平行分度凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的開發(fā)及三維運(yùn)動仿真

2013-06-22  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)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(jī)構(gòu)是一種較為復(fù)雜的平面共軛凸輪機(jī)構(gòu),其運(yùn)動過程如圖1所示。該機(jī)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(jī)構(gòu)與棘輪、槽輪等傳統(tǒng)間歇機(jī)構(gòu)相比,具有高轉(zhuǎn)速與高分度精度等優(yōu)點(diǎn),目前被廣泛應(yīng)用于各類自動化機(jī)械產(chǎn)品中。

圖1 平行分度凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

分度凸輪機(jī)構(gòu)是靠其工作輪廓曲線來實(shí)現(xiàn)預(yù)定的分度盤分度轉(zhuǎn)動,其輪廓是根據(jù)最佳的運(yùn)動規(guī)律包絡(luò)而成,通常是由大量的離散點(diǎn)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(jì)環(huán)境將平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體直觀地繪制出來,實(shí)現(xiàn)平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真,將能幫助設(shè)計(jì)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(yùn)動失真和加工時產(chǎn)生冗切等問題,以便及時進(jìn)行修改,提高設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)與仿真系統(tǒng),但是用這種系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)仿真需要編制大量的程序來實(shí)現(xiàn)。而對于通用的3D設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)體,與在proeNGINEER環(huán)境下生成的轉(zhuǎn)盤進(jìn)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(jì)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(jī)、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(jìn)行參數(shù)的輸入,從而簡化了設(shè)計(jì)的任務(wù),使用戶能夠很快地使用本專家系統(tǒng)。當(dāng)用專家系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時,系統(tǒng)會根據(jù)用戶輸入的事實(shí)運(yùn)用推理機(jī)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(yīng)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖2 平行分度凸輪機(jī)構(gòu)專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

    二、計(jì)算和繪制凸輪輪廓曲線

在平行分度凸輪設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,理論輪廓線、壓力角和實(shí)際廓線按以下公式設(shè)計(jì)。

    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(shí)際工作廓面方程為:

根據(jù)上述公式分別計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)。相關(guān)代碼如下所示:

Private Sub cmdOk_Click()
……
計(jì)算并繪制凸輪廓線
……
End Sub

三、專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)了出直觀的參數(shù)輸入對話框,設(shè)計(jì)人員只要在該對話框中輸入相應(yīng)的參數(shù)即可設(shè)計(jì)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(jì)

在經(jīng)過了繪制了輪廓曲線之后,利用VBA語言對AutoCAD進(jìn)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(jī)構(gòu)頭數(shù)和從動件運(yùn)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(jì)

接下來利用VC語言對proeNGINEER進(jìn)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(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)直接利用proeNGINEER提供的機(jī)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(jìn)行元件連接后,添加“驅(qū)動器”即可進(jìn)行“運(yùn)動分析”并創(chuàng)建運(yùn)動記錄,選擇“結(jié)果回放”可以重新演示機(jī)械運(yùn)動、檢驗(yàn)干涉和定性分析從動運(yùn)動特性等操作和分析。

  五、設(shè)計(jì)實(shí)例

某平行分度凸輪機(jī)構(gòu),頭數(shù) 1,分度數(shù)10 ,中心距C=160 ,動成角 ,轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動規(guī)律選用修正正弦曲線。

在平行分度凸輪設(shè)計(jì)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(diǎn)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(biāo)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(jì)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(jī)構(gòu)的仿真

    六、結(jié)論

本文對二維及三維設(shè)計(jì)和訪真軟件進(jìn)行了綜合運(yùn)用,開發(fā)了平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)。該機(jī)構(gòu)能完成機(jī)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(shí)現(xiàn)了運(yùn)動仿真而無需編寫大量的源程序。事實(shí)證明本系統(tǒng)能夠驗(yàn)證機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性和各構(gòu)件在運(yùn)動過程是否發(fā)生干涉,以便設(shè)計(jì)人員及時改正,提高了機(jī)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

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