在三維（PROE）環境下的凸輪設計方法探討

張完郎

摘 要：筆者結合凸輪的具體特征，分析了當前時期三維狀態下常用的的一些設計措施，而且具體的論述了動件運動規律設計凸輪曲線的方法。

關鍵詞：三堆環境；凸輪設計；PROE

引言

工作中我們常見的凸輪機構由三個部分組成，分別是凸輪以及機架和從動體系。通常凸輪經由接觸運動將特定的力傳遞到從動系統之中。這種機構是我們工作中非常常見，它被大量的應用到輕工以及紡織等行業之中。

通過上述我們得知，此機構被大量的應用到很多的行業和領域之中，它之所以如此受青睞，具體的說是因為它的優點比較顯著，比如它能夠同時兼備多種功能，像是傳動以及控制等。如果把它用到傳動設備之中的話，就會形成非常繁瑣的變化規律，比如速度變化較為明顯的非等速的轉動，或是一些短時間的停留。除此之外，它還可以被看做是導引機構，這時候零件就會產生平面運動。如果將它用作控制設備的話，可以控制工作循環。

人們對此類機構的認知歷史已經非常久了。不過，并非一開始的時候就對其形成了系統的探索。由于經濟不斷發展，人們對于效率較高的自動設備有著較大的需求，迫切的希望設備能夠改變工作特性。因此一直到上個世紀的早期開始，此類研究工作才開始被人們關注。在今后的幾十年之間，因為其轉動速率加快，導致的問題也隨之變多了，人們才意識到要深入的分析此類機構。

簡而言之，凸輪機構屬于一類非常簡單的，而且能夠進行多項繁瑣活動的機構，它被大量的應用到工作之中。它表層的接觸力非常大，因此它的表層經常會被侵蝕，或是脫落以及磨損，一旦這種現象發生的話，就會導致凸輪副的使用時間大大的縮減。要想減弱磨損，增加設備的使用時間，就必須保證機構能夠始終處在較好的潤滑模式之中。通過分析之前的研究我們發現，在最初的時候，它處在一種混合潤滑的模式之中，不過因為科技的進步，此后我們得知凸輪與從動件間能夠保持彈流潤滑模式，這時候接觸面就被分隔開來了，這樣它就能夠一直保持彈流潤滑模式。凸輪摩擦學設計理論就是在凸輪設計過程中以潤滑條件為主體進行傳動系統的設計，先要明確它的潤滑情況，進而做好尺寸設計。這樣就能夠保證它的摩擦情況，確保設備的使用時間最長久。

所謂的凸輪，其實是一類有著曲線輪廓的零件。它能夠開展各個類型的重復活動，不管它是繁瑣的亦或是非常簡單的。所以，它憑借這種優點被大量的應用到我們的生產活動之中。接下來具體闡述其優點：在工作時僅需對輪廓加以設計就能夠保證從動件的運動合理；它的結構不復雜，設計很便捷。不過比對來看，它的對于精確性的要求非常高，最主要的是它比較容易被磨損，只適合用到那些傳力不是很大的場所之中，過去的設計理念中有一些不當之處，導致問題頻發。所以，筆者具體闡述了三維模式之下的設計工作。

1 PROE概述

PROE是由美國PTC公司推出的三維CAD/CAM參數化軟件系統，它的功能非常多，目前被大量的應用到機械以及汽車等等的行業里面，在目前的三維軟件行業之中，它的地位非常關鍵。

該軟件第一次提出了參數化設計的概念，采用單一數據庫來解決特征的相關性問題。一方面，PROE軟件的基于特征方式，可以將設計到生產的全過程進行集成，實現并行工程設計，可以在工作站和單機上進行應用；除此之外，它使用模塊措施，兼具繪圖以及處理等的多個功能，使用人可以結合具體的使用情況，合理的選取模塊，非常便捷。

2 基于PROE的凸輪設計方法

在三維狀態下，借助PROE開展設計工作的時候，我們常用的措施有三種。

（1）已經知道凸輪具體數據，結合曲線點信息得到模型。該措施通常被用到反求建模，必須得知具體的數據，它在開展的時候會受到誤差的干擾，數據的離散性誤差會導致最終的結果受到很大的影響。

（2）已知凸輪的位移變化曲線，結合相應的方程產生曲線，通過跟蹤曲線建模。這種方法在數值方面，具有良好的精準度，但是需要對位移曲線方程進行推導，專業性較強，對于設計人員要求較高。

（3）已知凸輪從動件的運動規律，對各構件尺寸進行測量后，可以采用運動仿真，產生相應的軌跡曲線，然后建模。相比之下，第一種方法的關鍵，在于對數據點文件的制作，只要數據點文件符合要求，其他步驟與建立一個基本的拉伸特征相似，只要具備一定的PROE操作能力，都可以順利完成。第二種方法主要是利用了PROE中附帶的變截面掃描功能和圖形曲線特征，只需要推導出凸輪的位移變化曲線方程，就可以制作出符合相關精準度要求的零件模型，還可以對凸輪中的各項運動參數進行修改，操作流程也并不復雜。因此，這里主要針對第三種設計方法進行重點分析。

針對那些非常繁瑣的結構來講，如果使用上面講到的兩個措施來開展設計工作的話，會非常麻煩，而且也無法保證最終的效果如果。此時我們就會使用第三個措施。在三維狀態下，使用該措施開展設計工作的時候，必須按照如下的步驟開展工作。

首先，通過相應的方法，計算出凸輪基圓半徑，并以此為依據，在PROE中建立一個圓盤類零件，命名PaRtl。然后，根據凸輪的結構，對從動件的結構進行確定，建立從動件簡化模型，命名PaRt2。進入軟件的部件裝配環境，將PaRtl和PaRt2以銷釘連接的方式裝入，之后進入機構運動模式，在兩個模型之間定義凸輪連接副，創建快照，然后刪除。

其次，對凸輪連接軸伺服電機模的速度值進行定義，結合凸輪設計期望，實現從動件運動規律定義從動件連接軸伺服電機的模。

最后，在PROE中，新建一個運動分析ansysl，按照從動件運動循環周期=時間長度×凸輪副速度模應的相互關系，對時間長度進行定義，然后加入兩個伺服電機，運行仿真。在“機構～軌跡曲線”中，選中PaRtl作為紙零件，選擇凸輪合成曲線，同時選擇PaRt2與凸輪接觸的曲線與ansysl，點擊確定，生成凸輪實際廓線。之后，在新窗[El，對PaRt2進行編輯，將生成的凸輪廓線進行拉伸，形成相應的凸輪實體，凸輪建模完成。此處我們要注意的是，在開展設計工作的時候，必須認真分析從動件的變化特征，要對關鍵要素比對分析，比如要分析其最大速率以及跳度等。

第三種方法主要是利用了仿真中系統可以自動生產任意點的運動軌跡線的特點，實現設計建模，該措施和上述兩類措施比對來看，更加的便捷，而且能夠精準的測量構件的曲線狀態，能夠為工作者完善模型提供精準的數據，它的價值非常高。

3 結束語

目前階段，凸輪機構被大量的應用到工業活動之中，它之所以如此受人們的青睞，具體的說是因為它的優點非常明顯，比如它能夠同時兼備多種功能，像是傳動以及控制等。不過，以往的設計理念并不是很先進，導致凸輪的發展速率較為緩慢，進而制約我們國家的工業發展。筆者在這個背景之下，具體的論述了三維狀態中的設計工作，借助PROE程序優秀的設計能力開展設計工作，這樣能夠確保數據精準，而且便于我們開展操控活動，能夠明顯的節省時間，保證凸輪的品質，效益非常好。因此有關的設計工作者必須要認真分析，不斷的完善設計理念，這樣凸輪機構就可以更好的應用到工作之中。

參考文獻

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