基于Creo的凸輪機構三維參數化設計及運動仿真

劉鵬　馮立艷　李靜　盧家　宣蔡保杰　冷騰飛　苗偉晨

摘 要 本文主要介紹用Creo對凸輪機構進行參數化設計并以圓柱槽狀凸輪機構為例進行運動仿真，再通過C#軟件完成人機交互，即操作人只需在程序界面輸入槽狀凸輪相應參數即可完成凸輪的三維建模，從而繪制出相應的位移、速度、加速度曲線進入仿真和分析環節。這樣即縮短了凸輪的設計周期提高了設計質量，并且解決了凸輪教學課程存在的設備成本高、設備數量少、實驗時間和空間受限等難題。

關鍵詞 凸輪 Creo 參數化 仿真

1基于Creo軟件下的凸輪三維建模

1.1 Creo環境下槽狀凸輪機構三維參數化造型基本思路

（1）參數化過程需準備可變參數包括行程、推程角、遠休角、回程角、近休角、外徑、壁厚、基底高度、凸輪高度、槽深、槽寬，以上變量成為參數組。

（2）通過根據凸輪不同運動規律編寫推程、遠休止、回程、近休止段凸輪輪廓線方程，本例應用的凸輪推程回程為正弦加速度運動規律。

（3）分段繪制出理論輪廓曲線，將各段曲線首尾相連封閉，即為完整的凸輪理論廓線。

（4）生成凸輪實體；加入參變量，實現參數化。

1.2三維建模具體步驟

Creo是如今今應用最廣的三維繪圖軟件之一，主要用于參數化實體設計，它所提供的功能包括實體設計、曲面設計、零件裝配、建立工程圖、模具設計、、電路設計、裝配管件設計、加工制造和逆向工程等。其系統特性主要包含單一數據庫、全參數化、全相關、基于特征的實體建模等，不僅能實現零件的參數化設計，也可以方便地建立各零部件的通用件庫和標準件庫，從而提高設計的效率和質量。

1.2.1槽狀凸輪機構的三位參數化建模

自行設定初步參數組，注意推程角、遠休角、回程角、近休角之和為360，

（2）運行creo軟件，新建零件，進入界面。

（3）選擇【工具：程序】，出現菜單管理器，選擇編輯設計，出現記事本，在IN PUT和END PUT語句中間輸入語句，然后存盤，確認將所做的修改體現到模型中，最后在菜單管理器中輸入設定的初步參數值。

（4）選擇【基準】中的【曲線：來自方程的曲線】，進入后選擇柱坐標，然后點擊【方程】，進入方程界面，輸入推程、遠休止、回程、近休止段凸輪廓線的數學表達式如下，

（5）將輪廓線投影到以坐標原點所在的面，并拉伸成圓柱曲面，再拉伸一個新圓柱直徑大于之前圓柱曲面，將輪廓線投影到大圓柱上，分別將兩個圓柱上兩條曲線連接點設為基準點，將連接相對應的基準點為4個線段。

（6）將其中一部分繪制成曲面，最終將曲面繪制完成，將曲面加厚，厚度為初定值15mm。

1.2.2機架的三位參數建模

（1）新建零件。

（2）通過拉伸建立機架模型。

（3）新建零件，通過拉伸建立從動件模型裝配下凸輪機構的參數化。

在RELATION和END RELATION之間輸入之間添加如下語句，退出并保存記事本，即完成凸輪機構整體參數化。

利用Creo再生功能，改變凸輪參數，重新生成新的凸輪機構的三位參數實體。

2凸輪機構的運動仿真與分析

2.1裝配機理與運動仿真

裝配是運動仿真的前提保障，裝配關系的正確與否直接影響著運動仿真的結果，裝配前首先要確定運動的各構件以及各構件之間的運動副。確定好各構件及各構件之間的運動副之后，即可通過選擇構件和運動副組成機構，最后由各機構組成整機。

將機架設為固定約束方式，在添加圓柱凸輪時將凸輪兩端軸設為銷釘約束，以此是為了設置電機驅動，從動件與凸輪設為滑槽約束，添加凸輪廓線為滑桿運動軌跡。裝配后，凸輪裝配完成之后就可以進行機構的運動仿真與運動分析。

3結論

本文利用Creo實現了操作者可以通過人機交互界面對機構進行構思設計，相比于使用Pro/E中的program更改參數，可操作性更強，設計者不必熟悉Pro/E軟件即可完成凸輪的設計計算、三維實體建模、運動仿真及運動分析，為凸輪的快速精確設計和數控加工提供了很大方便。

基金項目：2016華北理工大學大學生創新創業訓練項目，編號X2016302。

參考文獻

[1] 李世國.Pro/TOOLKIT程序設計[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2] 張繼春.Pro/E二次開發實用教程[M].北京：北京大學出版社，2003.

[3] 黃凱，李雷，劉杰，等.Pro/E參數化設計高級應用教程[M].北京：化學工業出版社，2008.