摘要
本课题所研究的直、摆组合凸轮机构是一种新型的机构类型，该机构通过直动从动件凸轮机构与摆动从动件凸轮机构组成联动凸轮机构，能够将主动件的转动转化为从动件上某点沿预期的曲线轨迹并以预期的运动规律运动。
在对直、摆组合凸轮机构理论分析的基础上，我们对直、摆组合凸轮机构进行了Pro/e 运动仿真，精确求解出了各凸轮的理论廓线、实际廓线及各构件结构尺寸等。丰富了机械原理学科的设计理论及内容，适应了在机构设计方面许多学者致力于寻求凸轮机构的精确解和使凸轮曲线多样化及从动件轨迹多样化的要求。
最后，选择预期圆线轨迹为例，利用计算机辅助设计(Pro/ENGINEER)对该机构进行零、部件及总体造型分析设计，并利用Pro/ENGINEER对该直、摆组合凸轮机构进行了运动仿真，以验证理论的正确性和可行性。
因此，对直、摆组合凸轮机构进行深入地研究有着较大的理论和现实意义，有广阔的应用前景。
关键词：Pro/e应用组合机构凸轮设计运动仿真
Abstract
The Z.B Combinatory Cam Mechanism is a kind of new-type mechanism, it can come into a kind of combinatory-movement mechanism which joints translation driven member cam and swing follower cam .It can translate the revolution of the driving body into a point of the driven body which has the ability to move around the anticipation curvilinear path and move based on the anticipation movement rule.
Based on the theory in analyzing Z.B Combinatory Cam Mechanism，we simulate the mechanism in applying VB，solving the profile of theory,reality,cutter of cams,and the subject and dimension of all components exactly.Enriching the design-theory and content of the subject about mechanical principal .Adapting the request of many scholars in component design for searching the exact solution about cam-entity and making the cam-curve various and follower-profile various.
Lastly, taking the four-leaf rose curve for example, applying the Pro/ENGINEER to design the curve, entity and motive emulate for verifying the truth and feasibility of the theory.
Nowadays, researching the Z.B Combinatory Cam Mechanism, having the significance in theory and reality .The prospect is extensive.
Key words：Pro/ENGINEER Application Combination Mechanism Cam Design Motive Emulate
目录
第一章前言---------------------------------------------------------------------------------------------------1
1.1 直、摆组合凸轮机构的研究意义---------------------------------------------1 1.2 凸轮机构以及组合机构的研究和发展状况------------------------------------4 1.3 Pro/ENGINEER WildFire软件的简介------------------------------------------5 1.4 本课题的主要研究内容----------------------------------------------------6 第二章直、摆组合凸轮机构基本设计及计算机辅助设计---------------------------7
2.1 直、摆组合凸轮机构基本设计----------------------------------------------7 2.2 直、摆组合凸轮机构凸轮各种廓线设计--------------------------------------14
2.2.1直动凸轮廓线求解--------------------------------------------------15
2.2.1.1 直动凸轮理论廓线-------------------------------------------15
2.2.1.2 直动凸轮实际廓线-------------------------------------------15
2.2.2 摆动凸轮廓线求解-------------------------------------------------16
2.2.2.1 摆动凸轮理论廓线-------------------------------------------16
2.2.2.2 摆动凸轮实际廓线-------------------------------------------16 2.3 计算机辅助设计---------------------------------------------------------16 2.4 设计举例---------------------------------------------------------------17 2.5 本章小结---------------------------------------------------------------20 第三章直、摆组合凸轮机构Pro/ENGINEER的设计-------------------------------21
3.1 创建凸轮模型-----------------------------------------------------------21 3.2 运动仿真的设计---------------------------------------------------------23 3.3 Pro/ENGINEER实体运动仿真-----------------------------------------------25
3.4 机械仿真结果分析及保存-------------------------------------------------29第四章小结----------------------------------------------------------------32 参考文献-------------------------------------------------------------------33
第一章前言
1.1直、摆组合凸轮机构的研究意义
本课题研究的是直、摆组合凸轮机构如图1－1所示。众所周知，人类创造发明机构和机器的历史十分悠久，随着近代科学技术的飞速发展，机构和机器理论已发展成为一门重要的技术基础学科。工业生产对新型工作机、机械手、机器人的需求，有力地促进了新机构、新机器的发明, 也使得机构学出现了许多新分支，如广义机构学、机器人机构学、微型机构学、仿生机构学等机械技术与微电子学、计算机科学、控制技术、信息科学、生物科学、材料科学的交叉、融会和综合，极大地推动了新的设计理论和新的设计方法的发展。随着对自动化生产过程中的机构学问题的深入研究，也创造出许多适合自动机上应用的新机构。
图1－1直、摆组合凸轮机构
目前，进一步完善传统典型机构的分析与综合方法，例如实现预期轨迹的机构的类型和设计方法的创新，仍是值得研究的课题。其中，组合机构由于结构简化而又能实现单一机构无法实现的运动要求，因而在农业机械、纺织机械、包装机械、冶金机械中得到了广泛的应用。
对直、摆组合凸轮机构的研究，本身就是机构研究方面一个很有趣的课题，即使在自动控制技术高度发展的今天也是具有实际意义的。
1.1.1 直、摆组合凸轮机构可以应用在自动化生产线上
1992年，在北京举办的食品机械展览会上，由日本PHEON 公司研制的馒头生产线的照片及录像如图1-2所示，其中展示的有一种馒头推放机构。从录像上看，它的推板走如图1-3所示的曲线，其中，t 1段是直线，速度从匀加速变为匀减速；B 点是一个停点，停止时间大约占一个循环周期的四分之一左右；t 2段是一个近似椭圆的弧线，运行速度较快，抬起的高度刚好让过一个馒头的高度，这是利用一种组合机构完成的动作。
图1-2馒头推放机构
既然推板走如图1-3所示的直弧线，我们可设想用直、摆组合凸轮机构来精确实现其轨迹，来实现这一推放动作，完成馒头加工的自动化生产线。用仿真软件进行仿真，针对1t 及2t 每段曲线，输入各个数据参数后，即可仿真得到该凸轮轮廓和机构图如图1-4所示。
图1-3馒头推放机构运动轨迹
图1-4 直弧变速直、摆组合凸轮机构
1.1.2 直、摆组合凸轮机构可以应用在工业生产线上
直、摆组合凸轮机构可以应用在工业生产的许多方面，既能实现连续性预期轨迹，如星形线、内摆线、旋轮线、渐开线、正态曲线等；又能实现离散化预期轨迹，如人头像、金鱼、黑桃、三菱商标等。所涉及到的工业生产：如专用线切割机床、专用电火花加工机床、专用焊接焊切机械手、专用几何测量仪器、行程控制机构及各类轻工机械等。可以实现图案加工、电火花刻线等等。那么，我们在此广阔的工业生产应用前景的展望下，对该机构进行仿真。
1.1.3 直、摆组合凸轮机构可以进一步发展凸轮机构的最优化设计
最优化方法很多，对于机械优化设计问题大多属于非线性规划问题，一般可以分为无约束最优化方法和约束最优化方法两类。在机械设计中，无约束最优化方法主要有坐标轮换法、鲍威尔方法、共轭梯度法、变尺度法等；约束最优化方法主要有惩罚函数法、随机方向搜索法、复合形法、遗传算法、可行方向法及其它改进算法等。
当最优化方法应用于凸轮-从动件机构时，可把凸轮-从动件系统的某些特性作为目标函数或评价函数，然后，通过改变凸轮的参数（包括改变凸轮廓线的参数），同时满足一组给定的约束条件（等式或不等式的约束条件），以达到优化。约束条件用有界函数来表示，也就是说当约束函数值在边界范围以内时，就是满足条件。
从凸轮机构设计的基本内容可以看出，优化设计能够帮助凸轮机构的设计者解决很多问题，目前，已有很多科技工作者在这方面做了大量的工作。可以预测，通过直、摆组合
凸轮机构的研究，对凸轮系统最优化方面问题的关注程度将会进一步加强。
1.1.4 直、摆组合凸轮机构可以完善凸轮机构设计的专家系统
凸轮设计专家系统是一个复杂的设计型专家系统。它要求除具有一般专家系统所具备的知识获取、表示推理求解策略外，尚需具有解决在工艺设计及决策中特殊知识的获取和描述，如零件信息（几何拓扑信息、工艺信息、检测信息、表面质量信息等等）的获取和表示、加工资源信息（设备及工具、人员及技术水平等等）的获取和表示，以及图形、NC 加工指令、加工过程动态模拟的表示与生成。国内外研制了多种类型的专家系统开发工具，从不同的层次、不同角度解决专家系统中的共性问题，如知识表达方式、知识获取、知识检验、知识求解和推理解释等，使开发者把主要精力集中在知识选取和整理方面，建立相应的知识库，以“推理+知识”为特征凸轮设计专家系统组成。
对直、摆组合凸轮机构的研究，可以完善凸轮专家系统，优化凸轮系统知识库。
1.2凸轮机构以及组合机构的研究和发展状况
凸轮机构几乎可以实现无限多种的从动件运动规律，它广泛应用于各种自动机床和自动装置中，如纺织机械、计算机、印刷机、食品加工机械、内燃机以及其它各种自动机械和控制系统中。自20世纪50年代以来，随着计算机技术和各种数值方法的发展，人们对凸轮机构的研究也逐步扩展与深入。
在欧美各国，已有很多学者为凸轮机构的研究作出贡献，他们发表了很多论文和专著。我们对欧美各国自1950年以来在各研究方向所发表的论文数量作了粗略的统计，（见表
1-1）虽然这种统计比较粗糙，论文的归类也不尽准确，但它基本上能反映欧美各国40年来凸轮机构研究的总体情况。
日本在第二次世界大战以后致力于发展实用的自动设备，特别重视对凸轮机构的研究。在日本，不仅有很多从事凸轮机构研究的专家，如小川洁、中开英一、牧野洋、西冈雅夫、筱原茂之等。日本还有许多专门生产凸轮机构的公司，如大冢凸轮公司、三共制作所、协和凸轮公司等。日本经常举行专门讨论凸轮机构的学术会议，在有关的国际性刊物上也经常刊登凸轮研究的论文。
我国对凸轮机构的应用和研究已有多年的历史，目前仍在继续扩展和深入。在应用方面，我国正在大力发展包装机械、食品机械等自动化设备，这些设备中都要用到各种形式的凸轮机构。在研究方面，近年来也有相当进展，一些专著相继出版。此外，我国在凸轮机构的共轭曲面原理、CAD和专家系统等方面，也有相当研究。但是，与先进国家比较，我国对凸轮机构的研究仍有较大差距，特别是在振动、加工、产品开发等方面。
综上所述，虽然已有很多学者对凸轮机构的研究作了相当多的工作，但在各研究方向仍有许多可继续进行的工作，并有一些研究方向有待开发。
1.3 Pro/ENGINEER WildFire软件的简介
Pro/Engineer是美国参数技术公司开发的一套基于参数化与特征造型的三维ＣＡＤ软件,它的功能包括从产品概念设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出及加工全过程,在航空航天、机械、汽车、模具等行业具有广泛应用,可以说Pro/Engineer几乎已成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜,其最新版是Pro/Engineer Wildfire,本文中凸轮设计及运动分析即是用Pro/Engineer Wildfire来完成的。凸轮机构是一种应用十分广泛的传动机构,设计凸轮机构时经常需要按给定的从动件运动规律求凸轮廓线来设计凸轮,其方法主要有图解法和解析法。图解法直观、简单但精度不高,而传统的解析法虽然精度高,但计算量大,并且因凸轮廓线往往是不规则曲线,用AutoCAD等软件绘制凸轮十分不便,影响了设计效率。而利用本文介绍的方法不仅凸轮设计简单易行,而且还可以对凸轮传动机构作运动和动力学分析以判断凸轮设计是否符合要求,极大地提高了设计效率和设计精度。
同时Pro/ENGINEER广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电和玩具等行业，是一个全方位的3D产品开发软件，它集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向设计、自动测量、机构模拟、压力分析和产品数据管理等功能于一体。具有实体模型、单一数据库、全相关性、以设计特征作为数据库存取单位和参数式设计等功能。
Pro/ENGINEER设计系统体现出了机械仿真技术的突出优势。在机械仿真技术没有产生之前，机械设计者必须根据要设计的零件尺寸，制造出完全相似的模型，然后将其放入实际工作环境中进行验证，最后再根据结果来修正模型。这些工作无疑浪费了大量的时间、财力和人力。为提高工作效率，机械模拟仿真技术应运而生。
所谓机械仿真是指通过模拟零件模型实际工作情况中的机械运动规律来验证所设计的零件实体的可行性。它具有强大的机械测试性能，能够通过模拟真实的工作环境来评估零件模型的结构特性、热学性能、负荷分布情况、以及采用不同的材料对机械性能的影响等，并以此为依据对设计的零件模型进行优化以达到设计的要求。机械仿真设计包括机械设计和机械动态。使用机械设计可定义某各机构，使其移动，并分析其运动。通过引入机械设计动态选项，在机械设计中包含了许多在中可用的功能。例如可在零件间创建连接以建立具有所需自由度的组件，然后应用电动机生成所要研究的运动类型。同时，机械仿真可用来进行凸轮、槽从动机构和齿轮扩展设计。当准备好要分析运动时，可观察并记录分析，或测量诸如位置、速度、加速度或力等参量，然后用图形表示这些测量，或者创建轨迹曲线和运动包络（即用体积块来表示在运动分析期间机构中零件所扫描的范围），用物理方法描述运动。如果要研究某个机构对施加的力所产生运动，可使用机械动态。而如果不考虑施加的力仅研究机构的运动，即运动研究，则不需使用机械动态。
创建机构时，可将其导入到中，以便进行进一步分析。或者将机械设计模型导入到设计动画中，创建一个动画序列。设计动画支持接头连接、凸轮从动机构连接、槽从动机构连接、齿轮副、连接限制、伺服电动机和连接轴零件。但机械动态中包括的建模图元，如弹簧、阻尼器、力/扭矩负荷和重力等，不能传递到设计动画中。
运动仿真实现有四大步骤：
创建零件模型：使用各种特征实体工具创建所需的零件模型。
组装零件模型：使用装配命令组装零件模型，生成连接。
运动仿真设置：按照零件的设计要求进行运动定义。
仿真结果分析：对仿真的结果进行分析并保存预览结果。
1.4本课题的主要研究内容
1.直、摆组合凸轮机构的设计
利用直、摆组合凸轮机构的设计公式，得出该机构各构件位置、大小及形状尺寸、凸轮实际廓线、理论廓线等，并对机构进行Pro/ENGINEER运动仿真与分析其各参数
2. Pro/ENGINEER的应用
对于凸轮，综合考虑，我们应用Pro/ENGINEER软件对直、摆组合凸轮机构进行曲线及实体的绘制，并进行实体装配和运动仿真，然后对其凸轮进行位置、速度和加速度等参数的分析。
第二章 直、摆组合凸轮机构基本设计及计算机辅助设计
2.1 直、摆组合凸轮机构基本设计
直、摆组合凸轮机构是一种由直动从动件凸轮机构与摆动从动件凸轮机构组成的联动凸轮机构（图2－1），该机构具有3个活动构件（n=3），3个低副(P l =3)，2个高副(P h =2)，故其机构自由度η为：
12323323=-?-?=--=h l P P n η
该机构原动件数目为1,与其机构自由度相等,故该机构成立。我们预期它能够实现控制从动点以要求的运动规律沿预期平面曲线运动，而且与其它形式的组合凸轮机构相比，其结构也较为紧凑，实用。
（1） 直、摆组合凸轮机构设计基本思想
设n i i y x 0},{ 为预期曲线上n + 1 个坐标点，它们与下列数值一一对应(请对照图2-1)。
n i h 0}{ ——顶杆位移；
n i q 0}{——摆杆转角；
n Zi Zi r 0},{α ——直动从动件凸轮向径与极角；
n Bi Bi r 0},{α——摆动从动件凸轮向径与极角；
图2-1 直、摆组合凸轮机构参数的几何关系
其中,αZi 与 αBi 图中没有标出。
浅谈基于UG凸轮机构的运动仿真 Xxx （xx大学 xx学院江苏xx xxxxx） 摘要：介绍如何利用UG软件来完成凸轮机构设计和运动仿真。应用UG 的表达式工具和规律曲线功能, 精确、快速地生成凸轮实体, 应用UG的运动仿真功能, 再现凸轮机构的运动过程, 检验机构的运动结果是否与设计相一致, 以保证设计的准确性。[1] 关键词: UG ；凸轮；机构；运动仿真；参数化 Discussion on the dynamic simulation of cam mechanism based on UG xxxxx (UGS College, Yancheng Institute of Technology, Yancheng, Jiangsu 224051) Abstract: This article introduces how fulfills the design of the cam mechanism and the motion simulation by UG software. Using the expression tool and the law curve of UG software, the cam entity can be produced precisely and fast. Using the motion simulation of UG software, the whole process of the cam mechanism can reappeared. Whether the result of the movement is consistent with the design can be examined. Key words: UG; Cam ;mechanism;Motion simulation;Parametric 0 引言 凸轮机构因具有结构简单、运动准确可靠等优点，在机械和自动控制系统中被广泛应用。凸轮机构设计的关键在于凸轮轮廓曲线的设计，通常的方法是根据从动件的运动规律，应用图解法或解析法来设计凸轮轮廓曲线。图解法直观、简便，但精度不高，解析法精确但计算繁杂，也不能满足现代设计的需要。UG 是大型的CAD/CAE/CAM 三维软件，可利用其建模模块的表达式工具和规律曲线等功能，结合解析法进行凸轮机构的三维设计，还可在运动仿真模块中进行运动仿真和运动分析。[2] 1 UG 运动仿真模块介绍 运动仿真模块是CAE应用软件，用于建立运动机构模型，分析其运功规律运动方针。运动仿真模块可以进行机构的干涉分析。跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作
机构仿真是PROE的功能模块之一。PROE能做的仿真内容还算比较好，不过用好的兄弟不多。当然真正专做仿真分析的兄弟，估计都用Ansys去了。但是，Ansys研究起来可比PROE麻烦多了。所以，学会PROE的仿真，在很多时候还是有用的。我再发一份学习笔记，并整理一下，当个基础教程吧。希望能对学习 仿真的兄弟有所帮助。 术语 创建机构前，应熟悉下列术语在PROE中的定义：主体(Body) - 一个元件或彼此无相对运动的一组元件，主体内DOF=0。 连接(Connections) - 定义并约束相对运动的主体之间的关系。 自由度(Degrees of Freedom) - 允许的机械系统运动。连接的作用是约束主体之间的相对运动，减少系统可能的总自由度。 拖动(Dragging) - 在屏幕上用鼠标拾取并移动机构。 动态(Dynamics) - 研究机构在受力后的运动。 执行电动机(Force Motor) - 作用于旋转轴或平移轴上(引起运动)的力。 齿轮副连接(Gear Pair Connection) - 应用到两连接轴的速度约束。 基础(Ground) - 不移动的主体。其它主体相对于基础运动。 机构(Joints) - 特定的连接类型（例如销钉机构、滑块机构和球机构）。 运动(Kinematics) - 研究机构的运动，而不考虑移动机构所需的力。 环连接(Loop Connection) - 添加到运动环中的最后一个连接。 运动(Motion) - 主体受电动机或负荷作用时的移动方式。 放置约束(Placement Constraint) - 组件中放置元件并限制该元件在组件中运动 的图元。 回放(Playback) - 记录并重放分析运行的结果。 伺服电动机(Servo Motor) - 定义一个主体相对于另一个主体运动的方式。可在机构或几何图元上放置电动机，并可指定主体间的位置、速度或加速度运动。LCS - 与主体相关的局部坐标系。LCS 是与主体中定义的第一个零件相关的缺 省坐标系。 UCS - 用户坐标系。 WCS - 全局坐标系。组件的全局坐标系，它包括用于组件及该组件内所有主体 的全局坐标系。 运动分析的定义 在满足伺服电动机轮廓和机构连接、凸轮从动机构、槽从动机构或齿轮副连接的要求的情况下，模拟机构的运动。运动分析不考虑受力，它模拟除质量和力之外的运动的所有方面。因此，运动分析不能使用执行电动机，也不必为机构指定质量属性。运动分析忽略模型中的所有动态图元，如弹簧、阻尼器、重力、力/力矩以及执行电动机等，所有动态图元都不影响运动分析结果。
例: 尖顶直动从动件盘形凸轮机构的凸轮基圆半径mm r 600 =,已知:从动件行程mm h 40=,推程运动角为 1500=δ,远休止角 60=s δ,回程运动角 1200='δ,近休止角为 30='s δ;从动件推程、回程分别采用余弦加速度和正弦加速度运动规律。对该凸轮机构进行模拟仿真。 解: 1. 从动件推程运动方程 推程段采用余弦加速度运动规律,故将已知条件mm h 406/51500 ===、。πδ代入余弦加速度运动 规律的推程段方程式中,推演得到 ???? ?????=≤≤=-=δωπδδωδ56cos 8.28)6/50( 56sin 24)56cos 1(202a v s 2. 从动件远休程运动方程 在远休程s δ段,即6/76/5πδπ ≤≤时, 0,0,===a v h s 。 3. 从动件回程运动方程 因回程段采用正弦加速度运动规律,将已知条件mm h v 403/21200===' 、πδ 代入正弦加速度运 动规律的回程段方程式中,推演得到 []???? ?????--=≤≤---=??????-+-?=)5.33sin(180)6/116/7( )5.33cos(160)5.33sin(212375.2402πδωππδππδωππδπδπa v s 4. 从动件近休程运动方程 在近休程s 'δ段,即πδπ 26/11≤≤时, 0,0,0===a v s 。 创建过程 1、 启动ADAMS 双击桌面上ADAMS/View 的快捷图标,打开ADAMS/View 。在欢迎对话框中选择“Create a new model ”，在模型名称（Model name ）栏中输入：tuluen ；在重力名称（Gravity ）栏中选择“Earth Normal (-Global Y)”；在单位名称（Units ）栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg ”。如图1-1所示。 图1-1 欢迎对话框
1．图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？并指出有无冲击。如果有冲击，哪些位置上有何种冲击？从动件运动形式为停-升-停。 (1) 由等速运动规律和等加速等减速运动规律组合而成。 (2) 有冲击。 (3) ABCD 处有柔性冲击。 2. 有一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，为改善从动件尖端的磨损情况，将其尖端改为滚子，仍使用原来的凸轮，这时该凸轮机构中从动件的运动规律有无变化？简述理 由。 (1) 运动规律发生了变化。 (见下图 ) (2)采用尖顶从动件时，图示位置从动件的速度v O P 2111=ω，采用滚子从动件时，图示位置的速度 '='v O P 2111ω，由于O P O P v v 1111 22≠'≠',；故其运动规律发生改变。
3. 在图示的凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过60?时从动件的位置及从动件的位移s。 总分5分。(1)3 分；(2)2 分 (1) 找出转过60?的位置。 (2) 标出位移s。
4. 画出图示凸轮机构从动件升到最高时的位置，标出从动件行程h ，说明推程运动角和回程运动角的大小。 总分5分。(1)2 分；(2)1 分；(3)1 分；(4)1 分 (1) 从动件升到最高点位置如图示。 (2) 行程h 如图示。 (3)Φ＝δ0－θ (4)Φ'＝δ' 0＋θ
5.图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮等角速转动，凸轮轮廓在推程运动角Φ=? 从动件行程h=30 mm，要求： （1）画出推程时从动件的位移线图s-?； （2）分析推程时有无冲击，发生在何处？是哪种冲击？ - 总分10分。(1)6 分；(2)4 分 (1)因推程时凸轮轮廓是渐开线，其从动件速度为常数v=r0?ω，其位移为直线， 如图示。
VC++凸轮机构运动仿真编程示例 一. 机构运动原理 1. 推杆从动件的运动规律（仅列出常用的四种运动规律） 表1-1 从动件的运动方程式 2. 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 如图所示，凸轮逆时针方向转动，导路偏置于凸轮转动中心A ，导路距转轴A 的垂直距离为偏距e 。以偏距e 为半径作的圆为偏距圆。当凸轮转动时，凸轮上的偏距圆也随之转动，但其始终与导路轴线相切。凸轮转动时不便求解其上的廓线方程，故采用反转法。反转法是建立在推杆与凸轮的相对运动与参考系无关这一原理上的。所谓反转法，即给整个机构一个与凸轮转向相反的角速度－ω1，则凸轮静止不动，而从动件随机架反转且沿凸轮廓线相对运动，导路的反转角?即凸轮的转角。如图所示，此时导路由B K 00转到BK 。由于AK B K 000⊥，AK BK ⊥,所以∠=K AK 0?，此时导路BK 与基圆和凸轮廓线的交点''B B 间的长度，即从动件 的位移s BB =''。由几何关系知??B K A B KA 00=''，所以s 0=''=B K ) ( r e b 22 1 2 -。选取坐标
系xAy ，B 0点为凸轮廓线起始点。当凸轮转过?角，由反转法知此时从动件位于BK 。则B 点的坐标为 )()( X s s e Y s s e =++=+-?? ???00sin cos cos sin ?? ?? (1-1) 式（1-1）即为尖顶推杆凸轮廓线的方程式，也称为理论廓线方程。 3. 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构 大多数推杆在尖顶B 处装有滚子，以提高推杆的使用寿命。显然，只要使滚子中心B 沿理论廓线曲线上运动，即可保证推杆预期的运动规律。如图所示，此时凸轮的轮廓曲线不是理论廓线，而是处处与滚子相切的另一条曲线，这条曲线称为凸轮的实际廓线。因为实际廓线与理论廓线在法线方向的距离处处相等，且等于滚子半径r r ，故当已知廓线上任一点B )(x y ,时，只要沿理论廓线在该点法线方向取距离为r r ，即得实际廓线上的相应点)('''B x y ,。由此可见，理论廓线上作一系列滚子圆的包络线即实际廓线。因此实际廓线是理论廓线的等距曲线。该等距曲线有两条，即内等距曲线和外等距曲线。 盘状槽形凸轮的廓线即该两条等距曲线。由高等数学知识可求得理论廓线B 点处法线n -n 的斜率（与切线斜率互为负倒数）应为 ()() tan θ??=- =-d d d d d d x y x y (1-2) 式（1-2）中的dx/dy 与dy/dx 可根据式（1-1）求出，代入式（1－2）后有 ()()()()tan sin cos sin cos θ?? ?? = -+++--d d s e s s s s s e 00 (1-3) 式（8-10）中的θ角可在0360 ~变化，其值要根据分子、分母的正负号所决定的tan θ所在象限来计算。求出θ角后，可计算()'''B x y ,的坐标值：
第1章运动仿真 本章重点 应力分析的一般步骤 边界条件的创建 查看分析结果 报告的生成和分析 本章典型效果图
1.1机构模块简介 在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/ engineer中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanism design（机械设计）和Mechanism dynamics（机械动态）两个方面的分析功能。 使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定义特定运动副，创建能使其运动起来的伺服电动机，来实现机构的运动模拟。并可以观察并记录分析，可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。
使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计”来进行静态分析，动态分析等等。 1.2总体界面及使用环境 在装配环境下定义机构的连接方式后，单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”，如图1-1所示。系统进入机构模块环境，呈现图1-2所示的机构模块主界面：菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单，模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。用户既可以通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。 图1-1 由装配环境进入机构环境图
proe5.0装配体运动仿真 基础与重定义主体 基础是在运动分析中被设定为不参与运动的主体。 创建新组件时，装配（或创建）的第一个元件自动成为基础。 元件使用约束连接（“元件放置”窗口中“放置”页面）与基础发生关系，则此元件也成为基础的一部份。 如果机构不能以预期的方式移动，或者因两个零件在同一主体中而不能创建连接，就可以使用“重定义主体”来确认主体之间的约束关系及删除某些约束。 进入“机构”模块后，“编辑”—>“重定义主体”进入主体重定义窗口，选定一个主体，将在窗口里显示这个主体所受到的约束（仅约束连接及“刚体”接头所用的约束）。可以选定一个约束，将其删除。如果删除所有约束，元件将被封装。、、 特殊连接:凸轮连接 凸轮连接，就是用凸轮的轮廓去控制从动件的运动规律。PROE里的凸轮连接，使用的是平面凸轮。但为了形象，创建凸轮后，都会让凸轮显示出一定的厚度(深度)。 凸轮连接只需要指定两个主体上的各一个（或一组）曲面或曲线就可以了。定义窗口里的“凸轮1”“凸轮2”分别是两个主体中任何一个，并非从动件就是“凸轮2”。 如果选择曲面，可将“自动选取”复选框勾上，这样，系统将自动把与所选曲面的邻接曲面选中，如果不用“自动选取”，需要选多个相邻面时要按住Ctrl。 如果选择曲线/边，“自动选取”是无效的。如果所选边是直边或基准曲线，则还要指定工作平面（即所定义的二维平面凸轮在哪一个平面上）。 凸轮一般是从动件沿凸轮件的表面运动，在PROE里定义凸轮时，还要确定运动的实际接触面。选取了曲面或曲线后，将会出线一个箭头，这个箭头指示出所选曲面或曲线的法向，箭头指向哪侧，也就是运动时接触点将在哪侧。如果系统指示出的方向与想定义的方向不同，可反向。 关于“启用升离”，打开这个选项，凸轮运转时，从动件可离开主动件，不使用此选项时，从动件始终与主动件接触。启用升离后才能定义“恢复系数”，即“启用升离”复选框下方的那个“e”。 因为是二维凸轮，只要确定了凸轮轮廓和工作平面，这个凸轮的形状与位置也就算定义完整了。为了形象，系统会给这个二维凸轮显示出一个厚度（即深度）。通常我们可不必去修改它，使用“自动”就可以了。也可自已定义这个显示深度，但对分析结果没有影响。 需要注意： A.所选曲面只能是单向弯曲曲面（如拉伸曲面），不能是多向弯曲曲面（如旋转出来的鼓形曲面）。 B.所选曲面或曲线中，可以有平面和直边，但应避免在两个主体上同时出现。 C.系统不会自动处理曲面（曲线）中的尖角/拐点/不连续，如果存在这样的问题，应在定义凸轮前适当处理。
如何用Solidworks2016进行凸轮的运动分析 李犹胜（上海200000） 0、摘要 凸轮机构是机械设计中常用的结构，它的运动仿真模拟是凸轮设计过程中不可缺少的步骤。很多专业人士都对其做了研究，但是过程趋于复杂。较多的年轻工程师很难理解，本文通过一个简单的例子通过SolidWorks2016软件来说明凸轮机构仿真模拟的方法和步骤，浅显易懂。 1、关键词 凸轮机构、运动仿真、运动分析 2、概述 凸轮机构一般是由凸轮、从动件和机架三个构件组成的高副机构。凸轮通常作连续等速转动，从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动。凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中，几乎所有任意动作均可经由此一机构产生[1]。在设计凸轮机构时，凸轮机构的模拟运动分析将是一项必要而不可缺少的工作。它也是进行凸轮外形设计的辅助手段。 本文介绍了使用solidworks2016软件进行凸轮运动分析的基本步骤和使用技巧。 3、零件建模及装配 3.1、先用solidworks2016 将凸轮机构的零件建 模好，作为本文的一个例子，作者建立了下列零 件数模。 3.2 将上述零件导入到solidworks 2016装配体中， 具体操作为：步骤1、文件、新建、选择装配图模板，进入装配体模式 步骤2、导入凸轮轴 （1）选择插入部件 （2）在插入零部件窗口中选择“浏览”按钮。 （3）选择要插入的文件，按“打开”按钮； （4）将图形放在屏幕的任意位置，将其固定（如图2）。
步骤3、导入“凸轮” （1）重复按照步骤2的方法，将凸轮导入到装配体中。 （2）添加“同心”约束，添加后如图（3）添加“距离”约束添加后的结果如下 步骤4 、导入“滚轮” （1）重复按照步骤2的方法，将滚轮导入到装配体中。 （2）添加一个“机械约束”中的“凸轮配合”约束
PROE绘制凸轮的基本方程 h number=20 "Enter h:" rb number=50 "Enter rb:" rr number=10 "Enter the roller radius:" r0 number=12.5 "Enter the cam hole radius:" width number=30 "Enter the cam width:" fai1 number=60 "Enter fai1:" fai2 number=120 "Enter fai2:" fai3 number=60 "Enter fai3:" fai4 number=120 "Enter fai4:" a1=0 /*起始角，角度，单位为degree b1=fai1/2 /*终止角，角度，单位为degree fai=a1*(1-t)+b1*t /*中间角变量，角度，单位为degree s1=2*h*fai*fai/(fai1*fai1) /*升程变量，长度，单位为mm x=(rb+s1)*sin(fai) /*理论轮廓曲线x坐标值，长度，单位为mm y=(rb+s1)*cos(fai) /*理论轮廓曲线y坐标值，长度，单位为mm a2=fai1/2 /*起始角，角度，单位为degree b2=fai1 /*终止角，角度，单位为degree fai=a2*(1-t)+b2*t /*中间角变量，角度，单位为degree je=fai1-fai /*中间角变量，角度，单位为degree s2=h-2*h*je*je/(fai1*fai1) /*升程变量，长度，单位为mm x=(rb+s2)*sin(fai) /*理论轮廓曲线x坐标值，长度，单位为mm y=(rb+s2)*cos(fai) /*理论轮廓曲线y坐标值，长度，单位为mm
凸轮机构设计及运动分析 问题描述： 如图1所示为以对心直动尖顶盘形凸轮机构。从动杆位移s随时间变化曲线如图2所示。要求设计凸轮机构并分析从动件速度v，加速度a随时间变化的规律，及应力、应变随时间变化的规律。 任务与要求 1.设计满图2运动规律的凸轮机构；（要有设计计算步骤） 2.对所设计的机构运用ansys软件分析从动件速度、加速度随时间变化的规律； 3.查阅资料、了解所给机构的在生产、生活中的应用，说明其工作原理，并附相应的图片或视频。 凸轮机构设计及运动分析指导书
一、设计的目的 通过设计，训练学生机构设计的能力，掌握运用ANSYS Workbench进行瞬态动力学分析的方法、步骤和过程，提高学生解决实际问题的能力。 二、设计报告的主要要求 设计报告包括设计报告书Word文档和Powerpoint演示文稿两部分。 1.设计报告书内容包括目录、任务书、正文、参考文献、组员工作内容表。 (1)文档格式严格遵守设计书文档规范要求。 (2)目录必须层次清楚，并标有页码数。 (3)正文按章节编写，按照任务书要求合理安排内容，并附有参考文献。 2.Powerpoint演示文稿要求内容简洁，重点突出。 三、人员要求：1人 四、时间安排 1.布置任务、准备、查阅资料：2天； 2.机构设计及动画：6天； 3.Ansys分析：6天； 4.编写报告书、Powerpint演示文稿、验收：2天。 5.答辩。 五、成绩形成： 设计报告书：50分；答辩：50分 组内成员按实际完成工作量评定每位学生最终成绩；不参加答辩的学生没有答辩成绩。 六、参考资料：机械原理的平面机构，ansys机械工程应用精华59例
Matlab 课程设计 李俊机自091 设计题目一：凸轮机构设计 已知轮廓为圆形的凸轮（圆的半径为100mm、偏心距为20mm），推杆与凸轮运动中心的距离20mm，滚子半径为10mm，请利用matlab仿真出凸轮推杆的运动轨迹和运动特性（速度，加速度），并利用动画演示出相关轨迹和运动特性。 %总程序代码 clc; clf; clear; p=figure('position',[100 100 1200 600]); for i=1:360 %画圆形凸轮 R=100; %圆形凸轮半径 A=0:0.006:2*pi; B=i*pi/180; e=20; %偏心距 a=e*cos(B);
b=e*sin(B); x=R*cos(A)+a; y=R*sin(A)+b; subplot(1,2,1) plot(x,y,'b','LineWidth',3); %填充 fill(x,y,'y') axis([-R-e,R+e,-R-e,R+e+100]); set(gca,'Xlim',[-R-e,R+e]) set(gca,'Ylim',[-R-e,R+e+100]) axis equal; axis manual; axis off; hold on; plot(a,b,'og') plot(e,0,'or') plot(0,0,'or','LineWidth',3)
%画滚子 gcx=0; %滚子中心X坐标r=10; %滚子半径 gcy=sqrt((R+r)^2-a^2)+b; %滚子中心Y坐标 gx=r*cos(A)+gcx; %滚子X坐标 gy=r*sin(A)+gcy; %滚子Y坐标 plot(gx,gy,'b','LineWidth',2); %画其它部分 plot([0 a],[0 b],'k','LineWidth',4) plot([3 3],[170 190],'m','LineWidth',4) plot([-3 -3],[170 190],'m','LineWidth',4) %画顶杆 gc=120; dgx=[0 0]; dgy=[gcy gcy+gc]; plot(dgx,dgy,'LineWidth',4); hold off
第八章产品装配与运动仿真 学习目的： 各种装配约束类型 装配连接类型的概念 零件装配与连接的基本方法 组件分解图的建立方法 组件的装配间隙与干涉分析 学习重点： 产品的装配方法 机械运动仿真的建立 完成零件设计后，将设计的零件按设计要求的约束条件或连接方式装配在一起才能形成一个完整的产品或机构装置。利用P r o/E提供的“组件”模块可实现模型的组装。在P r o/E系统中，模型装配的过程就是按照一定的约束条件或连接方式，将各零件组装成一个整体并能满足设计功能的过程。 8.1元件放置操控板 模型的装配操作是通过元件放置操控板来实现的。单击菜单【文件】→【新建】命令，在打开的对话框中选择“组件”，如图所示。单击【确定】按钮，进入“组件”模块工作环境。
在组件模块工作环境中，单击按钮或单在弹出的〖打开〗对话框中选择要装配的零件后，单击【打开】按钮，系统显示如图12-2所示的元件放置操控板。 8.2装配约束类型 零件的装配过程，实际上就是一个约束限位的过程，根据不同的零件模型及设计需要，选择合适的装配约束类型，从而完成零件模型的定位。一般要完成一个零件的完全定位，可能需要同时满足几种约束条件。P r o/E提供的约束类型有： 1.匹配 所谓“匹配”就是指两零件指定的平面或基准面重合或平行（当偏移值不为零时两面平行，当偏移值为零时两面重合）且两平面的法线方向相反。 如图所示为使用“匹配”约束方式且偏移值为0的两面配合情况（选择圆台的上端面和直角模型底座的上表面，如图中箭头所示）。
匹配时偏移值为0时的两面配合情况 匹配时偏移值不为0时的两面配合情况 2．对齐 使两零件指定的平面、基准面、基准轴、点或边重合或共线。如图所示为“对齐”方式且偏移值为0时两面配合情况 对齐时偏移值为0时的两面配合情况
基于Pro/E和Adams的凸轮机构虚拟样机仿真分析研究 张悦刊1，肖林京1，杨俊茹1，李瑞川2 （1.山东科技大学机电学院，山东青岛266590；2.山东五征集团，山东日照262306） 摘要：构建了虚拟样机系统框架，通过Pro/E软件建立了凸轮机构的虚拟样机数字化模型，导入Adams进行模拟仿真分析，将仿真结果数据读入到matlab进行处理，结果完全一致。基于Pro/E和Adams的虚拟样机仿真方法及仿真结构为凸轮的优化设计提供了可靠依据。 关键词：Pro/E，Adams，凸轮，虚拟样机 1引言 虚拟样机技术已经逐渐成为复杂产品开发的重要手段，它提供了虚拟化产品的开发模式，能够很好地解决由于物理样机开发模式带来的种种弊端[1]。本文用Pro/E软件对凸轮机构进行三维建模,用Adams 软件对凸轮机构进行了动力学仿真分析,得到了凸轮机构的位移、速度、加速度、接触力等曲线，为凸轮机构优化设计提供了理论指导。 Adams[2]是世界上著名的以计算多体系统动力学仿真软件，但是对于复杂模型，比较专业的CAD软件来说，其建模能力就明显不足。众所周知，Proe/E的建模能力十分强大，通过与Adams的数据接口，能够方便地将Proe/E模型转换到ADAMS中，从而实现两者之间的数据传输，进行联合仿真，充分发挥两个软件的专长，实现机械产品的高效仿真。 2 凸轮机构虚拟样机系统 图1虚拟样机系统结构框图 为了实现虚拟样机的功能要求，构建如图1所示的虚拟样机系统。该系统是在三维数字化建模平台上，由静力学仿真、动力学仿真、运动学仿真三大模块组成。本文采用Proe/Engineering Wildfire5.0 [3]软件对凸轮机构进行三维建模，然后导入ADAMS，通过对构件编辑材料属性，添加约束，施加驱动和载荷，对凸轮机构进行动力学仿真分析，对产品开发中的结构进行验证，同时发现缺陷，避免设计中存在的失误。 凸轮机构的装配模型可以看作由凸轮、滚子、导轨、推杆等零部件组成。装配后的三维数字模型如图2所示。
机构与零部件设计（Ⅰ）实验报告姓名 凸轮机构运动学仿真班号 成绩 凸轮机构的运动学仿真 一、实验目的： 1.理解凸轮轮廓线与从动件运动之间的相互关系，巩固凸轮机构设计及运动分析的理论知识。 2.用虚拟样机技术模拟仿真凸轮机构的设计。 二、实验内容： 1．凸轮轮廓线的构建； 2．凸轮机构的三维建模； 3．凸轮机构的运动学仿真。 具体要求：设计对心直动滚子从动件凸轮机构 已知从动件的运动规律为：当凸轮转过Φ=600时，从动件以等加速等减速运动规律上升h=10mm；凸轮再转过Φ'=1200，从动件停止不动；当凸轮再转过Φ=600时，从动件以等加速等减速运动规律下降h=10mm；其余Φs'=1200，从动件静止不动。 已知基圆r b=50mm，滚子半径r=10mm，凸轮厚度10mm。凸轮以等角速度顺时针转动，试设计凸轮机构，并输出从动件运动规律。 实验步骤：
三、实验报告： 将所建立的凸轮廓线、凸轮机构的三维模型、凸轮机构的从运件运动规律附在实验报告中。 机构与零部件设计（Ⅰ）实验报告 凸轮机构运动学仿真
对设计结果进行分析 思考题： 1．在构建凸轮轮廓线的曲线应注意哪些事项？在建立凸轮机构的三维建模时又应注意哪些事项？ 建凸轮轮廓曲线时首先该凸轮轮廓曲线分为四段推程阶段（等加速、等减速）、远休止阶段、回程阶段、近休止阶段。建立表达式时较复杂，例如要将上诉规律分为六小段，即b1=30,b2=60,b3=180,b4=210,b5=240,b6=360且a1=0,a2=b1,a3=b2,a4=b3,a5=b4,a6=b5(单位皆为度)。 另知 在最后插入曲线时要将输入的x1、y1等相互对应，且将Z 值变为0. 还要根据设计任务的要求选择凸轮的类型和从动件运动规律 确定凸轮的基圆半径，确定凸轮的轮廓 在建立三维模型，表达式的建立时，要注意参数化曲线的建立以及连杆，运动副的定义，特别注意高副的定义。 2．凸轮轮廓线与从动件运动规律之间有什么内在联系？ 答：凸轮轮廓曲线由从动件的运动规律来决定，要根据从动件的运动规律来设计凸轮轮廓的曲线。 ? ?cos )(sin )(s r y s r x b B b B +=+=
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： min 2m D r B =?+ （37） 由式（37）、（7）、（31）得：
4 1m in 4 1 4100095.161080003224tan cos 100095.1610800032tan cos 2000 95.1610380002tan cos m h Ft h D r B h Ft h h Ft h D D ρα α ραα α α ---????+ ? ??=?+=? + ????+ ? ??= + ????+ ? ??= + （38） 圆柱周长L 4 200095.1610380002tan cos h Ft h D D L D ππαα-??????+ ? ??? ?==+ ? ??? （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
基于adams的凸轮机构运动仿真 摘要：虚拟样机技术是一种崭新的产品开发技术，其中ADAMS软件是目前最著名的虚拟样机分析软件之一。本文阐述了虚拟样机技术和ADAMS软件的特点及其应用，以凸轮机构为研究对象，对其进行动力学分析。主要运用我们学习过的机械原理等理论知识对机构进行运动学和动力学的相关理论计算；利用ADAMS软件在图形显示方面的优势，采用其基本模块ADAMS/View(界面模块)进行一系列建模、运动分析和动态模拟仿真工作，验证模型的正确性，并对机构在整个周期内的可行性进行计算分析，记录相应信息，输出所需要的位置、速度、加速度等曲线与理论结果比较，充分展现虚拟样机技术的优越性，为虚拟样机技术的深入研究打下基础。 关键词：ADAMS；凸轮机构；运动学分析；仿真 引言 凸轮机构的应用十分广泛，在生产机械中应用凸轮机构可以较容易的实现不同的工作要求。特别是实现间歇式的运动过程！但是，目前对于该类模型的动态仿真很少。本例主要就推程、回程等要求进行预设。力图通过adams实现对该凸轮机构的构建以及后续的仿真，并尝试进行一定的机构优化。 1.研究内容 这里，我主要研究内容为理论凸轮设计在adams中的设计及其动态仿真。后续，根据输出的相应的速度、加速度曲线等将进行一定的设计优化。力图真实还原凸轮机构在设计中的真实过程。 2.工作原理 凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。通过对凸轮轮廓进行不同的设计，可以实现从动件不同形式的运动。以此来满足机械设计中对于运动的精细控制过程。 3.动力学建模 （1）建模前期准备 情景设想：某公司需要设计一凸轮机构实现对物料的间歇夹紧过程。其给出相应数据如下。 注：其他的暂 不作要求。 （2）设计
1.1机构模块简介 在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计
的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/ engineer中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanism design（机械设计）和Mechanism dynamics（机械动态）两个方面的分析功能。 使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定义特定运动副，创建能使其运动起来的伺服电动机，来实现机构的运动模拟。并可以观察并记录分析，可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。 使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计”来进行静态分析，动态分析等等。 1.2总体界面及使用环境 在装配环境下定义机构的连接方式后，单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”，如图1-1所示。系统进入机构模块环境，呈现图1-2所示的机构模块主界面：菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单，模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。用户既可以通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。 图1-1 由装配环境进入机构环境图
凸轮机构设计及其动态仿真 [摘要]根据所要求的从动件运动曲线类型和相关基本参数得到对应的凸轮轮廓曲线，利用得到曲线在Solidworks中用插入坐标点曲线功能，快速生成凸轮实体，应用COSMOSMotion的运动仿真功能，再现了凸轮机构的运动过程，用图形输出的运动仿真结果与输入曲线的对比，可以检验机构的运动特性是否符合设计要求。 【关键词】凸轮设计；运动仿真；COSMOSMotion 凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成。其主要优点是结构简单、工作可靠，能够使从动件按任意复杂给定的规律运动，在工程实践中得到广泛的应用[1]。对凸轮机构进行运动分析的目的是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时，研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度，构件的位置、角位移、角速度和角加速度等运动参数，从而评价机构是否满足工作性能要求，机构是否发生运动干涉。 传统的凸轮机构的运动分析方法有图解法、解析法。图解法形象直观，但作图较烦琐；解析法需要建立复杂的数学关系式，计算工作量大。本文通过Solidworks建立凸轮机构的装配模型，利用COSMOSMotion模块建立其运动仿真模型，然后进行运动学分析，仿真凸轮机构的运动状况，最后将所设置的构件的位移、速度、加速度的变化情况以图表的形式输出[2-3]。 一、滚子从动件盘型凸轮机构分析 为便于分析，首先设定坐标系。（1）凸轮机构坐标系XOY：原点为凸轮坐标轴中心，X轴、Y轴固结于机架上。该坐标轴为整个凸轮机构的总体坐标系。（2）从动件坐标系XfOfYf：原点为从动件回转中心，Xf 二、凸轮轮廓的三维建模 将凸轮回转一个周期分为400份，最后得到的400个点，利用这400个点来进行凸轮轮廓曲线的绘制的。根据建模的需要，将在Matlab中得到的曲线“导入”Soli dworks中。 打开Solidworks进入绘制，选择“插入”—“曲线”—“通过X、Y、Z点的曲线”，打开曲线文件对话框，选择对应的txt文件并打开，将数据传递到Solidworks中，以直动从动件滚子凸轮为例，如图1所示，点击“确定”便可以看到生成的轮廓曲线。选择前基准面作为基准面绘制草图，单击已经生成的凸轮轮廓曲线，选择“转换实体引用”命令，便可以得到凸轮轮廓草图，通过对该草图的拉伸操作便可以得到滚子从动件盘型凸轮的基本三维模型，如图2、图3所示。 三、基于COSMOSMotion的凸轮机构运动仿真
用A D A M S进行凸轮机构模拟仿真示例
例: 尖顶直动从动件盘形凸轮机构的凸轮基圆半径mm r 600 =,已知:从动件行程mm h 40=,推程运动角为ο1500=δ,远休止角ο60=s δ,回程运动角ο1200='δ,近休止角为ο30='s δ;从动件推程、回程分别采用余弦加速度和正弦加速度运动规律。对该凸轮机构进行模拟仿真。 解: 1. 从动件推程运动方程 推程段采用余弦加速度运动规律,故将已知条件mm h 406/51500 ===、。πδ代入余弦加速度运动 规律的推程段方程式中,推演得到 ???? ?????=≤≤=-=δωπδδωδ56cos 8.28)6/50( 56sin 24)56cos 1(202a v s 2. 从动件远休程运动方程 在远休程s δ段,即6/76/5πδπ≤≤时, 0,0,===a v h s 。 3. 从动件回程运动方程 因回程段采用正弦加速度运动规律,将已知条件mm h v 403/21200===' 、πδο代入正弦加速度运动规律的回程段方程式中,推演得到 []???? ?????--=≤≤---=??????-+-?=)5.33sin(180)6/116/7( )5.33cos(160)5.33sin(212375.2402πδωππδππδωππδπδπa v s 4. 从动件近休程运动方程 在近休程s 'δ段,即πδπ 26/11≤≤时, 0,0,0===a v s 。 创建过程 1、 启动ADAMS 双击桌面上ADAMS/View 的快捷图标,打开ADAMS/View 。在欢迎对话框中选择“Create a new model ”，在模型名称（Model name ）栏中输入：tuluen ；在重力名称（Gravity ）栏中选择“Earth Normal (-Global Y)”；在单位名称（Units ）栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg ”。如图1-1所示。
proe机构运动仿真教程 典型效果图 1.1机构模块简介 在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/ engineer中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。 PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanism design（机械设计）和Mechanism dynamics （机械动态）两个方面的分析功能。 使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定义特定运动副，创建能使其运动起来的伺服电动机，来实现机构的运动模拟。并可以观察并记录分析，可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。 使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。
如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计”来进行静态分析，动态分析等等。 1.2总体界面及使用环境 在装配环境下定义机构的连接方式后，单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”，如图1-1所示。系统进入机构模块环境，呈现图1-2所示的机构模块主界面：菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单，模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。用户既可以通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。 图1-1 由装配环境进入机构环境图 图1-2 机构模块下的主界面图 图1-3 机构菜单图1-4 模型树菜单图1-5 工具栏图标图1-5所示的“机构”工具栏图标和图1-3中下拉菜单各选项功能解释如下：