搜索凸輪機構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)的開發(fā)及三維運動仿真
2013-06-22 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
CAD/CAM與制造業(yè)信息化
關(guān)鍵字:參數(shù)輸入 proe 平行分度 參數(shù)輸入
平行分度凸輪機構(gòu)是一種較為復雜的平面共軛凸輪機構(gòu),其運動過程如圖1所示。該機構(gòu)可將凸輪軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為輸出軸的間歇轉(zhuǎn)動或移動。由于該機構(gòu)與棘輪、槽輪等傳統(tǒng)間歇機構(gòu)相比,具有高轉(zhuǎn)速與高分度精度等優(yōu)點,目前被廣泛應用于各類自動化機械產(chǎn)品中。
圖1 平行分度凸輪機構(gòu)運動簡圖
分度凸輪機構(gòu)是靠其工作輪廓曲線來實現(xiàn)預定的分度盤分度轉(zhuǎn)動,其輪廓是根據(jù)最佳的運動規(guī)律包絡(luò)而成,通常是由大量的離散點經(jīng)過處理而形成的直紋曲面。如果能夠在加工前,基于三維虛擬設(shè)計環(huán)境將平行分度凸輪機構(gòu)的三維實體直觀地繪制出來,實現(xiàn)平行分度凸輪機構(gòu)的三維參數(shù)化設(shè)計與運動仿真,將能幫助設(shè)計者及時地發(fā)現(xiàn)由于壓力角過大而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動困難、曲率半徑過小而產(chǎn)生的運動失真和加工時產(chǎn)生冗切等問題,以便及時進行修改,提高設(shè)計質(zhì)量,縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。對于平行分度凸輪的三維設(shè)計與仿真,目前只有基于VC 6.0調(diào)用OpenGL函數(shù)開發(fā)的設(shè)計與仿真系統(tǒng),但是用這種系統(tǒng)要實現(xiàn)仿真需要編制大量的程序來實現(xiàn)。而對于通用的3D設(shè)計軟件,如Solidworks、proeNGINEER和CATIA等,由于分度凸輪廓面的特殊性均不能直接滿足設(shè)計要求。為了能夠利用proeNGINEER自帶的仿真功能以及后續(xù)的數(shù)控加工功能,本文提出一種在AutoCAD環(huán)境下開發(fā)的生成
凸輪二維廓面的系統(tǒng),然后調(diào)入proeNGINEER環(huán)境生成凸輪的三維實體,與在proeNGINEER環(huán)境下生成的轉(zhuǎn)盤進行裝配與仿真,還可以在此基礎(chǔ)上利用proeNGINEER自帶的數(shù)控加工功能,生成凸輪的數(shù)控加工代碼。
一、平行分度凸輪設(shè)計專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
本專家系統(tǒng)主要由知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)庫、方法庫和知識庫管理系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
系統(tǒng)采用目前流行的向?qū)υ捒蜻M行參數(shù)的輸入,從而簡化了設(shè)計的任務,使用戶能夠很快地使用本專家系統(tǒng)。當用專家系統(tǒng)進行設(shè)計時,系統(tǒng)會根據(jù)用戶輸入的事實運用推理機在知識庫中尋找相匹配的規(guī)則,之后在方法庫中調(diào)用相應的方法進行設(shè)計。
圖2 平行分度凸輪機構(gòu)專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
二、計算和繪制凸輪輪廓曲線
在平行分度凸輪設(shè)計系統(tǒng)中,理論輪廓線、壓力角和實際廓線按以下公式設(shè)計。
1.凸輪理論工作廓面方程為:
2.凸輪的壓力角為:
轉(zhuǎn)盤分度期的角速度。
3.凸輪實際工作廓面方程為:
根據(jù)上述公式分別計算出與前排第一個和第三個滾子接觸的凸輪廓線,采用這兩條曲線中向徑較短的部分,該部分即為凸輪分度期的廓線,其余為停歇期廓線,用相切的圓弧來封閉即可。計算并繪制凸輪廓線的方法均是在“確定”按鈕的單擊事件里實現(xiàn)。相關(guān)代碼如下所示:
Private Sub cmdOk_Click()
……
計算并繪制凸輪廓線
……
End Sub
三、專家系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
本系統(tǒng)對平行分度凸輪以及凸輪轉(zhuǎn)盤分別設(shè)計了出直觀的參數(shù)輸入對話框,設(shè)計人員只要在該對話框中輸入相應的參數(shù)即可設(shè)計出所要求的凸輪與轉(zhuǎn)盤。
1.平行分度凸輪的對話框設(shè)計
在經(jīng)過了繪制了輪廓曲線之后,利用VBA語言對AutoCAD進行開發(fā),編制出如圖3所示的平行分度凸輪參數(shù)輸入對話框,其中機構(gòu)頭數(shù)和從動件運動規(guī)律是通過下拉式組合框來選取的,其余參數(shù)通過在文本框輸入數(shù)據(jù)來確定。
圖3 凸輪參數(shù)輸入對話框
2.轉(zhuǎn)盤的對話框設(shè)計
接下來利用VC語言對proeNGINEER進行二次開發(fā),編制出如圖4所示的轉(zhuǎn)盤參數(shù)輸入對話框。
圖4 轉(zhuǎn)盤參數(shù)輸入對話框
四、動態(tài)仿真的實現(xiàn)
本系統(tǒng)直接利用proeNGINEER提供的機構(gòu)仿真功能,而無需編寫大量的源程序。在proeNGINEER的裝配模式下進行元件連接后,添加“驅(qū)動器”即可進行“運動分析”并創(chuàng)建運動記錄,選擇“結(jié)果回放”可以重新演示機械運動、檢驗干涉和定性分析從動運動特性等操作和分析。
五、設(shè)計實例
某平行分度凸輪機構(gòu),頭數(shù) 1,分度數(shù)10 ,中心距C=160 ,動成角 
,轉(zhuǎn)盤的運動規(guī)律選用修正正弦曲線。
在平行分度凸輪設(shè)計的對話框中輸入指定參數(shù)即可在AutoCAD環(huán)境下生成凸輪的二維廓線,將所生成的凸輪二維廓線保存為.dxf格式,然后在proeNGINEER環(huán)境下新建一個Part模塊,點擊“插入→共享數(shù)據(jù)→自文件”打開所保存的.dxf文件,此時會出現(xiàn)一個信息窗口提示用戶保存文件,用戶可選擇坐標系統(tǒng)或缺省,確定后即可將二維廓線調(diào)入proeNGINEER環(huán)境生成三維模型,如圖5所示。
圖5 平行分度凸輪三維模型
然后利用轉(zhuǎn)盤設(shè)計對話框,輸入指定的參數(shù),生成的凸輪轉(zhuǎn)盤如圖6所示。
圖6 平行分度凸輪轉(zhuǎn)盤
最后在proeNGINEER環(huán)境下完成裝配和仿真,如圖7所示。
圖7 平行分度凸輪機構(gòu)的仿真
六、結(jié)論
本文對二維及三維設(shè)計和訪真軟件進行了綜合運用,開發(fā)了平行分度凸輪機構(gòu)的設(shè)計與仿真系統(tǒng)。該機構(gòu)能完成機構(gòu)參數(shù)的自動綜合和凸輪輪廓的自動生成,并且在proeNGINEER環(huán)境下實現(xiàn)了運動仿真而無需編寫大量的源程序。事實證明本系統(tǒng)能夠驗證機構(gòu)設(shè)計方案的合理性和各構(gòu)件在運動過程是否發(fā)生干涉,以便設(shè)計人員及時改正,提高了機構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計的效率和質(zhì)量。
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