｔｉｍｅ－ ７５／３６０：２０＊ＰＩ／１８０，２０＊ＰＩ／１８０，ｉ（ｆ ｔｉｍｅ－ １０７．５／３６（０： ２０＊ＰＩ／１８０－ 收稿日期：２００６－ ０８－ １０
９２ 机械工程师 ２００７ 年第 １ 期
４ 凸轮机构仿真分析 对该凸轮机构施加约束和驱动，进行仿真分析，输出
摆杆转动角速度与角加速度，如图 ４ 所示。由于从动件摆 杆的运动规律为等加等减速，故为柔性冲击，从曲线图 ４ 可以看出，在摆杆运动的开始、中点和终了位置，也就是 在摆杆速度突变的位置点，角加速度都发生了有限量的 突变，这种突变是由等加速到等减速的柔性冲击所引起 的，而且这种突变也往往会使凸轮机构中引起有限的冲 击。由以上凸轮机构的设计分析结果可以看出，该设计是 与凸轮的实际工作情况相符的，满足实际要求。
用proe做机构仿真 ---凸轮机构
用proe做机构仿真---凸轮机构使用proe做一个凸轮机构本文介绍用proe做机构的方法。
做一个最简单的凸轮机构需要三个实体(如图一）。
凸轮cam、滑块block，承载板base。
如果不想画这三个part，可下载。
开始制作：1、设置工作目录。
2、新建一个asm组合件。
3、安装基板base:Component-Assemble-从弹出的对话框中选择base.prt-open,从图二所示的装配面板中选择-选OK。
即完成第一个另件base的装配。
4、安装凸轮：Component-Assemble-从弹出的对话框中选择cam.prt-open,从图二所示的装配面板中点选Connections出现连接面板（图三）。
（图三）5、接上一步做销钉Pin连接：从绘图区点选凸轮上的圆柱体的圆柱面、接着点选base上10mm孔的圆柱机，紧接着分别点选凸轮与基板的两个接触平面，在连接面板输入值为0。
应该象下图这个样子后先OK完成销钉的连接。
好了，到这一步我们终于做完了第一个机构了。
事实上用这两个part就可做动画了。
下面先试一下一个关键帧动画。
proe提供两种方式做动画，一个是纯动画，好象Flash那样使用关键帧。
另一种是使用驱动方法，下面先介绍一下纯动画的制作方法。
我们要做的事情是使这个凸轮转动。
a、从菜单上选Applications，从下拉菜单中选择Animation(注：如果没有出现Animation,是因为没有安装动画模块，那么这一步做不成，请先安装好动画模块），出现如图动画控制工具箱。
b、点选动画工具箱中的拖拽工具,出现Drag面板如下图。
在Drag面板中点选照相机按钮，这样就创建好了第一个原始位置的关键帧照片。
再拍一次，作为最后一帧。
c、在绘图区直接拖拽凸轮，使其顺时针旋转90度左右，然后点相机按钮拍一次照。
d、重复第上一步分别在180度270度拍一次照。
e、在Drag面板中将Snapshot2改为Snapshot6.-close。
凸轮机构的虚拟设计与运动仿真
2019年第5期凸轮机构的虚拟设计与运动仿真曹勇，邓岭（湖南人文科技学院能源与机电工程学院，湖南娄底417000）摘要：凸轮机构结构简单紧凑，只需设计出适当的轮廓曲线，就能得到推杆预期的运动规律，因此凸轮机构在机械领域中应用广泛。
随着机械工业的快速发展，对于凸轮机构的性能要求也越来越高，所以在凸轮机构设计、制造等方面的工作也越来越困难。
为了探索凸轮机构设计、仿真、分析方法，本文以内燃机的配气凸轮机构为例，综合利用MATLAB 与UG NX 软件，实现了配气凸轮机构的虚拟设计与运动仿真，该方法充分结合了MATLAB 与UG NX 软件的优点，可扩展性和可维护性强，在凸轮机构的计算机辅助设计应用中具有一定的实用价值。
关键词：凸轮机构；虚拟设计；轮廓曲线；运动仿真作者简介：曹勇（1997-），男，湖南永州人。
通讯作者：邓岭（1985-），女，湖南娄底人，硕士研究生，主要研究方向：机械设计理论。
凸轮机构是工程中用以实现机械化和自动化的一种重要驱动和控制机构，在轻工、纺织、食品、医药、印刷、交通运输等领域运行的工作机械中均有应用[1]。
汽车内燃机的配气机构往往采用凸轮机构，由于配气机构配合活塞运动进行吸气和排气，配气机构设计合理与否将直接关系到发动机运行的稳定性，噪音，效率及寿命等问题,因此配气机构的设计非常关键[2]。
而配气机构的运动是由凸轮轮廓控制，因此凸轮轮廓曲线设计是配气机构设计的中心环节。
凸轮轮廓曲线设计一般可分为图解法和解析法，其中图解法绘制轮廓曲线有很大的弊端，工作量大，精度不高。
解析法则可精确地计算出轮廓线上各点的坐标，实现凸轮的高精度设计。
Matlab 是一种科学计算软件，利用Matlab 编程可进行凸轮机构的解析法设计，并对从动件的运动规律(位移、速度、加速度和轮廓线)进行仿真绘制，以达到凸轮轮廓线的精确设计[3]。
UG NX 具有强大的曲线建模功能，将MATLAB 生成的凸轮轮廓线上点的坐标导人UG NX 中，建立配气凸轮机构模型再进行运动仿真从而得到气门运动规律并验证其凸轮结构的合理性，实现凸轮结构的优化设计。
用ADAMS进行凸轮机构模拟仿真示例
例: 尖顶直动从动件盘形凸轮机构的凸轮基圆半径mm r 600=,已知:从动件行程mm h 40=,推程运动角为ο1500=δ,远休止角ο60=s δ,回程运动角ο1200='δ,近休止角为ο30='s δ;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。
解: 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mm h 406/51500===、。
πδ代入余弦加速度运动规律的推程段方程式中,推演得到 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=≤≤=-=δωπδδωδ56cos 8.28)6/50( 56sin 24)56cos 1(202a v s 2. 从动件远休程运动方程在远休程s δ段,即6/76/5πδπ≤≤时, 0,0,===a v h s 。
3. 从动件回程运动方程 因回程段采用正弦加速度运动规律,将已知条件mm h v 403/21200==='、πδο代入正弦加速度运动规律的回程段方程式中,推演得到[]⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧--=≤≤---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-⨯=)5.33sin(180)6/116/7( )5.33cos(160)5.33sin(212375.2402πδωππδππδωππδπδπa v s 4. 从动件近休程运动方程在近休程s 'δ段,即πδπ26/11≤≤时, 0,0,0===a v s 。
创建过程1、 启动ADAMS双击桌面上ADAMS/View 的快捷图标,打开ADAMS/View 。
在欢迎对话框中选择“Create a new model ”，在模型名称（Model name ）栏中输入：tuluen ；在重力名称（Gravity ）栏中选择“Earth Normal (-Global Y)”；在单位名称（Units ）栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg ”。
如图1-1所示。
图1-1 欢迎对话框2、 设置工作环境2.1 对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。
基于proe的凸轮机构设计和仿真
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 (11)3.5创建可变剖面扫描特征 (12)3.6创建孔特征 (12)第4章其余零件设计 (14)4.1从动杆设计 (14)4.2连杆设计 (14)4.3滑块设计 (15)第5章装配 (16)第6章机构仿真 (17)6.1定义凸轮从动连接机构. (17)6.2添加驱动器 (17)第7章运动分析及结果分析 (20)7.1运行分析 (20)7.2结果回放 (21)7.3结果分析 (22)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)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。
第2-2节 凸轮机构运动仿真
第2讲凸轮机构运动仿真一、启动pro/e并设置工作目录1.点击【开始】→【所有程序】→【PTC】→【pro/engineer】→【pro/engineer】，启动pro/e 软件。
图 1 启动pro/e2.设置工作目录：选择【文件】→【设置工作目录】，选择桌面《运动仿真凸轮机构》文件夹为工作目录，点击该图框右下方的【确定】键。
如图2、图3所示。
图 2 设置工作目录图 3 选取工作目录注：可事先将内部文件格式为prt格式的【运动仿真凸轮机构】文件夹复制到电脑桌面，便于查找。
也可以在图3所示对话框右边的文件夹树中查找所需的目标文件。
二、新建加工文件1.点击【文件】→【新建】命令，选择类型为【组件】，子类型选择【设计】，将名称改为tulun0912，将【使用缺省模板】前的对勾去掉，如图4所示。
单击【确定】后弹出【新文件选项】对话框，【模板】选mmns asm design，单击【确定】完成任务的新建，如图5所示。
图 4 新建组件图 5 选择单位制三、零件的装配1.预览整个机构效果图单击工作窗口右边工具栏中的【装配】命令，在【打开】命令中单击【cams.asm】项。
单击【预览】可在框图中查看整个凸轮机构组装好后的效果图，后面的组装皆可按此标准来进行。
图 6 机构效果图2.安装基座（1）单击工作窗口右边的【装配】命令，在【打开】命令中选择groun.prt文件，即机座（也可以先行【预览】确认一下），点击【打开】，如图7所示。
图 7 选择机座（2）导入机座后单击图8中所示【自动】命令右边小三角形，将机座设置为【缺省】模式，当状态栏显示完全约束时，点击面板右端的对勾，完成机座的放置，如图8所示。
图 8 选择缺省3.凸轮的安装（1）同上点击【装配】选中并打开打开第二个文件cam.prt，即凸轮机构，点击工具栏旁的【用户定义】下拉菜单，选择【销钉】连接类型，如图9所示。
图 9 选择销钉连接（2）先进行轴对齐，即选择机座机架上凸台的中心线A-1，再选择凸轮的中心线A-1，完成轴对齐。
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。
基于CREO的对心盘形凸轮机构参数化设计与仿真
基于CREO的对心盘形凸轮机构参数化设计与仿真黄伟【摘要】用作图法设计凸轮轮廓是传统的设计方法,三维软件在机械设计中的运用为凸轮设计提供了新的设计方法.基于CREO软件,实现凸轮的几何尺寸设计参数化和从动件运动规律的选择程序化.运用CREO仿真功能,对不同结构参数和不同运动规律的凸轮机构进行仿真并测量凸轮机构的运动参数,得到优化的凸轮轮廓.为凸轮机构的优化设计提供了一种方法.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】6页(P42-47)【关键词】CREO软件;凸轮机构;参数化设计;仿真【作者】黄伟【作者单位】四川机电职业技术学院机械工程系,四川攀枝花617000【正文语种】中文【中图分类】U461.1凸轮机构在各类机械传动结构中有着广泛应用。
传统的凸轮机构设计是一种静态的、低精度的设计方法。
随着计算机技术在机械设计中的运用，出现了大量的三维机械设计软件。
CREO软件是PTC公司的产品，是集CAD/CAE/CAM于一体的大型三维设计软件。
CREO提供了出色的建模功能、仿真功能和分析功能。
根据凸轮轮廓的构成特点，利用CREO软件的三维实体建模功能建立凸轮的参数化几何模型，实现升程、回程、远休止、近休止的转角大小，基圆半径、升程的大小，凸轮宽度等尺寸的参数化，实现升程、回程的运动规律选择的程序化。
利用CREO环境的仿真功能进行运动学仿真分析，测量从动件位移、速度、加速度、凸轮不同位置的曲率及压力角的变化情况，并以图形的形式输出。
通过改变凸轮的尺寸参数和运动规律，修改凸轮模型的几何尺寸和运动规律，得到优化的设计模型，同时也提高了设计效率。
在凸轮机构设计中通常把从动件的运动分成4段，即推程、远休止、回程、近休止，如图1所示。
从动件的运动是由凸轮轮廓曲线决定的，因此凸轮轮廓分成推程段AB、远休止段BC、回程段CD、近休止段DA，对应的圆心角分别是推程运动角δ0、远休止角δ01、回程运动角近休止角δ02。
基于UG的凸轮机构设计和运动仿真
选择运动仿真 (Animation)图标即启动运动仿真分析过 程 。在分析选项对话框中选择机构运动学 /机构动力学分析 , 时间设为 10 s(凸轮旋转 1周 ) ,步数为 360步 ,即凸轮每转 1°
图 1 创建 UG表达式
其中 t是 UG的内部变量 ,其值在 0～1之间变化 。 2. 2 由规律曲线生成凸轮轮廓线
利用 UG的规律曲线来构造样条 ,选用按照方程变化 (By Equation)方式 ,使用上面输入的方程式 ,分 4段生成凸轮轮廓 曲线如图 2。 2. 3 完成凸轮机构设计
对轮廓线按照一定的厚度值进行拉伸 ( Extrude)操作 ,可 以获得凸轮三维实体 。同时创建顶尖从动件实体 ,完成凸轮 机构设计如图 3。
Vol 18 No 2005202
1
机械研究与应用
第
M ECHAN ICAL RESEARCH & APPL ICATION
18卷 第 2005年
1期 2月
基于 UG的凸轮机构设计和运动仿真3
宋晓华 ,方坤礼
(浙江工业大学 浙西分校 机电系 ,浙江 衢州 324004)
widthkeywidthgearkeyslot键的宽度和齿轮的轮毂键槽宽度尺寸相等5结论为了适应装配的要求使操作者从零件底层几何体素的装配操作中解放出来从而让更多的时间和精力专注于设计验证装配工艺等方面的研究提出了一种基于装配特征识别的装配技术并开发了基于deas的装配平台实践证明这种装配技术能重用装配信息有效的提高装配设计效率
分析模型的运动状况 。启动 ADAM S解算器 ,进行运动分析 。 运动分析完成 ,运动仿真对话框自动弹出 ,可以选择全程或单 步的方式来进行运动仿真 ,即以动画来表现机构的运动过程 。 仿真的结果也可以以图表 ( Graphing)的形式绘出 ,如图 5,它 反映了滑动副 J003,即尖顶从动件位移 、速度 、加速度的信息 。 动画比较直观 ,而图表则量化了运动过程 。从动画和图表可 判断机构的运动结果与设计是一致的 ,从而保证了凸轮机构 设计的准确性 。
基于UG的盘形凸轮参数化建模及运动仿真
计算机技术应用 《机电技术》2010年第2期基于UG 的盘形凸轮参数化建模及运动仿真谢晓华（永州职业技术学院，湖南 永州 425100)摘 要：利用UG 软件的表达式工具和规律曲线等功能进行凸轮机构参数化建模，并对凸轮机构的工作过程进行运动仿真和运动分析，将设计结果以动画和图表的形式表现出来，可精确、快速地完成凸轮机构的设计。
关键词：UG ；参数化；凸轮；运动仿真中图分类号：TH132.47 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2010）02-027-03凸轮机构因具有结构简单、运动准确可靠等优点，在机械和自动控制系统中被广泛应用。
凸轮机构设计的关键在于凸轮轮廓曲线的设计，通常的方法是根据从动件的运动规律，应用图解法或解析法来设计凸轮轮廓曲线。
图解法直观、简便，但精度不高，解析法精确但计算繁杂，也不能满足现代设计的需要。
UG 是大型的CAD/CAE/CAM 三维软件，可利用其建模模块的表达式工具和规律曲线等功能，结合解析法进行凸轮机构的三维设计，还可在运动仿真模块中进行运动仿真和运动分析。
1 盘形凸轮运动规律分析及轮廓曲线方程设计一滚子移动从动件盘形凸轮，已知：基圆半径r b =80mm，滚子半径r T =10mm，偏距e=10mm，从动件的升程h=15mm，推程运动角A01=50°，远停程角A02=130°，回程运动角A03=40°，近停程角A04=140°，凸轮厚度为20mm。
设从动件以3-4-5次多项式运动规律上升，以余弦加速度运动规律下降。
根据反转法原理，得到凸轮理论轮廓线方程： x=（s 0 +s）sinφ + ecosφy=（s 0 +s）cosφ - esinφ 式中s 0=22b e -r ，r b 为基圆半径，e 为偏距，s 为从动件位移，φ为凸轮转角。
对于从动件位移s，根据运动规律不同，各阶段计算如下：推程为3-4-5次多项式运动规律：s=h[10(Φ φ)3-15(Φ φ)4+6 (Φφ)5] 远停程：s=h回程为余弦加速度运动规律：s=2h (1+cos φΦπ) 近停程：s=02 盘形凸轮参数化建模2.1 建立表达式方程在UG 建模环境下，点击“工具”下拉菜单的“表达式”命令，在“表达式”对话框中输入以下表达式（也可从表达式数据文件导入）：r b =80 //基圆半径； r T =10 //滚子半径； e=10 //偏距； h=15 //行程；A01=50 //推程运动角； A02=130 //远停程角； A03=40 //回程运动角； A04=140 //近停程角； s0=sqrt(r b ^2-e^2) t=0//推程（3-4-5次多项式运动规律）理论轮廓曲线表达式如下：a1=0 //起始角； b1=50 //终止角；B01=a1*(1-t)+b1*t //凸轮转角； s1=h*(10*(B01/A01)^3-15*(B01/A01)^4+6*(B01/A01)^5) // 升程变量；x1=(s0+s1)*sin(B01)+e*cos(B01) //理论轮廓曲线X 坐标值；y1=(s0+s1)*cos(B01)-e*sin(B01) //理论轮廓曲线Y 坐标值；z1=0 //理论轮廓曲线Z 坐标值； //远停程理论轮廓曲线表达式如下： a2=50 b2=180B02=a2*(1-t)+b2*t s2=hx2=(s0+s2)*sin(B02)+e*cos(B02) y2=(s0+s2)*cos(B02)-e*sin(B02) z2=0//回程（余弦加速度运动规律）理论轮廓曲线表达式如下：a3=180 b3=220B03=a3*(1-t)+b3*t Bn03=B03-180s3= h*(1+cos(180*Bn03/A03))/2 x3=(s0+s3)*sin(B03)+e*cos(B03) y3=(s0+s3)*cos(B03)-e*sin(B03) z3=0//近停程理论轮廓曲线表达式如下： a4=220 b4=360B04=a4*(1-t)+b4*t s4=0x4=(s0+s4)*sin(B04)+e*cos(B04) y4=(s0+s4)*cos(B04)-e*sin(B04) z4=02.2 绘制凸轮理论轮廓曲线执行“规律曲线”命令，选择“根据方程”方式，分别定义各段曲线的坐标x, y, z，最后形成的凸轮理论轮廓曲线，如图1所示。
【开题报告】基于ADAMS的凸轮机构设计与三维建模仿真
开题报告机械设计制造及其自动化基于ADAMS的凸轮机构设计与三维建模仿真一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义在工业生产中，经常要求机器的某些部件按照规定的准确路线运动，仅应用连杆机构很难满足这个要求，所以常常需要结合工作表面具有一定形状的凸轮。
考虑到凸轮机构运动的复杂性，使用传统的设计方法很难根据从动件运动规律精确地描述出凸轮复杂的外形轮廓曲线。
目前常用的方法是在其它三维软件中造型，然后传入ADAMS 中进行仿真分析。
这种方法在某种程度是上可取的，但对于轮廓曲线比较复杂的凸轮机构来说，显然存在这样一个弊端，就是在数据传输的过程中很有可能出现信息失真的现象。
因此，本文基于ADAMS软件完成了凸轮机构的设计到仿真整个全过程。
虚拟样机技术是机械工程领域内一门新兴的技术，有着广阔的市场发展前景。
虚拟样机技术已经广泛地应用到汽车制造业、工程机械制造业、航天航空业、国防工业及机械制造业等领域。
ADAMS则是目前最优秀的虚拟样机软件之一。
该软件从上世纪90年代开始在我国的机械制造、汽车交通、航空航天、铁道、兵器、石油化工等领域得到应用，已经为各领域中的产品设计、科学研究做出了很大贡献。
目前，ADAMS广泛应用在航空航天、汽车制造、造船、机器人及其它多种工业机械，并取得了很好的社会经济效益。
世界最先进的包装机械制造商Pure-Pak的工程师们利用ADAMS成功的设计并试验饮料加注系统的单向阀；美国航空航天局(NASA)的喷气推进实验室(JPL)成功地实现了火星探测器“探路号”在火星上的软着陆，JPL 工程师利用ADAMS等虚拟样机技术仿真研究了宇宙飞船在不同阶段的工作过程[12];我国航天部上海航天局第805研究所利用ADAMS，完成了国家高技术项目“空间站两自由度大面积柔性太阳池阵”动力学仿真研究。
在我国，自从北京吉普汽车公司曾经利用ADAMDS成功开发了BJ2022二代车型。
ADAMS软件更广泛的应用于复杂机构或复杂机械系统的研究，比如汽车的几乎所有总成、多级轮系、并联机床、电梯、起重机械、农业机械等复杂机械系统。
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置处理就是将零件的 NCI 文件翻译成具体的数控程序。点选 Select
All Post，出现 Post processing 界面，钩选 Save NC file，钩选 Edit，单
击“OK”生成数程序，然后通过"MasterCAM"的通信端口传输至数控
机床即可进行加工，实现计算机辅助制造（CAM）。
considering mixed causality of system state equation which is convenient to automatic generation by computer, which overcomes the difficulties of
modeling and simulation brought by the differential causality and nonlinear junction structure. The method especially adapts to the modeling and
中 图 分 类 号 ：TH122
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1006-4311（2012）02-0030-02
0 引言 凸轮机构的轮廓线的形状是按照从动件的运动规律来设计的， 对于几乎任意要求的从动件的运动规律，都可以毫无困难地设计出
DD
rα -rβ
P
Q
=rα+ρα +sα-（rβ+ρβ +sβ）
凸轮轮廓线来实现。但凸轮轮廓曲线形状的任意性导致其键合图模
=0
（1）
型存在微分因果关系和非线性结型结构，本文主要讨论了任意轮廓
τβ×τα=0
（2）
形状凸轮机构的键合图建模与仿真问题。
对式（1）、（2）求导可得速度约束
1 凸轮机构键合图模型Fra bibliotek方程：
图 1 所示的凸轮-从动副中，Bβ 定义为凸轮，Bα 为从动件。根据 凸轮-从动副的约束条件[1]建立其运动方程为： — —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— ——
摘要： 阐述了运用键合图法建立凸轮机构模型的一般方法。推导出了含考虑混合因果关系的便于计算机自动生成的系统状态方程的统一公
式，克服了微分因果关系及非线性结型结构给系统自动建模与仿真所带来的代数困难。该方法特别适合于多能域并存系统一体化建模与仿真，
通过实例说明本文方法的有效性。
Abstract: The article illustrates the general method of modeling cam mechanism by using bond graph method, derives the general formula
r觶Dα -r觶Dβ ＝r觶α +I觸 A（α ρα′P+sα′）准觶 α +Aατα′θ觶 α -r觶β -I觸 A（β ρβ′Q+sβ′）准觶 β -Aβτβ′θ觶 β =0 （3）
作 者 简 介 ：吴建华（1977-），女，黑龙江海伦人，工学硕士，讲师。
上就决定了零件加工后的形状，因此设计刀具的运行轨迹是至关重
simulation of multi-energy gap coexist system integration, and its effectiveness is proved by examples.
关键词： 键合图；凸轮机构；建模与仿真
Key words: bond graph；cam mechanism；modelling and simulation
的刀具以及加工参数等。在管理器内，很容易生成刀具路径，编辑、 [5]何满才.三维造型设计—Mastercam9.0 实例详解.北京:人民邮电出版
件了。NCI 文件记录了刀具轨迹的数据和辅助加工的一些数据，它
是一个数据文件。要得到具体的数控程序，需要进行后置处理。
MasterCAM 系统本身提供了百余种后置处理 PST 程序。对于不
同的数控设备，其数控系统可能不尽相同，选用的后置处理程序也
就有所不同。对于具体的数控设备，应选用对应的后置处理程序。后
4 产品制造— ——生成数控加工程序，并模拟加工
要的，刀具轨迹常称为刀具路径。
为了能直观的观察加工个过程、判断刀具轨迹和加工结果的正
误，MasterCAM 中设置了一个功能齐全的模拟器，可以再屏幕上就
预见到“实际”的加工过程，非常有真实感。
设置好刀具加工路径后，可以通过 masterCAM 系统提供的
MasterCAM 的 CAM 功能强大，生成的刀具路径技术很丰富。系
参考文献：
统提供了包括多种曲面粗加工功能、曲面精加工功能、曲面修整加 工功能以及一些提高曲面加工效率的方法。
此外，MasterCAM 的任务管理器（Operations Manager）可以把同 一加工任务的各项操作集中在一起。管理器的界面很简练，清晰地 列出了与当前任务相关的各个方面，如零件的几何模型、加工使用
· 30 ·
价值工程
凸轮机构的键合图建模与仿真
Modeling and Simulation of Cam Mechanism Bond Graph
吴建华 Wu Jianhua
（黑龙江省畜牧机械化研究所，齐齐哈尔 161005） （Heilongjiang Institute of Animal Husbandry Mechanization，Qiqihar 161005，China）
Backplo（t 刀具模拟）和 Verify（实体切削校验）零件进行加工模拟，观
察切削加工，从而可以在不进行试切的情况检测工艺参数的设置是
否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是
否正确，实际零件是否符合设计要求；同时在数控模拟加工中，系统
会给出有关加工过程的报告。
当模拟完成，各方面都比较满意时，系统就可同时产生 NCI 文
[1]刘瑞新主编.MasterCAM 应用教程[M].北京:机械工业出版社，2002. [2]谭雪松等.举一反三—Mastercam 数控加工实战训练.北京:人民邮电 出版社，2005. [3]孙祖和编著.MasterCAM 设计和制造范例解析[M].北京：机械工业出 版社，2004. [4]严烈,陈秀华.Mastercam9 实例教程.北京:冶金工业出版社，2003.