《基于solidworks凸轮设计与装配》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于solidworks凸轮设计与装配（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于基于 SolidworksSolidworks 的凸轮设计与装配的凸轮设计与装配摘 要：凸轮在工业上应用广泛，当根据使用要求确定了凸轮机构的类型、基本参数以及从动件运动规律后，既可进行凸轮轮廓曲线的设计，传统的凸轮设计方法（主要包括作图法和解析法） ，由于设计过程复杂，设计精度较低，而且设计结果不能直接应用于凸轮的数控加工等原因，已经越来越不能适应当前对凸轮设计快速、精确及满足数控加工的基本要求；采用 Solidworks 技术方法来代替传统的凸轮设计方法可以大大缩短设计周期、提高设计质量，满足凸轮数控加工的客观实际需要，是凸轮设计方法的发展趋势。本文介绍一种利用 Excel 工具生成凸轮
2、理论轮廓点的数据，在 SolidWorks环境中直接利用三维点数据将凸轮理论轮廓曲线用样条曲线绘制出来，并通过相关命令输入推杆滚子半径，将曲线转换成草图曲线，得到凸轮实际轮廓曲线，再通过拉伸特征完成盘形凸轮基体的三维建模。关键词： 凸轮 理论轮廓曲线 三维建模 Solidworks 装配1 1 引言引言凸轮机构是具有曲线轮廓的构件，是利用凸轮转动带动从动件实现预期运动规律的一种高副机构，广泛的应用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置等。盘形凸轮因为其形状简单，被广泛应用。基于 SolidWorks 的盘形凸轮的建模方法有很多，可以通过 VB、VC 等程序设计语言利用 SolidWorks
3、的 API程序接口，生成凸轮轮廓，也可以通过 Toolbox 中的“凸轮“插件生成凸轮模型。但是采用程序设计方法对用户的编程水平要求较高，采用 Toolbox 中的“凸轮“插件也属于 SolidWorks 中的高级操作，一般用户也不太熟悉。本文在 Excel 环境中生成凸轮理论轮廓的点坐标信息，存成文本格式，在 SolidWorks 环境中利用“通过 XYZ 点的曲线“直接生成凸轮理论轮廓曲线。2 2 SolidWorksSolidWorks 简介简介创新的、易学易用的而且价格平宜的 SolidWorks 是 Windows 原创的三维设计软件。其易用和友好的界面，能够在整个产品设计的工作中，
4、SolidWorks 完全自动捕捉设计意图和引导设计修改。在 SolidWorks 的装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。不论设计用“自顶而下“方法还是“自底而上“的方法进行装配设计，SolidWorks 都将以其易用的操作大幅度地提高设计的效率。SolidWorks 有全面的零件实体建模功能，其丰富程度有时会出乎设计者的期望。用 SolidWorks 的标注和细节绘制工具，能快捷地生成完整的、符合实际产品表示的工程图纸。 SolidWorks 具有全相关的钣金设计能力。钣金件的设计即可以先设计立体的产品也可以先按平面展开图进行设计。SolidWorks 软件提供完整的、免费的开发工
5、具(API)，用户可以用微软的 Visual Basic、Visual C+或其它支持 OLE 的编程语言建立自己的应用方案。通过数据转换接口，SolidWorks 可以很容易地将目前市场几乎所有的机械 CAD 软件集成到现在的设计环境中来。为比较评价不同的设计方案，减少设计错误，提高产量，SolidWorks 强劲的实体建模能力和易用友好的 Windows 界面形成了三维产品设计的标准。机械工程师不论有无 CAD 的使用经验，都能用 SolidWorks 提高工作效率，使企业以较低的成本、更好的质量更快将产品投放市场。而最有意义的是，用于SolidWorks 的投资是容易承受的，这使得参加工
6、程设计的所有人员都能在他们桌面上的计算机进行三维设计。 2.12.1 用户界面用户界面SolidWorks 软件在用户界面方面的方便程度是世界公认的，但 SolidWorks 公司还是努力地改进软件的用户界面，使得设计工作更加自动化。Solidworks 去掉了一些多余的对话框，而以隐含的右键菜单所代替，最明显的是能够将特征管理器沿水平拆分。这使得进行某些特殊命令操作时，如检查装配关系，而不会迷失在特征树的位置。这对于大型装配体和复杂零件的操作也非常重要，因为零件复杂以后，特征管理树会很长，有时很难同时观察特征树的最上端和特征树的最下端。有了特征管理器的拆分功能，这一切都成为可能。 2.22.
7、2 草图设计草图设计SolidWorks 软件所有的零件都是建立在草图基础上的，草图功能的提高会直接影响到对零件的可编辑能力的提高。在 Solidworks 中，增加了样条编辑控制功能，当样条处于编辑状态时，一个小三角箭头会出现在样条曲线上。当小符号沿着样条曲线拖动时，箭头的方向会不断改变，以表示各点不同的曲率。当沿着箭头拖动时，样条的曲率会实时改变。这一功能的增加，使得 SolidWorks的用户更加方便地控制零件的形状。由于三维样条曲线的引入使得三维草图功能显著地提高。用户可以直接控制三维空间的任何一点，以达到控制三维样条的目的，从而直接控制草图的形状。这对于创建绕线电缆和管路设计的用户是
8、非常方便的。 2.32.3 曲面建模曲面建模也许是因为 SolidWorks 以前在实体和参数化设计方面太出色，人们可能会忽略其在曲面建模方面的强大功能。在 Solidworks 中，曲面建立后，可以以很多方式对曲面进行延伸。你可以将曲面延伸到某个已有的曲面，与其缝合或延伸到指定的实体表面，或者输入固定的延伸长度，或者直接拖动其红色箭头手柄，实时地将边界拖到想要的位置。另外，现在的可以对曲面进行修剪，可以用实体修剪，也可以用另一个复杂的曲面进行修剪。首先，选取特定的曲面做为剪切工具，以绿色表示；然后，选取要保留的那一部分曲面，以淡绿色表示；没有选取的那部分曲面，以灰色表示，就会立刻被切除。你还
9、可以将两个曲面或一个曲面一个实体进行弯曲操作，SolidWorks 软件将保持其相关性，即当其中一个发生改变时，其他另一个会同时相应改变。 2.42.4 新特征新特征SolidWorks 对导圆角的处理添加了新的特征，使得倒角的功能更加强大。在原有特征阵列的基础上，也增添了新的特征。用 XY 坐标值系列直接生成表格驱动阵列。草图驱动阵列所用到的草图可以做为新阵列的模板。对于设计塑胶件的工程师，使用 Solidworks 会更加方便。Solidworks 对薄壁塑胶件的设计本身就是就考虑到一个面是开放的，用户不必单独手工指定某个面是开放的。筋的建立更加方便，你可以在任何视图上创建筋的轮廓，先进行
10、预览再生成加强筋。对于模具设计师来讲，还可以利用 XYZ 缩放因子直接生成模腔。另外，新增加的打孔向导给人留下了深刻的印象，用户可以直接点取螺栓的尺寸，所有相关的数据都可以在电子版的机械零件手册中自动查到。 2.52.5 大型装配大型装配用户不仅用 SolidWorks 软件来解决一般的零部件设计问题，越来越多的用户开始用 SolidWorks 软件处理系统级的大型装配设计，对大型装配体上载的速度也是要求越来越高。面对用户的需要，SolidWorks 公司的研发部门设法从不同的角度对大型装配体的上载的速度进行了改进，包括分布式数据的处理和图形压缩技术的运用，使得大型装配体的性能提高了几十倍。在
11、新版中，还增加了智能装配功能，能够在装配过程中自动捕捉装配关系，而无须用户另行指定。在装配过程中，还新增加了球面的配合关系和圆锥面的配合关系，这就使得将球插到孔里的操作变得更加容易。 2.62.6 工程图和电子工程图工程图和电子工程图在 Solidworks 的工程制图中引入了一个崭新的快速制图功能(即 RapidDraft)，它能迅速生成与三维零件和装配体暂时脱开的二维工程图，但依然保持与三维的全相关性。这样的功能使得从三维到二维的瓶颈问题得以彻底的解决。Solidworks 是一个非常优秀的软件产品。SolidWorks 公司在技术上的投入和技术的先进性不断保持 SolidWorks 软件
12、在机械三维设计领域的领先地位。3 3 利用利用 ExcelExcel 生成凸轮理论轮廓线坐标生成凸轮理论轮廓线坐标根据工作要求合理地选择从动件运动规律后，可以按照结构所允许的空间和具体要求，逐步确定凸轮的基圆半径，然后绘制凸轮的轮廓。凸轮轮廓的绘制一般采用“反转法“绘制。 本文实例中的盘形凸轮机构运动要求如下：试设计一对心滚子直动推杆盘形凸轮机构。已知凸轮以等角速度 逆时针方向转动。在凸轮的一个运动周期2 时间里，要求推杆在 1s 内等速上升 10mm，05s 内静止不动，05s 内等速上升 6mm，2s 内静止不动，2s 内等速下降 16mm。其基圆半径为 20mm。根据已知条件，可以确定处
13、推杆的位移线图，它直接反映了推杆在工作过程中的位移特征，如图 l 所示。欲确定凸轮的理论轮廓曲线，关键在于根据推杆的位移线图得出理论轮廓曲线上的离散点的位置(坐标)。传统的凸轮轮廓图解法的原理就是根据上述的离散点位置，手工拟合而成。这种做法存在加大的精度误差，而且由于是手工取点，所确定的点的个数往往不够多，从而限制了凸轮轮廓的准确性。图 1 推杆的位移线图如果想要提高凸轮理论轮廓曲线的精度，我们只要合理得大量确定离散点的位置即可，在计算机工具的帮助下，计算理论轮廓点的坐标，利用绘图命令直接拟合离散点即可。如图 2 所示，根据已知条件分析盘形凸轮理论轮廓点的位置坐标。根据“反转法“绘图原理，对于
14、理论轮廓上的任意一点 P，该点的轴坐标可由下式计算得出：X=OP*sin() (1)Y=OP*cos() (2)其中，OP 的长度就是基圆的半径与在相应时刻的推杆位移线图点的位移量之和。图 2 盘形凸轮理论轮廓上点的位置坐标分析如图 1 所示，0A、BC、DE 段的位移变化均为等速变化，三段直线的方程可以根据特殊点的位置直接确定出来：（1）0A 的方程：Y=*X30（2）BC 的方程：Y=*X836（3）DE 的方程：Y=*X+4824这样我们可以根据实际精度需要，确定足够多的离散点，在位移线图直线方程的帮助下确定相应点的坐标。在 Excel 环境中，将凸轮回转一个周期分为 36 份，即每 1
15、0 取 1 个点，并且将对应的度数转化为弧度的值，如图 3 中的 B、C 栏。图 3 对应的度数转化为弧度的值根据推杆的位移线图中 OA、BC、DE、AB、CD 段的直线方程。可以计算出在一个周期内的每转过 l0时对应点的 OP 的长度。在 D1 单元格中输入公式：30/3.1415926*C1+A1，如图 4;图 4 D1 单元格中输入公式在 D10 单元格中输入公式：36/3.1415926*C10+12，如图 5;图 5 D10 单元格中输入公式在 D25 单元格中输入公式：24/3.1415926*C25+68，如图 6;图 6 D25 单元格中输入公式然后将 D1的公式复制到 D2D
16、6，在 D7D9中均输入30，D10的公式复制到D11D12，在 D13D24中均输入36，D25的公式复制到 D26D36，最后结果如图7；最后根据(1)与(2)计算出相应点的 XY 轴坐标值，如图7中的 E、F 栏。图 7 基于 Excel 的凸轮理论轮廓线坐标点计算根据建模需要，可以在 Z=0的平面内绘制凸轮理论轮廓，在计算出凸轮理论轮廓的36个离散点位置坐标后，可将 X、Y、Z 轴的坐标值保存为纯文本格式，SolidWorks 打开数据文件时，软件会自动将前三列的数值作为 X、Y、Z 轴的坐标值，如图8所示：图 8 凸轮理论轮廓线坐标值的文本格式4 4 凸轮三维实体造型凸轮三维实体造型4.14.1 生成理论轮廓线生成理论轮廓线在 SolidWorks 环境中，曲线的绘制方式有多种，其中有一个命令是“通过 XYZ点的曲线“，见插入-曲线-通过 XYZ 点的曲线，在出现的对话框中单击【浏览】按钮，在【文件类型】下拉列表框中选择 Text Files 类
