毕业设计（论文）-双联圆柱凸轮的参数化设计与实体建模.doc

安徽科技学院 工学院 毕业设计（论文）目 录摘要21 前言21.1国内外研究现状及应用21.2研究的目的意义31.3本文研究的主要内容42 原始数据、凸轮曲线的选择和相关计算42.1原始数据52.2选择凸轮曲线52.3滚子从动件运动规律52.4圆柱凸轮最小有效半径的计算52.4.1计算原理52.4.2推回程圆柱凸轮最小有效半径的计算53 强度设计与计算73.1材料选择73.2计算理论73.3具体计算83.4轴颈剪切应力计算113.5双联圆柱凸轮参数的确定124 参数化设计与实体建模13 4.1参数化设计原理134.2建立滚轮中心轨迹曲线134.3运用Pro/E进行参数化设计步骤164.3.1创建新文件164.3.2创建用户参数164.3.3创建曲线方程174.3.4保存文件副本184.3.5创建凸轮实体184.3.6创建凸轮凹槽特征194.3.7创建环形弯折特征214.3.8应用编程的方法进行参数输入控制，已达到快速设计新产品的目的224.3.9验证程序设计效果234.3.10 保存零件模型文件244.4其它零件的参数化设计245 运动仿真与动态分析265.1仿真的准备特征265.2元件的装配步骤275.3运动仿真29 5.4动态分析306 总结与展望32 6.1小结32 6.2展望32 致谢33 参考文献33双联圆柱凸轮的参数化设计与实体建模摘要：本文介绍了双联圆柱凸轮的研究现状和研究的目的意义以及应用前景，根据双联圆柱凸轮的特殊结构特点和特殊运动要求，选择了凸轮曲线，以最大许用压力角、导程、滚子直径和最大推力为参数，进行了强度的设计与计算，根据计算的结果，使用ProE软件进行参数化设计与实体建模，有助于缩短产品开发周期，运用ProE软件进行运动仿真与动态分析，在虚拟的环境中实现机构运动目的，对提高设计效率降低生产成本有很大的作用，并对加工制造形成产业化规模有着重要的意义。关键词：双联圆柱凸轮；参数化设计；实体建模；运动仿真；动态分析1前言1.1 国内外研究现状及应用前景在欧美各国，很多学者为凸轮机构的研究做出了贡献。早在三十年代，F.D.Furman就写了一本系统介绍凸轮设计的著作，当时的研究主要集中在低速凸轮机构，而且主要分析的是运动规律。到了四十年代，人们开始对配气凸轮机构的振动进行深入研究，并从经验设计过渡到有理论根据的运动学和动力学分析。四十年代末，J.A.Hrones等人已经注意到从动件的刚度对凸轮机构动力学有明显影响。五十年代初，D.B.Mitchell最先对凸轮机构的进行实验研究。后来不少学者采用多种仪器，如高速摄像机、加速度分析仪和动态应变仪等，对高速凸轮的动力学响应进行测量，并获得了许多重要成果【1】。随着计算机的发展, 凸轮机构的CAD/CAM获得巨大成功, 凸轮机构的研究经历了从经验设计到优化设计, 从单纯的运动分析到动力学研究, 从手工加工到CAM等发展阶段。在高速凸轮机构的研究方面, 欧美各国也取得了巨大的成就。Tesar在其著作【2】中对高速凸轮机构采用的多项式运动规律有较详述,T.Weber, A.S. Gutman,F.Freadunstein 等人提出了付氏级数y.运动规律,D.A. Stoddart与 G.F .Fawcett 等提出了多项式动力运动规律等等，最近, 德国、英国在高速凸轮机构的研究方面又有了新的突破, 对凸轮机构的研究采用了谐分析、谐综合等分析设计方法，使得高速凸轮机构的动力学性能有了很大的改善。我国对凸轮机构的应用和研究已有多年历史，目前仍在继续扩展和深入。1983全国第三届机构学学术讨论会上关于凸轮机构的论文只有8篇，涉及设计、运动规律、分析、轮廓的综合等四个研究方向。到了1988年第六届会议，已有凸轮机构方面的论文20篇，增加了动力学、振动、优化设计等研究方向。而1990年第七届会议，凸轮机构方面的论文22篇，又增加了CAD/CAM、误差分析等研究方向【1】。目前，凸轮机构己有多本著作, 对推动凸轮机构设计起着重要的作用。参考文献【3】全面阐述凸轮机构的新理论与新方法以及有关材料、制造技术问题。从满足实际需要还附有一些实用的图、表和设计实例。参考文献【4】在建立较为通用的解析公式和应用各种计算机辅助设计系统均有一定的新意。近几年，为了适应高速分度凸轮机构设计与制造的需要, 还开展了圆柱分度凸轮机构等的动力学理论和试验研究, 建立了动力学模型, 进行了动力特性分析, 这些研究有利于提高凸轮机构的运行速度和改善凸轮机构的动态性能。计算机辅助设计系统及专家系统也有了相当的研究，计算机辅助设计系统及专家系统成为现代机构设计的主要手段。它将机构概念、知识、理论和方法以及设计专家的经验和智慧与计算机系统的逻辑推理、分析、判断、数据处理、图形显示等功，能密切结合,以简便、快速地完成设计任务【5】。现在凸轮机构已经在包装机械、食品机械、纺织机械、交通运输机械、动力机械、印刷机械等领域得到了广泛的应用。但是，与先进国家相比，我国对凸轮机构的研究和应用还存在较大的差距，尤其是在对振动的研究、凸轮机构的加工及产品开发等方面【6】。虽然已有很多学者对凸轮机构的研究做了相当多的工作，但在各研究方向仍有许多可继续进行的工作, 并有一些研究工作有待开发。从设计的角度考虑, 大致有以下几点：（1）在从动件运动规律的研究方面, 除了继续寻找更好的运动规律外, 要研究有效的分析方法。（2）在几何学和运动学的研究方面, 要综合考虑各种凸轮机构, 尽可能导出普遍适用的计算公式。已有研究大多集中于平面和圆柱凸轮, 而且是一种凸轮一种研究方法, 因而设计公式过多, 近似较多, 并影响到其他方面（如CAD的应用等）的研究。(3)发展通用而有效的CAD系统。由于种种原因, 计算机在凸轮机构设计中的应用一直被局限于几种平面和圆柱凸轮机构, 且每一程序一般只能处理一、二种机构, 对比较完整的系统CAD的研究, 在近十几年才开始, 且很不完善。(4)引入专家系统或人工智能CAD系统。由于凸轮机构不是标准机构, 种类多, 应用广, 加之许多已有的知识不能公式化, 所以应用普通的CAD系统, 有时效果并不很理想。如果引入专家系统, 则可以获得较为理想的结果。(5)动力学研究的深化及研究成果的进一步实用化。由于动力学问题本身的复杂性, 导致研究主要集中于低、中速凸轮机构, 对高速凸轮机构的动力学研究还不够深入、完善, 所以, 人们对这些研究成果的可靠性存在怀疑, 这些成果的应用尚不广泛。(6)加强对凸轮机构的运动学特性和动力学特性的计算机模拟, 以提高设计质量和缩短产品研制周期。(7)研究的CAD/CAM一体化。(8)凸轮机构作为引导机构的研究和应用【7】。1.2 研究的目的意义凸轮机构在机械中应用十分广泛，如：在自动机床进刀机构、上料机构、内燃机配气机构、制动机构等。由于电子技术的发展，现在某些设备的控制单元可以采用电子元器件，但它们一般只能传递较小的功率，而凸轮机构却能在实现控制功能的同时传递较大的功率，因此，凸轮机构在生产中具有无可替代的优越性，尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中，更有突出的优点【1】。圆柱凸轮结构紧凑，又有良好的动力学性能，因此在凸轮机构中占有重要地位。常见的圆柱凸轮如图1所示: (a) 圆柱端面凸轮 (b) 圆柱面凸轮图1 常见的圆柱凸轮凸轮a的工作面位于圆柱的顶部，从动件依靠其自身重量或弹簧弹力实现降程段的运动。不适用于从动件在升程与降程都有较大负载的设备，如瓶装饮料灌装压盖机。凸轮b可由凸轮的上工作面实现从动件降程段的运动，但当凸轮的工作面或从动件的滚轮磨损后，就会形成升程与降程的间隙误差。图2所示的双联圆柱凸轮由圆柱顶部的凸轮工作面实现从动件升程段的运动，由下部凸轮的上工作面实现从动件降程段的运动，当凸轮的工作面或从动件的滚轮磨损后，可通过调节两滚轮的中心距，消除升程与降程的间隙误差【8】。实现使用过程中磨损间隙容易调整，同时实现控制功能和传递较大的功率，但圆柱凸轮轮廓复杂，计算工作量大，传统的设计和加工方法通常采用手工描点、拟合轮廓、铣床粗铣及手工精锉等方法,因此制造周期长、劳动强度大、零件精度低,已经不能满足现代工业发展的要求【9】。如果能够通过一个模板模型衍生出不同的模型,就会大大提高设计效率。参数化设计是将系列化、通用化和 图2 双联圆柱凸轮标准化的定型产品中随产品规格不同而变化的参数用相应的变量代替,通过对变量的修改,从而实现同类结构机械零件设计的参数化【7】。运用PRO/ENGINEER 参数化设计软件设计各种圆柱凸轮的方法,以及通过CIMATRON 软件调入IGES代码进行数控加工编程和实际加工的方法,该方法具有高效、精密的特点【9】。因此，对双联圆柱凸轮进行参数化设计与实体建模的研究，有助于提高双联圆柱凸轮的制造品质，降低制造成本和缩短产品开发周期，为其加工制造形成产业化规模做好准备有着重要的意义。1.3 本文研究的主要内容本文运用参数化设计原理，借助Pro/E进行双联圆柱凸轮的参数化设计与实体建模，并进行运动仿真与动态分析,在虚拟的环境中实现机构运动。2原始数据、凸轮曲线的选择和相关计算2.1 原始数据推程：推杆所受阻力为，移动行程为，移动时间；回程：推杆所受拉力为，移动行程为，移动时间。 2.2 选择凸轮曲线推程运动角,运动规律为简谐运动（余弦加速度）；远休止角；回程运动角，运动规律为简谐运动（余弦加速度）；近休止角。行程为。单个滚轮中心轨迹按周长展开得到的曲线【10】如图3所示： 图3 单个滚轮中心轨迹曲线图2.3 滚子从动件运动规律从动件在以余弦加速度上升，上升高度为，上升时间为。在从动件静止，静止时间为。在从动件以余弦加速度下降，下降高度为，下降时间为。在从动件静止，静止时间为。2.4 圆柱凸轮最小有效半径的计算2.4.1 计算原理圆柱凸轮机构中圆柱凸轮的平均半径可以根据许用压力角确定, 凸轮机构压力角的大小直接影响凸轮机构传力性能、机构尺寸和机械效率等主要参数【11】，所以压力角的选择应该在许用范围以内，由参考文献【10】得，在计算时取“=”号，即计算圆柱凸轮最小有效半径。2.4.2 推回程圆柱凸轮最小有效半径的计算推程最小有效半径的计算初步取推程压力角。推程曲线如图4所示,在推程运动过程中，凸轮承受柔性冲击。图4 推程曲线推程函数为： 【10】 （1）对上式求导得： （2）当 时，代入得推程最小有效半径. （3）回程最小有效半径的计算回程曲线如图5所示，在此过程中，凸轮承受柔性冲击，与推程运动一样，这就为以后选择安全系数时提供了方便，安全系数可以按照凸轮承受柔性冲击选取，初步取回程压力角图5 回程曲线回程函数为： 【10】 （4）对上式求导得： (5) 当时，代入得回程最小有效半径 (6) 综上，圆柱凸轮的最小有效半径为： (7) 3强度设计与计算3.1 材料选择由于滚子的制造和更换比凸轮容易得多，选择材料时一般选择相同材料，因为滚子半径一般都小于凸轮实际轮廓的曲率半径，又由于滚子的应力变化次数比凸轮多，故当两者材料及硬度相同时，一般是滚子先损坏。凸轮材料：钢, 调质, 【12】。凸轮表面高频感应加热淬火。滚子材料：和凸轮材料相同，热处理方法也相同。3.2 计算理论 凸轮面强度用赫兹公式计算。凸轮和滚子的接触视为两圆柱体的接触，适用赫兹公式计算。由参考文献【13】得，最大接触应力 为： (8) 由于滚子材料和凸轮材料相同并且都为钢铁，所以，化简上式得：。式中 综合曲率半径，正号用于外接触，负号用于内接触；综合弹性模量，为两接触材料的弹性模量；凸轮和滚子材料的泊松比；法线方向最大力。许用接触应力计算公式为： (9) 由参考文献【13】得：。， 。则： (10) 设滚子半径为，滚子宽度为，圆柱等价曲率半径为，接触宽度为，任何一条曲线的曲率可有【14】算出，由算出。3.3 具体计算推程阶段最大推力，压力角，受力分析【15】如图6所示：图6 推程阶段受力分析由受力分析可得： (11)推程曲线函数为式(1)，对推程曲线函数求一阶导得式(2)， 对推程曲线函数求二阶导得： (12)由于在是内接触，在是外接触，所以推程曲线分为两段计算。当时，根据公式，要求，应该取最小值，由于凸轮与滚子是内接触，再根据公式，应该取最小值。 (13) (14) (15) (16)当时，根据公式，要求，应该取最小值，由于凸轮与滚子是外接触，再根据公式，应该取最大值。 (17) (18) (19) (20)综上，推程阶段的最大值为式（20）。回程阶段最大推力，压力角。受力分析如图7所示： 图7 回程阶段受力分析由受力分析可得： (21)回程曲线函数为式（4），对回程曲线函数求一阶导得式（5）对回程曲线函数求二阶导得： (22)由于在是内接触，在是外接触，所以回程曲线分为两段计算。当时， 应该取最小值。 (23) (24) (25) (26)当时，应该取最大值。 （27） （28） （29） （30）综上，回程阶段的最大值为式（30）。由于，所以在整个运动曲线上的最大值为式（20）。即：取最大值时，根据，可以得出接触线长度的最小值。 （31）3.4 轴颈剪切应力计算轴颈材料为45钢，。轴颈受力如图8所示：图8 轴颈受力滚子受力分析以上已经分析，取推程受力与回程受力两者中的最大值，则： （32）轴颈最小截面积为：【16】 （33）轴颈最小直径为： （34）考虑在制造中的误差和使用中的稳定性，轴颈最小直径适当的加大。把最小轴颈直径加，即： （35）3.5 双联圆柱凸轮参数的确定压力角滚子直径所需最大推力导程圆柱凸轮有效半径为式（7），即： 圆柱凸轮有效周长为： （36）双联圆柱凸轮滚轮运动轨迹按周长展开示意图，如图9所示：图9 双联圆柱凸轮滚轮运动轨迹按周长展开示意图双联圆柱凸轮从动件两个滚轮的中心轴钢性连接，这就要求在运动过程中两滚轮的中心距保持不变，而且其中心连线时刻与凸轮的轴线保持平行，滚轮中心和其与凸轮轮廓线切点的连线与滚轮中心轨迹线垂直。这就给设计与加工提出了新的问题。如果滚轮中心轨迹线按360展开，在非水平及圆弧过渡处将不能满足上述要求，只能按周长展开，同时，还须保证滚轮中心和其与凸轮轮廓线切点的连线与滚轮中心轨迹线垂直【2】。4参数化设计4.1 参数化设计原理采用Pro/ENGINEER进行参数化设计，所谓参数化设计就是用数学运算方式建立模型各尺寸参数间的关系式，使之成为可任意调整的参数。当改变某个尺寸参数值时，将自动改变所有与它相关的尺寸，实现了通过调整参数来修改和控制零件几何形状的功能。采用参数化造型的优点在于它彻底克服了自由建模的无约束状态，几何形状均以尺寸参数的形式被有效的控制，再需要修改零件形状的时候，只需要修改与该形状相关的尺寸参数值，零件的形状会根据尺寸的变化自动进行相应的改变【17】。参数化设计不同于传统的设计,它储存了设计的整个过程,能设计出一族而非单一的形状和功能上具有相似性的产品模型。参数化为产品模型的可变性、可重用性、并行设计等提供了手段,使用户可以利用以前的模型方便地重建模型,并可以在遵循原设计意图的情况下方便地改动模型,生成系列产品【18】。4.2 建立滚轮中心轨迹曲线方程圆柱凸轮最小外径为： （37） 由式（37）、（7）、（31）得：（38）圆柱周长 （39）单个滚轮中心轨迹按周长展开，如图10所示：图10 单个滚轮中心轨迹按周长展开凸轮高度 （40）以左下角做为作标原点，创建单个滚轮中心轨迹曲线方程。推程位移轨迹线对应方程。 （41）远休止轨迹线对应方程。 （42）回程运动轨迹线对应方程。 （43）近休止轨迹线对应方程。 （44）另一个滚轮中心轨迹线方程只需要把方程式做相应修改，其它轨迹线方程不变。方程式修改如下：推程位移轨迹线方程。 （45）远休止角轨迹线方程。 （46）回程位移轨迹线方程。 (47)近休止角轨迹线方程。 (48)4.3 运用Pro/E进行参数化设计步骤4.3.1 创建新文件创建新文件步骤如下：运行Pro/EGINEER Wildfire.单击“文件”工具栏中的“新建”工具，弹出“新建”对话框。点选“类型”选项组中的“零件”单选钮，点选在“子类型”选项组中的“实体”单选钮，并在“名称”文本框中输入“shuanglianyuanzhutulun”，取消勾选“使用默认模板”复选框，单击“确定”按钮，弹出“新文件选项”对话框。选择“mmspartsolid”模板，表示零件模型为实体，单位为mm（毫米）/N（牛顿）/s（秒）。单击“确定”按扭完成设置【19】。4.3.2 创建用户参数压力角滚子直径所需最大推力导程选择下拉菜单“工具”“参数”命令，系统弹出如图11所示的“参数”对话框。图11 “参数”对话框在对话框的“查找范围”选项中，选择对象类型为零件，然后单击“+”按钮。在“名称”栏输入参数名a，按回车键，选取参数类型为“实数”,在“数值”栏中，输入参数a的值30，按回车键。用同样方法创建用户参数Ft，设置为“实数”，初始值为500；创建用户参数DD，设置为“实数”,初始值为40；创建用户参数h，设置为“实数”，初始值为100。单击对话框中的“确定”按钮。4.3.3 创建曲线方程步骤如下：1 单击“基准”工具栏中的“插入基准曲线”工具，弹出“菜单管理器”。2 单击“菜单管理器”中“曲线选项”菜单中的“从方程”“完成”命令，进入下一级菜单，并弹出“曲线：从方程”对话框。3 根据系统提示，选取系统自定义的“PRTCSYSDEF”作为坐标系。单击“菜单管理器”中“设置坐标类型”菜单栏中的“笛卡尔”命令，将坐标系类型设置为“笛卡尔”坐标，并打开文件名为“rel.ptd”的记事本文件。4 将一个滚轮的推程位移曲线的笛卡尔坐标方程添加到该文件中。单击该记事本文件中的“文件”“保存”命令，将添加笛卡尔坐标方程后的“rel.ptd”的记事本文件保存到原路径下。再单击“文件”“退出”命令关闭该文件，完成从动件推程位移曲线笛卡尔坐标方程的添加。如图12所示：图12 “rel.ptd”记事本5 单击“曲线：从方程”对话框中的“确定”按钮，完成从动件推程位移曲线的创建。6 重复上述步骤，分别输入从动件远休止、回程及近休止的位移方程式。7 重复以上步骤，完成另一条曲线的笛卡尔坐标方程的添加。得到完整的从动件位移曲线，如图13所示：图13 完整的从动件位移曲线4.3.4 保存文件副本（IGES格式文件）单击菜单栏中的“文件”“保存副本”命令，弹出“保存副本”对话框。在“新建名称”文本中输入文件名“curve”，在“类型”选项框中选“IEGS(*.igs)”格式，如图14所示，单击“确定”按钮，弹出“输出IGES”对话框。图14 “保存副本”对话框勾选“基准曲线和点”复选框，同时取消勾选“曲面”复选框。单击“确定”按钮，完成IGES文件副本的保存。4.3.5 创建凸轮实体设置属性。单击“基础特征”工具栏中的“拉伸”工具，弹出“拉伸”操作板。绘制拉伸曲面。 单击“拉伸”操控板中的“放置”按钮，弹出“放置”上滑板。单击“定义”按钮，弹出“草绘”对话框。选取基准平面“FRONT”作为草绘平面，其余选项接受默认设置，单击“草绘”按钮，进入草绘器。图15 “关系”文本框单击“草绘器”工具栏中的“创建矩形”工具，绘制一个矩形。单击菜单栏中的“工具”“关系”命令，弹出“关系”文本框。此时绘图区中的尺寸变为。如图15所示：在“关系”文本框中输入以下关系式， (49)单击“确定”按钮，关闭“关系”文本框。此时绘图区中的尺寸分别显示为863.11（圆柱凸轮的周长）、320.00 (圆柱凸轮的长度)、和100.00。如图16所示：图16 矩形设置拉伸深度。单击“拉伸”操控板中的“指定深度拉伸”按钮，并输入拉伸深度80，单击“确定”按钮，完成凸轮基体的创建。4.3.6 创建凸轮凹槽特征设置属性。单击菜单栏中的“插入”“扫描”“切口”命令，弹出“剪切：扫描”对话框。定义扫描曲线单击“菜单管理器”中的“扫描轨迹”菜单中的“选取轨迹”命令。在弹出的“链”菜单中，以此单击“依次”“选取”命令。根据系统提示，按下“ctrl”键，在绘图区中选取已创建的一条从动件位移曲线作为扫描轨迹，单击“完成”命令。单击“正向”命令，确认此方向，完成扫描轨迹定义。选择属性单击“菜单管理器”中“属性”菜单栏中的“自由端点”命令，确定扫描轨迹线为开放状态，单击“完成”按钮，完成属性定义，系统再次进入草绘器。绘制扫描截面单击“草绘器”工具栏中的“创建矩形”按钮，绘制一个矩形，单击菜单栏中的“工具”“关系”命令，弹出“关系”文本框。此时绘图区中的尺寸变为，如图17所示，即为与滚子接触的长度的两倍，考虑计算、加工和装配误差，在计算的基础上加，即接触线长度加。在关系文本框中输入如下关系式， (50)图17 “关系”文本框根据箭头所指的方向，选取要删除的区域，单击“菜单管理器”中“方向”单中的“正向”命令，确定要删除的方向，单击“剪切：扫描”对话框中的“确定”按钮，完成凸轮一个凹槽的创建。重复创建凸轮凹槽特征步骤的。图18 “关系”文本框单击“草绘器”工具栏中的“创建矩形”按钮，绘制一个矩形，单击菜单栏中的“工具”“关系”命令，弹出“关系”文本框。此时绘图区中的尺寸变为。如图18所示，在关系文本框中输入如下关系式： (51)根据箭头所指的方向，选取要删除的区域，单击“菜单管理器”中“方向”菜单中的“正向”命令，确定要删除的方向，单击“剪切：扫描”对话框中的“确定”按钮，完成凸轮另一个凹槽的创建。如图19所示：图19 凸轮沟槽特征4.3.7 创建环形折弯特征设置属性单击菜单栏中的“插入”“高级”“环形弯折”命令，创建环形折弯实体特征。单击“菜单管理器”中“选项”菜单中的“360”（定义折弯角度）“单侧”（在草绘平面的一侧创建特征）“曲线折弯收缩”（折弯时，基准曲线径向收缩）“完成”命令。定义折弯对象单击“菜单管理器”中“定义折弯”菜单中的“添加”命令。根据系统提示，在绘图区中选取上一步创建的拉伸实体（或在模型树中单击“拉伸1”特征）和下表面作为要折弯的对象。定义折弯轮廓选取如图20箭头所示的平面作为草绘平面，单击“菜单管理器”中“方向”菜单中的“正向命令，接受系统默认的视图方向。图20 草绘平面单击“菜单管理器”中“草绘视图”菜单中的“缺省”命令，确定草绘参照平面。在草绘器中，单击“草绘器”工具栏中的“创建参照坐标系”工具，创建参照坐标系。绘制如图21所示的一条直线，作为弯曲轨迹，单击“完成”按钮，退出草绘器。图21 弯曲轨迹定义折弯长度根据系统提示，选取如图22箭头所指的长方体的两平行端面以定义弯曲长度，图22 两平行平面完成环形特征的创建，并完成圆柱凸轮的建模，如图23所示：图23 双联圆柱凸轮4.3.8 应用编程的方法进行参数输入控制，已达到快速设计新产品的目的选择“工具”“程序”命令，系统弹出“程序”菜单管理器。选择“编辑设计”命令，系统弹出程序编辑器界面。在编辑器的INPUT和END INPUT语句之间加入以下内容: “请输入最大压力角：” “请输入最大推力：” “请输入导程：” “请输入滚子直径：”如图24所示：图24 输入程序4 完成后称盘退出。当系统提示“要将所做的修改体现到模型中？”回答“是”。4.3.9 验证程序设计效果完成上一步操作后，系统弹出“得到输入”菜单，选择其中的“输入”命令。在出现“INPUT SEL”菜单界面中，选中a、Ft、h、DD这四个复选框，然后选择“完成选取”命令。在系统提示“请输入最大压力角：30”时，请输入35。在系统提示“请输入最大推力：500” 时，请输入600。在系统提示“请输入导程：100” 时，请输入200。在系统提示“请输入滚子直径：40” 时，请输入40。此时系统开始生成新模型【20】，新模型如图25所示： 图25 新模型4.3.10 保存零件模型文件单击“文件”“保存”，打开“保存对象”对话框，选择保存对象，单击确定，完成文件保存。4.4 其它零件的参数化设计重复第四章的参数化设计步骤，建立相关零件的参数化设计如图26所示：上轴(a) 上轴上轴瓦(b) 上轴瓦下轴(c) 下轴下轴瓦(d) 下轴瓦滚子(e) 滚子推杆(f) 推杆图26 其它零件的参数化尺寸5 运动仿真与动态分析5.1 仿真的准备特征打开“shanglianyuanzhutulun”,插入两个轴，轴为旋转轴，轴为垂直平面并且与轴交与凸轮的底面，在交点处插入坐标系，轴为方向，轴为方向，如图27所示：图27单击“插入基准曲线”按钮，“从方程”“完成”“”“圆柱”，在记事本中输入如下关系式：(52)重复步骤（2）在记事本中分别输入如下关系式： (53) (54) （55）5.2 元件的装配步骤单击“文件”“新建”。打开新建对话框，选择“组件”选项，将组件名改为“zhuang-pei”，去掉“使用默认模板”复选框前面的勾号，单击确定，系统打开“新文件选项”对话框，在列表中选择“mmns_asm_design”为模板，单击确定【21】。单击界面右端“创建图元”图标，弹出“元件创建”对话框，选择“骨架模型”，弹出“创建选项”对话框中选择“创建特征”选项，单击确定。在界面右端单击“创建基准轴”按钮，弹出“基准轴”对话框，选取ASM_RIGHT基准面，按住Ctrl选取ASM_TOP基准面，单击确定，创建的轴为A_1。再次打开“基准轴”对话框，选取ASM_FRONT，用鼠标拖动基准轴的图柄分别至ASM_RIGHT，ASM_TOP基准面，偏移参照距离分别为和，创建的轴为A_2。单击下拉菜单“窗口”“激活”。 单击界面右端“将元件添加到组件”按钮，选取“shuanglianyuanzhutulun.prt”单击打开，在弹出的“元件放置”属性栏中选择“放置”，连接类型为“销钉”，选取shuanglianyuanzhutulun.prt的运动轴A_1与组件参照选取ASM_SKET.PART的轴A_1对齐，平移对齐选取元件参照为FRONT面，组件参照为ASM_FRONT，单击确定。单击界面右端“将元件添加到组件”按钮，选取“tui_gan.prt”单击打开，在弹出的“元图28件放置”属性栏中选择“放置”，连接类型为“滑动杆”，选取tui_gan.prt的运动轴A_5与组件参照选取ASM_SKET.PART的轴A_2对齐，平移对齐选取元件参照为曲面，组件参照为ASM_RIGHT，单击确定。装配结果如图28所示：单击界面右端“将元件添加到组件”按钮，选取“xia_zhou_jing.prt”单击打开，在弹出的“元件放置”属性栏中单击“放置”，约束类型选择“匹配”，选取tui_gan.prt的拉伸面与xia_zhou_jing.prt的旋转面，再单击“新建约束”，约束类型选择“插入”，选取tui_gan.prt的拉伸面与xia_zhou_jing.prt的旋转面，如图29所示,单击确定。 图29 图30单击界面右端“将元件添加到组件”按钮，选取“xia_zhou_wa.prt”单击打开，在弹出的“元件放置”属性栏中选择“放置”，连接类型为“销钉”，选取xia_zhou_wa.prt的运动轴A_2与xia_zhou_jing.prt的轴A_3对齐，平移对齐选取xia_zhou_jing.prt的旋转面与xia_zhou_wa.prt的旋转面，如图30所示,单击确定。单击界面右端“将元件添加到组件”按钮，选取“yuanzhugunzi.prt”单击打开，在弹出的“元件放置”属性栏中选择“放置”，连接类型为“销钉”，选取yuanzhugunzi.prt的运动轴A_2与组件参照选取tui_gan.prt的轴A_3对齐，平移对齐选取元件参照为旋转曲面，组件参照为tui_gan.prt的拉伸曲面，单击“偏距”输入值为7.5。再单击“新设置”，选择连接为槽连接，直线上的点选择shuanglianyuanzhutulun.prt上的蓝色曲线和yuanzhugunzi.prt上的PNT0，单击确定。 完后如图31所示： 图31 图32单击界面右端“将元件添加到组件”按钮，选取“da_dian_pian.prt”单击打开，在弹出的“元件放置”属性栏中单击“放置”，约束类型选择“匹配”，选取tui_gan.prt的拉伸面与da_dian_pian.prt的旋转面，再单击“新建约束”，约束类型选择“插入”，选取da_dian_pian.prt的旋转面与xia_zhou_jing.prt的旋转面，如图32所示,单击确定。重复步骤，完成“da_luo_mu.prt”的装配。装配结果如图33所示：.重复步骤，完成另一个圆柱滚子的装配，装配结果如图34所示： 图33 图345.3 运动仿真单击“应用程序”“机构”。单击右边工具栏“定义伺服电动机”按钮，在类型选项卡中选取“运动轴”，选择“suanglianyuanzhutulun”的A_1轴，单击“反向”。单击“轮廓”“速度”，在“初始位置”中接受当前位置，选取“模”为“常数”，在“A”输入“20”，“应用”“确定”。如图35所示：单击界面右端的“分析定义”按钮，弹出“分析定义”对话框，接受默认的名称，选择分析类型为“运动学”，输入运行时间为30，接受下面所有的默认选项，单击“运行”按钮，运行完成后单击“确定”按钮，系统回到“定义分析”对话框，单击“确定”按钮。关闭“定义分析”对话框。点击界面右端的“回放”按钮，进入“回放”对话框，点击“播放”按钮，查看运动情况。如图36所示： 图35 图36单击“捕获”，接受默认值单击确定，制定视频动画播放文件。见ZHUANG-PEI.mpg.5.4 动态分析单击右边工具栏“定义伺服电动机”按钮，在类型选项卡中选取“运动轴”，选择“suanglianyuanzhutulun”的A_1轴，单击“反向”。单击“轮廓”“速度”，在“初始位置”中接受当前位置，选取“模”为“常数”，在“A”输入“120”，“应用”“确定”。单击界面右端的“分析定义”按钮，弹出“分析定义”对话框，接受默认的名称，选择分析类型为“动态”，输入运行时间为4，接受下面所有的默认选项，单击“运行”按钮，运行完成后单击“确定”按钮，系统回到“定义分析”对话框，单击“确定”按钮。关闭“定义分析”对话框。单击“生成分析的测量结果”按钮，图形类型选择“测量与时间”，勾选“分别绘制测量图形”，选择结果集，单击“绘制新测量”按钮，进入“测量定义对话框”。分量选择“z分量”，类型选择“位置”，点选“tui_gan.prt”上端一点。如图37所示,单击“应用”“确定”。图37进入“测量结果对话框”，单击“绘制制定结果集所选测量图形”，弹出“图形工具”。得出推杆即从动件的位移时间图像【22】，如图38所示：重复步骤，分量选择“z分量”，类型选择“速度”，点选“tui_gan.prt”上端一点。如图37所示，单击“应用”“确定”。进入“测量结果对话框”，单击“绘制制定结果集所选测量图形”，弹出“图形工具”。得出推杆即从动件的速度时间图像，如图39所示：重复步骤，分量选择“z分量”，类型选择“加速度”，点选“tui_gan.prt”上端一点。如37所示，单击“应用”“确定”。进入“测量结果对话框”，单击“绘制制定结果集所选测量图形”，弹出“图形工具”。得出推杆即从动件的加速度时间图像，如图40所示： 图38 位移时间图像图39 速度时间图像图40 加速度时间图像从图38可知推杆的位移，推程时间为，远休止时间为，回程时间为，近休止时间为，这与运动要求相符，验证设计的正确性；从图39可知推杆最大速度，速度曲线过渡不平滑，存在柔性冲击，与设计相符；从图40可知推杆最大加速度，加速度存在突变，进一步验证机构存在柔性冲击。通过以上的分析可知：推杆的位移、运动时间、速度和加速度的变化规律，实现了在虚拟的环境中验证设计是否符合要求，以便发现问题，解决问题。6 总结与展望6.1 小结本文介绍了双联圆柱凸轮的研究现状和研究的目的意义以及应用前景，根据双联圆柱凸轮的特殊结构特点和特殊运动要求，选择了凸轮曲线，以最大许用压力角、最大推力、滚子直径、导程为4个基本参数，运用Pro/E进行参数化设计，既不需计算滚子的修正轨迹，又能完全保证双联圆柱凸轮的特殊运动要求。运用ProE软件进行运动仿真与动态分析，在虚拟的环境中实现机构运动，对于提高设计效率降低生产成本有很大的作用，对加工制造形成产业化规模有着重要的意义。6.2 展望圆柱凸轮经历了百年发展，从传统低速凸轮设计发展到现在的高速度优化凸轮设计，从手工设计到现代的计算机辅助设计，随着科技的发展，圆柱凸轮还将继续发展下去，以适应现代工业的需要，尽管电子技术的发展, 某些设备的控制元件可以采用电子元器件, 但它们一般只能传递较小的功率, 而凸轮机构却能在实现控制功能的同时传递较大的功率, 因此, 凸轮机构在生产中具有无可替代的优越性, 尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中, 更有突出的优点。致谢经过3个多月的艰苦努力，我设计的双联圆柱凸轮与实体建模终于设计完成了。在这期间，孙老师给予了我非常大的帮助和指导，才使我能顺利完成这次毕业设计。刚开设计时，由于在大学期间一直学习的是理论方面的知识，很少有实践检验的机会。第一次做这种独立性强而且非常全面的设计，对我来说，难度很大。我对设计的顺序以及在许多方面考虑的仍不周到，就使自己的设计不断地修改、完善，浪费了不少时间。后来在各位老师的耐心指导下开始慢慢找到正确思路，学到了很多东西并有了一些成果。向所有关心我的老师和同学以及在工作上和学习上帮助过我的人们表示衷心的感谢！由于本人能力有限，再加上这次毕业设计时间上比较仓促，所以不足之处在所难免，恳切希望各位老师们批评指正。参考文献【1】 莫亚梅.凸轮机构研究的现状及发展趋势J.南通工学院学报,15（1）,1999-03,21.【2】 Tesar, Matthew G K. The dynamic synthesis, analysis, and design of modeled cam sstem. Lexington Boods,1976.【3】 彭国勋,肖正扬.自动机械的凸轮机构设计M.北京:机械工业出版社:1990.【4】 赵韩,丁爵曾.梁锦华.凸轮机构设计M.北京:高等教育出版社:1993.【5】 邹慧君,李瑞琴,郭为忠,张青.机构学10年来主要研究成果和发展展望J.机械工程学报,2003（12）,22.【6】 陆凤仪,徐格宁.机构学研究现状与展望J.太原重型机械学院学报,2002（6）,130.【7】 王东,蒲小琼.基于Solid Works 的机械零件参数化设计J.机械制造与研究,2004(10),15【8】 战祥乐，刘安静，赵战峰.双联圆柱凸轮的参数化设计与数控加工J. 组合机床与自动化加工技术.2006(6)68.【9】 童森林,陈俊华,陈俊龙.圆柱凸轮的参数化设计和数控加工J.组合机床与自动化加工技术,2002(9).【10】 郑文纬，吴克坚.机械原理M.高等教育出版社.17,144145.【11】 李长春,王玉增,王玉茹. 直动从动件圆柱凸轮机构的压力角计算J. 山东建材学院学报.2001(6).9