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在三維(PROE)環(huán)境下的凸輪設(shè)計方法探討

2015-06-24 00:42:38張完郎
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年19期

張完郎

摘 要:筆者結(jié)合凸輪的具體特征,分析了當(dāng)前時期三維狀態(tài)下常用的的一些設(shè)計措施,而且具體的論述了動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計凸輪曲線的方法。

關(guān)鍵詞:三堆環(huán)境;凸輪設(shè)計;PROE

引言

工作中我們常見的凸輪機(jī)構(gòu)由三個部分組成,分別是凸輪以及機(jī)架和從動體系。通常凸輪經(jīng)由接觸運(yùn)動將特定的力傳遞到從動系統(tǒng)之中。這種機(jī)構(gòu)是我們工作中非常常見,它被大量的應(yīng)用到輕工以及紡織等行業(yè)之中。

通過上述我們得知,此機(jī)構(gòu)被大量的應(yīng)用到很多的行業(yè)和領(lǐng)域之中,它之所以如此受青睞,具體的說是因為它的優(yōu)點(diǎn)比較顯著,比如它能夠同時兼?zhèn)涠喾N功能,像是傳動以及控制等。如果把它用到傳動設(shè)備之中的話,就會形成非常繁瑣的變化規(guī)律,比如速度變化較為明顯的非等速的轉(zhuǎn)動,或是一些短時間的停留。除此之外,它還可以被看做是導(dǎo)引機(jī)構(gòu),這時候零件就會產(chǎn)生平面運(yùn)動。如果將它用作控制設(shè)備的話,可以控制工作循環(huán)。

人們對此類機(jī)構(gòu)的認(rèn)知?dú)v史已經(jīng)非常久了。不過,并非一開始的時候就對其形成了系統(tǒng)的探索。由于經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,人們對于效率較高的自動設(shè)備有著較大的需求,迫切的希望設(shè)備能夠改變工作特性。因此一直到上個世紀(jì)的早期開始,此類研究工作才開始被人們關(guān)注。在今后的幾十年之間,因為其轉(zhuǎn)動速率加快,導(dǎo)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(jī)構(gòu)。

簡而言之,凸輪機(jī)構(gòu)屬于一類非常簡單的,而且能夠進(jìn)行多項繁瑣活動的機(jī)構(gòu),它被大量的應(yīng)用到工作之中。它表層的接觸力非常大,因此它的表層經(jīng)常會被侵蝕,或是脫落以及磨損,一旦這種現(xiàn)象發(fā)生的話,就會導(dǎo)致凸輪副的使用時間大大的縮減。要想減弱磨損,增加設(shè)備的使用時間,就必須保證機(jī)構(gòu)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(fā)現(xiàn),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(jìn)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(xué)設(shè)計理論就是在凸輪設(shè)計過程中以潤滑條件為主體進(jìn)行傳動系統(tǒng)的設(shè)計,先要明確它的潤滑情況,進(jìn)而做好尺寸設(shè)計。這樣就能夠保證它的摩擦情況,確保設(shè)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(fù)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(yōu)點(diǎn)被大量的應(yīng)用到我們的生產(chǎn)活動之中。接下來具體闡述其優(yōu)點(diǎn):在工作時僅需對輪廓加以設(shè)計就能夠保證從動件的運(yùn)動合理;它的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜,設(shè)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(shè)計理念中有一些不當(dāng)之處,導(dǎo)致問題頻發(fā)。所以,筆者具體闡述了三維模式之下的設(shè)計工作。

1 PROE概述

PROE是由美國PTC公司推出的三維CAD/CAM參數(shù)化軟件系統(tǒng),它的功能非常多,目前被大量的應(yīng)用到機(jī)械以及汽車等等的行業(yè)里面,在目前的三維軟件行業(yè)之中,它的地位非常關(guān)鍵。

該軟件第一次提出了參數(shù)化設(shè)計的概念,采用單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。一方面,PROE軟件的基于特征方式,可以將設(shè)計到生產(chǎn)的全過程進(jìn)行集成,實現(xiàn)并行工程設(shè)計,可以在工作站和單機(jī)上進(jìn)行應(yīng)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(jié)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(shè)計方法

在三維狀態(tài)下,借助PROE開展設(shè)計工作的時候,我們常用的措施有三種。

(1)已經(jīng)知道凸輪具體數(shù)據(jù),結(jié)合曲線點(diǎn)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(shù)據(jù),它在開展的時候會受到誤差的干擾,數(shù)據(jù)的離散性誤差會導(dǎo)致最終的結(jié)果受到很大的影響。

(2)已知凸輪的位移變化曲線,結(jié)合相應(yīng)的方程產(chǎn)生曲線,通過跟蹤曲線建模。這種方法在數(shù)值方面,具有良好的精準(zhǔn)度,但是需要對位移曲線方程進(jìn)行推導(dǎo),專業(yè)性較強(qiáng),對于設(shè)計人員要求較高。

(3)已知凸輪從動件的運(yùn)動規(guī)律,對各構(gòu)件尺寸進(jìn)行測量后,可以采用運(yùn)動仿真,產(chǎn)生相應(yīng)的軌跡曲線,然后建模。相比之下,第一種方法的關(guān)鍵,在于對數(shù)據(jù)點(diǎn)文件的制作,只要數(shù)據(jù)點(diǎn)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(dǎo)出凸輪的位移變化曲線方程,就可以制作出符合相關(guān)精準(zhǔn)度要求的零件模型,還可以對凸輪中的各項運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行修改,操作流程也并不復(fù)雜。因此,這里主要針對第三種設(shè)計方法進(jìn)行重點(diǎn)分析。

針對那些非常繁瑣的結(jié)構(gòu)來講,如果使用上面講到的兩個措施來開展設(shè)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(tài)下,使用該措施開展設(shè)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(yīng)的方法,計算出凸輪基圓半徑,并以此為依據(jù),在PROE中建立一個圓盤類零件,命名PaRtl。然后,根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu),對從動件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定,建立從動件簡化模型,命名PaRt2。進(jìn)入軟件的部件裝配環(huán)境,將PaRtl和PaRt2以銷釘連接的方式裝入,之后進(jìn)入機(jī)構(gòu)運(yùn)動模式,在兩個模型之間定義凸輪連接副,創(chuàng)建快照,然后刪除。

其次,對凸輪連接軸伺服電機(jī)模的速度值進(jìn)行定義,結(jié)合凸輪設(shè)計期望,實現(xiàn)從動件運(yùn)動規(guī)律定義從動件連接軸伺服電機(jī)的模。

最后,在PROE中,新建一個運(yùn)動分析ansysl,按照從動件運(yùn)動循環(huán)周期=時間長度×凸輪副速度模應(yīng)的相互關(guān)系,對時間長度進(jìn)行定義,然后加入兩個伺服電機(jī),運(yùn)行仿真。在“機(jī)構(gòu)~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(diǎn)擊確定,生成凸輪實際廓線。之后,在新窗[El,對PaRt2進(jìn)行編輯,將生成的凸輪廓線進(jìn)行拉伸,形成相應(yīng)的凸輪實體,凸輪建模完成。此處我們要注意的是,在開展設(shè)計工作的時候,必須認(rèn)真分析從動件的變化特征,要對關(guān)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(tǒng)可以自動生產(chǎn)任意點(diǎn)的運(yùn)動軌跡線的特點(diǎn),實現(xiàn)設(shè)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(zhǔn)的測量構(gòu)件的曲線狀態(tài),能夠為工作者完善模型提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù),它的價值非常高。

3 結(jié)束語

目前階段,凸輪機(jī)構(gòu)被大量的應(yīng)用到工業(yè)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(yōu)點(diǎn)非常明顯,比如它能夠同時兼?zhèn)涠喾N功能,像是傳動以及控制等。不過,以往的設(shè)計理念并不是很先進(jìn),導(dǎo)致凸輪的發(fā)展速率較為緩慢,進(jìn)而制約我們國家的工業(yè)發(fā)展。筆者在這個背景之下,具體的論述了三維狀態(tài)中的設(shè)計工作,借助PROE程序優(yōu)秀的設(shè)計能力開展設(shè)計工作,這樣能夠確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn),而且便于我們開展操控活動,能夠明顯的節(jié)省時間,保證凸輪的品質(zhì),效益非常好。因此有關(guān)的設(shè)計工作者必須要認(rèn)真分析,不斷的完善設(shè)計理念,這樣凸輪機(jī)構(gòu)就可以更好的應(yīng)用到工作之中。

參考文獻(xiàn)

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