三維（PROE）環(huán)境下的凸輪設計方法分析

王 維（廣東省地質(zhì)裝備中心,廣州 510510）

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三維（PROE）環(huán)境下的凸輪設計方法分析

王 維
（廣東省地質(zhì)裝備中心,廣州 510510）

摘 要：信息時代的到來為各行業(yè)領域發(fā)展注入新鮮的活力，以凸輪在三維環(huán)境下的設計為典型代表，其能夠依托于動件運動規(guī)律完成凸輪設計過程，這樣凸輪在設計效率以及設計質(zhì)量等各方面都可得到保障。對此，本文將對三維環(huán)境與凸輪的相關概述、三維環(huán)境下凸輪設計的主要方法以及具體設計步驟進行探析。

關鍵詞：三維環(huán)境；凸輪；設計方法；設計步驟

0 前言

近年來許多行業(yè)領域中的機械設備，其都將凸輪機構(gòu)引入其中，使機械設備整體性能得以提高。然而凸輪機構(gòu)實際設計中卻存在一定的問題，更多設計人員受成本與技術應用能力限制，所選用的設計方式極為繁瑣，而且無法保證凸輪機構(gòu)的適用性。這種背景下，便提出凸輪在三維環(huán)境下的設計方式，對解決傳統(tǒng)設計方式的弊端可起到明顯的效果。因此，如何以三維環(huán)境為依托進行設計成為當前凸輪設計需考慮的重要內(nèi)容。

1 PROE與凸輪的相關概述

關于PROE，其作為較為成熟的軟件系統(tǒng)，主要由PTC公司以三維CAM、三維CAD為依據(jù)進行設計，功能較為全面，能夠適用于許多行業(yè)領域包括數(shù)控加工、機械加工、航空制造以及汽車制造等。在PROE設計中，其區(qū)別于其他軟件系統(tǒng)，能夠直接引入?yún)?shù)化設計概念，且對其中相關性問題可通過數(shù)據(jù)庫進行解決。PROE應用的優(yōu)勢主要在于，其在功能模塊設計上能夠滿足用戶需求，如加工處理功能、構(gòu)件制作、圖形繪制以及其他設計等模塊都可為用戶所使用，同時從整個生產(chǎn)中也可發(fā)現(xiàn)，PROE具有一定的集成特征，既可在單機中可靠運行，而且能夠為工作站提供服務。

而在凸輪方面，以往凸輪機構(gòu)在應用中因其表層接觸面積較大，存在的受損、脫落以及侵蝕等問題極為常見，使凸輪生命周期由此縮短。這種情況下便需考慮將其磨損控制在最低程度，可直接在混合潤滑模式下運行。因此實際進行凸輪設計過程中應以摩擦學理論為依據(jù)，傳動設計中圍繞潤滑條件進行，保證設計尺寸合理，這樣才可使摩擦問題得以解決。事實上，凸輪實質(zhì)為具有曲線輪廓特征的構(gòu)件，其能夠用于各行業(yè)領域機械設備生產(chǎn)，主要歸因于凸輪在設計上較為容易且結(jié)構(gòu)簡單，運行過程中只要做好輪廓控制便可保證從動件合理運動。但需注意的是，由于其易出現(xiàn)磨損問題，而且多局限在傳出力較小的環(huán)境內(nèi)，所以設計中應保證具有較高的精確性。若單純依托于以往繁瑣的設計工序，磨損問題無法解決，而且其他被侵蝕或脫落等問題發(fā)生概率較高，因此要求從三維模式角度出發(fā)完成整個設計過程。

2 凸輪在三維環(huán)境下的設計方法研究

凸輪在三維環(huán)境下進行設計主要體現(xiàn)在：第一，設計過程中首先做好凸輪點數(shù)據(jù)參數(shù)的明確，在此基礎上再與曲線點相結(jié)合完成建模過程。該種設計方式通常在反求建模方面較為適用。但應用中也存在一定的弊端，如其中引入的凸輪點數(shù)據(jù)，其主要來源于測量計算過程中，若測量或計算存在較大誤差，凸輪點數(shù)據(jù)也會出現(xiàn)離散情況，這樣設計結(jié)果的精確性將無法得到保障。第二，設計中以凸輪位移變化為依據(jù)，根據(jù)其變化曲線完成建模。該種方式在應用中可使設計精準性得到提高，但由于在設計中需對位移變化曲線進行分析且要求引入具體的曲線方程，要求設計人員具備較強的專業(yè)能力。第三，以從動件運動情況為依據(jù)，在設計中直接測量構(gòu)件尺寸，得到具體數(shù)據(jù)參數(shù)后進行運動仿真，能夠得到具體的軌跡曲線，根據(jù)曲線完成建模。

三種設計方式應用中都存在一定的優(yōu)勢與不足。如第一種設計方法在實際操作中需要制作相應的數(shù)據(jù)點文件，該文件與凸輪實際運行數(shù)據(jù)參數(shù)相吻合的情況下，才可開展其他設計工序，保證PROE操作能力得以發(fā)揮，便可達到設計要求。相比之下，第二種設計方法在應用中更側(cè)重于PROE的變截面掃描，根據(jù)相應的曲線分析凸輪位移變化規(guī)律，這樣所設計的零件模型在精準度上會得到很大程度的提高。而且該種設計方式下，對于凸輪中的相關運動參數(shù)也可利用PROE中的功能模塊完成修改，整個過程較為簡單。另外，在第三種設計方式下，其主要適用于較為繁瑣的設計工序，為滿足不同行業(yè)領域需求，凸輪結(jié)構(gòu)設計中應進行適當調(diào)整，若采用第一種或第二種設計方式，很難使復雜凸輪結(jié)構(gòu)設計達到相關要求，因此，設計中應注重以從動件運動規(guī)律為基礎，使凸輪結(jié)構(gòu)的設計更加合理。

3 凸輪在三維環(huán)境下的的具體設計步驟

三維環(huán)境中進行凸輪的設計，本文主要以第三種設計方式為例，對其具體設計步驟進行研究。首先，PROE環(huán)境下，需對凸輪基圓半徑進行計算，保證數(shù)據(jù)無誤的情況下構(gòu)建名為Part1的圓盤類零件。同時，由于該種設計方式主要以從動件運動規(guī)律為依托，所以需了解凸輪中的從動件結(jié)構(gòu)，在此基礎上進行相關模型的構(gòu)建，將該模型稱之為Part2。在具體裝配過程中應保證Part1與Part2保持連接，然后對凸輪連接副進行定義，完成快照的創(chuàng)建過程。其次，做好軸伺服電機、從動件二者連接的定義，該步驟主要以從動件運動規(guī)律以及設計標準為依據(jù)。最后，進行運動分析ansysl在三維環(huán)境中的構(gòu)建。需在時間長度被定義的基礎上，將伺服電機引入其中，能夠模擬凸輪的實際運行。同時進行ansysl、Part1曲線以及凸輪與Part2連接的曲線確定，可推出凸輪曲線輪廓。對該輪廓線進行相應的拉伸調(diào)整，便可完成凸輪模型的構(gòu)建。實際設計過程中應注意的從動件運動并非局限在同一規(guī)律中，許多設計參數(shù)都可能出現(xiàn)一定變化，需做好優(yōu)化與分析工作，如最大跳度、速度以及動載轉(zhuǎn)矩等。綜合來看，第三種設計方式應用下能夠?qū)⑺羞\動軌跡進行仿真，相比前兩種方式極為簡單，且測量精度等能夠得到保障。

4 結(jié)論

現(xiàn)代極多設計制造領域都需將凸輪機構(gòu)作為主要構(gòu)件，要求凸輪在整體性能上得以提供高。實際設計過程中應正確認識凸輪的整體結(jié)構(gòu)與運行原理，引入PROE團建系統(tǒng)，合理選擇設計方法。通過文中比較發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)行大多復雜凸輪結(jié)構(gòu)設計中需以從動件運動規(guī)律著手，在仿真過程中使凸輪的設計更為合理。

參考文獻：

[1]黃軼.三維(PROE)環(huán)境下的凸輪設計方法分析[J].科技資訊,2014(19):71.

[2]張完郎.在三維(PROE)環(huán)境下的凸輪設計方法探討[J].科技創(chuàng)新與應用,2015(19):140.

[3]薛發(fā)亮.三維環(huán)境下凸輪新設計方法的介紹[J].紡織機械,2011(05):29-31+16.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.181