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1、摘要 机械设计中，尤其是在零件的三维造型和运动彷真方面，计算机辅助设计(CAD)技术已经成为重要的设计工具。PRO/E 是 CAD/CAM/CAE 领域的一种优秀软件，其强大的参数化造型、产品装配和运动仿真与分析等功能已经广泛应用于工业产品设计。应用 PRO/E 的图形曲线特征和关系式工具，可准确、快速 的生成凸轮实体,根据凸轮机构从动件的运动规律，确定凸轮机构从动件的运动方程式。通过对具体凸轮机构设计案例分析。提出了利用 ProENGINEER 软件中图形基准与可变截面扫描功能相结合进行凸轮轮廓精确造型的一种比较快捷的方法，对凸轮机构的精确及优化设计有一定的启示。轮机构的压力角是凸轮机构设计
2、的一个重要参数，决定了凸轮大小和机构强度等诸元素，同时压力角又受其它设计参数的影响。设计时应以减小凸轮机构压力角为目的，从平面凸轮机构结构型式、基本尺寸、从动件运动规律曲线等设计参量对压力角的影响入手进行分析，运用数值计算和分析类比的方法，得出在合理设计凸轮参数的情况下减小凸轮机构压力角的相应措施。应用 PRO/E 的运动仿真功能，通过对机构进行运动学仿真和运动结果的分析，提高机构设计的准确性，对装配仿真的原理做了深入细致的分析，包括装配模型的建立、装配序列规划、装配路径规划、装配过程中的干涉检查、零件库的建立与应用。关键词关键词: : PRO/EPRO/E；凸轮机构；三维造型；装配；运动仿真
3、。；凸轮机构；三维造型；装配；运动仿真。AbstractIn mechanical designCAD technique already become all knportant tool for designespecially the three dimensional modeling and motion simulationPro/E is a kind of excellent software in CADCAMCAE fieldIts technical of full parametric product design function can be used for th
4、ree dimensional modeling design and it also includes assembling and motion simulation analysis function etc Using the graph curve attribute and the relation tool of Pro/E software，the cam entity can be produced precisely and quickly This essay introduces how to decide the driven part motion equation
5、 of the cam mechanism according to the motion regularity of driven parts of the cam mechanismWith a certain cam mechanism analysisusing PRO/Es graphics datum line and its scanning function of changeable cross sectionsthe author here puts forward an easy and quick way to make the exact profile of cam
6、This way is enlightening for the exact design and optimization of cam mechanismThe pressure angel of the cam mechanism is an important parameter in design which determines the cam size and mechanism strengthIn addition，the pressure angel is also affected by other designing parametersAim at reducing
7、the pressure angle of the com mechanism，the paper analyzed from the impacts of the structure style of the flat cam mechanism，basic size of the cam，and friction status On the pressure angle through numeric calculation and analogy analysis method；under the reasonable design cam parameters condition，ob
8、tained correspondent measures for reducing the pressure angle of camWith the kinematics simulation and analysis of the motion result，the design of cam mechanism is precisely improved by the motion simulation of pro/E softwareThe theories and technologies of assembly simulate are analyzed in this the
9、sis. Include basic theory of assembly model set up, layout of assembly sequence, layout of assembly path, collision detecting, part library etc.KeyKey words:words: Pro/E;Pro/E; 3D3D modeling;modeling; assembly;assembly; motionmotion simulation;simulation; camcam mechanismmechanism目 录第一章 绪论11.1 课题的来源
10、、目的和意义11.2 凸轮机构在过内外的国内外研究现状和发展趋势 31.3 主要研究内容及拟采取的技术路线、试验方案1.4 预期达到的目标 第二章 凸轮机构的结构和应用2.1 凸轮机构的发展史2.2 影响凸轮机构结构的因素2.2.12.2.1 从动件的运动规律从动件的运动规律2.2.22.2.2 凸轮的压力角凸轮的压力角2.3 凸轮的类型及设计方法2.3.12.3.1 凸轮的分类凸轮的分类2.3.22.3.2 凸轮的各类型设计方法凸轮的各类型设计方法 第三章 PROENGINEER 的凸轮机构零件设计3.1 凸轮机构的零件组成及实体特征的构建3.2 凸轮的轮廓设计和实体构建 3.2.13.2.
11、1 确定凸轮机构从动件的运动方程式确定凸轮机构从动件的运动方程式3.2.23.2.2 根据从动件运动规律创建图形基准根据从动件运动规律创建图形基准 3.2.33.2.3 利用可变截面扫描功能进行凸轮轮廓的造型利用可变截面扫描功能进行凸轮轮廓的造型3.3 其它零件的设计 第四章 PROENGINEER 的凸轮机构各零部件的装配4.1 Pro/E 的装备功能简介4.2 凸轮装配过程及结果 第五章 PROENGINEER 的凸轮机构运动仿真及分析5.1 凸轮机构的运动仿真5.2 凸轮机构的分析结果 总结 致谢 参考文献第一章 绪论1.1 课题来源、目的和意义1.1.11.1.1 课题来源课题来源在设
12、计机械时，常要求其中某些从动件的位移、速度或加速度按照预定的规律变化，这种要求用连杆机构是不方便实现的，通常采用凸轮机构来控制从动件的运动规律。凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构，只要适当地设计凸轮轮廓，就可以使从动件实现生产所要求的运动规律，因此凸轮轮廓设计是整个凸轮机构设计中的重点。凸轮轮廓的设计方法有作图法和解析法两种，其中作图法比较简单易行，但精确度较低；而解析法虽然精度较高，但计算工作量很大。如何才能快速而准确地设计出符合要求的凸轮轮廓成为广大设计者迫切要解决的问题。随着 CAD 技术的发展，迅速而准确地进行凸轮轮廓设计已成为可能，从而将设计者从繁杂的计算和艰巨的绘图工作中
13、解放出来。利用 Pro/E 的运动模块(Motion)，可对凸轮机构进行运动仿真和运动分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩，而运动分析的结果可以指导对机构的优化设计。1.1.21.1.2 研究目的和意义研究目的和意义随着计算机辅助设计（CAD）发展，应用软件的功能不断增强。Pro/E 是 3D CAD/CAM 系统的标准软件，广泛应用于机械、模具、工业设计、汽车、航天等行业。Pro/E 将体积、表面积、密度等具有设计意义的物理量引入到设计构思中来表达设计者的设计理念。凸轮机构是机械中的一种常见机构，在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。该论文以 CAD
14、/CAMCAE 集成软件 ProEngineer40 为设计平台。采用图解法设计原理来设计工具机进刀机构上的圆柱凸轮，同时，进行了凸轮机构模型的准确性、装配过程的合理性的检验，在 Motion 模块进行运动仿真分析，可检验凸轮机构作业过程的动态性、运动轨迹的正确性以及对从动件上的兴趣点进行位移分析、速度分析、受力分析等。通过对系统的各种动态分析，可及时发现和修改模型，缩短了设计周期，也可以提高设计质量。凸轮机构的设计流程：1）在 ProE 中生成 Gra 和上升曲线的建立。2）凸轮机构参数见下表 1.1。运动轨迹数学式：h=50；a=pi/2;x=60+90*t；y=0.5*h(1-cos(t
15、*pi*90/a)；z=0。表达式中 z 为旋转角度，y 为从动件的位移，参数 f 的值在 01 之间变化。表 1.1 凸轮机构的参数行程近休止角推程运动角远休止角回程运动角50mm6090120903）绘制图形特征曲线和用变截面扫描建立凸轮特征。凸轮图形特征曲线4）运动仿真中的速度与时间关系曲线图。通过实例介绍了应用 ProE 软件进行凸轮设计和运动仿真的方法和步骤。基于 ProE 软可以精确、快速的完成凸轮机构的三维实体造型，通过对机构进行运动仿真能够大大简化机构的设计开发过程并提高设计的准确性。1.2 国内外研究现状和发展趋势Pro/E(全称 Pro/ENGINEER)是美国 PTC 公
16、司的数字化产品设计制造系统。于 1986 年由原 CV 公司的技术人员开发创建，不仅最先将“参数化”技术融入CAD 系统，并且借助 PC(个人计算机)的快速崛起，率先将高端 CAD 系统从航空、航天、国防尖端领域推介到民用制造行业，为现代 CAD 的技术发展与应用普及做出了贡献。经过近 20 年的快速发展，目前 Pro/E 系统的功能得到很大提升和完善，已成为一个集 CAD/CAM/CAE 于一体的中高端 CAX 系统，并以最新Pro/ENGINEER Wildfire 为核心构件(产品数据产生)，与 Windchill PDMlink(产品数据管理)及 Windchill Projectlink(产品过程协同)一起，共同构成 PTC-PLM 解决方案。可解决任何规模的设计挑战的集成式 3D CAD/CAM/CAE 解决方案。客户需求可能会改变，时间压力可能会越来越大，但您的产品设计需
