凸轮机构的运动仿真分析

此次土建招标路段总长度为 １２７１ｋｍ，占到 正线长度的 ９６．４％，标志着京沪高铁建设的大 幕全面拉开，预计整个工程在春节前开工。与普 通铁路相比，高速铁路客运专线建设需要一批 大型化、专业化、智能化的专用设备和专用的试 验、检测、测量设备，以确保技术指标的控制，保
京 沪 高 铁 大 幕 拉 开
工 程 机 械 行 业 利 好
离保持为烟包长度（８４－ ８５ｍｍ）。通过调整两个凸轮的相
互位置关系和拉杆的长度来达到此要求。
１．２ 装配主模型
根据 Ｂ１ 机 １８ 部件的零件图完成各个零件的三维建
模，并根据装配总图的尺寸要求，建立用作运动分析的装
配主模型，如图 １。
在装配中，将凸轮曲线和凸轮的零度线与凸轮实体
一起放入凸轮装配的引用集，将滚子在凸轮曲线平面的
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－ ２３３３（２００８）０１－ ０１４０－ ０２
每分钟 ８０００ 支（４００ 包）的 Ｂ１ 卷烟包装机有多种凸
轮机构，其运动精度直接影响设备的效率和包装的质量。
本文利用 ＵＧ 的运动分析模块对 Ｂ１ 机 １８ 部件推包凸轮
机构进行运动仿真分析，验证了凸轮曲线运动特性的正
关节轴承 ２ 拉杆 ２
推板 ２ 夹紧器
摆杆 １
拉杆 １ 关节轴承 １ 推板 １
图１
运动，将烟包从烘干 转塔 １ 推出，同时凸 轮 ２ 带动摆杆 ２、推板 ２、拉杆 ２、关节轴承 ２ 及夹紧器运动，并将 封签封平在烟包顶口
上，两个凸轮带动两推板同步运动并夹持烟包将其推入
烘干转塔 ２。机构要求两推板夹持烟包时同步运动且距
（ｃ）设置标志点：为测量两推板间在仿真运动时的同 步距离，在与两推板滑动方向一致的直线上建立两标志 点 Ａ００１、Ａ００２，分别设在推板 １ 和推板 ２ 上。 ３ 运动仿真分析及装配位置调整
（１）进入方案 ｓｃｅｎａｒｉｏ１，在封装选项操作中，建立两 标志点 Ａ００１ 和 Ａ００２ 相对距离的测量。
（６）图 ４ 中的数值表为反复调整后数值，序号 ３５－ ４９ （约 １０８°）夹持段显示的距离偏差小于 ０．４ｍｍ，较为理想。 利用两凸轮的零度线，测出此状况下的两凸轮相位角为 １０８．１３５°，如图 ５。
（７）修改装配主模型，将两凸轮相位角的约束调整为
１０８．１３５°
图４
图５
４结论 调整后的装配主模型进行的运动仿真，其两推板的
根据要求设立运动副并添加驱动。 （４）连杆和运动副的设置如下： （ａ）定义凸轮 １（包括滚子中心轨迹曲线）为连杆，并
定义它的运动副为对地静止的旋转副。驱动定义为恒定 运动，设位移为 ０；加速度为 ０；速度为 ２４００°／ｓ（４００ 包／ ｍｉｎ）；定义摆杆 １（包括与其相对静止的滚子中心）、内球 头 １ 为连杆，与地的运动副为旋转副，与凸轮 １ 连杆的约 束为点在线上副；定义关节轴承 １ 的外球头 １ 为连杆，定 义它与摆杆 １ 连杆之间的运动副为球面副，球面副的原 点设在球面的中心；定义关节轴承的外球头 ２ 和拉杆 １ 为连杆，定义推板 １ 和内球头 ２ 为连杆。外球头 ２ 与推板 １ 之间用球面副约束；定义推板 １ 对地的运动副为滑动 副；定义连杆外球头 １ 和连杆外球头 ２ 之间的运动副为 滑动副，并设运动驱动为关节仿真。
１４０ 机械工程师 ２００８ 年第 １ 期
制造业信息化
仿真 ／ 建模 ／ ＣＡＤ／ ＣＡＭ／ ＣＡＥ／ ＣＡＰ Ｐ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＺＡＴＩＯＮ
（２）进入运动仿真分析：设置参数，取时间＝０．１５ｓ（凸 轮转一圈所需时间）、步数＝５０。
（３）激活测量进行运动仿真，利用电子图表得出推板 １ 和推板 ２ 的位移曲线（见图 ２），理想状态下，两推板在 夹持段速度的大小和方向都应一致，即在夹持段其相对 位移应接近为 ０。图 ３ 为两推板距离减去所夹烟包长度 后的相互位置、理想状态下，夹持阶段的曲线应重合。
京沪高铁全 长 约 １３１８ｋｍ， 设 计 时 速 为 ３００￣３５０ｋｍ／ｈ，建设工期 ５ 年，全线封闭运行，并 在道口实现全立交。主要工程内容包括桥梁长 约 １１４０ｋｍ， 占 正 线 长 度 ８６．５％ ； 隧 道 长 约 １６ｋｍ，占正线的 １．２％；路基长度 １６２ｋｍ，占正线 的 １２．３％；全线铺设无碴轨道约 １２６８ｋｍ，占线 路的 ９６．２％；有碴轨道约 ５０ｋｍ，占线路的 ３．８％。
确性，求出了运动过程中两推板夹持器的位移、速度规律
及其同步运动的精度数据。给出了调整两凸轮相位角的
准确数值。类似的仿真分析在烟机的设计及大修中，有广
泛的应用前景。
１ 机构简介及装配主模型
１．１ 机构简介
凸轮 ２
摆杆 ２ 凸轮 １
机构如图 １，凸轮 １ 带动摆杆 １、推板 １、 拉杆 １ 和关节轴承 １
Ｂ１ 卷烟包装机 １８ 部件推包凸轮机构的运动仿真分析，验证了测绘凸轮曲线运动特性的正确性，求出了运动过程中两
夹持推板的同步精度数据。给出了调整两凸轮相位角的准确数值。在烟机的大修理中，可指导对机器机构的改进并验证
改进的效果，也可以指导机器的装配及调试。
关键词：烟机；凸轮机构；仿真分析
中图分类号：ＴＨ１３２．４７
障施工能力，保证生产效率。其中与工程机械有
关的有土石方设备、运输设备、基础钻机、混凝土设备、起重
设备、道床铺装设备等。
根据中国工程机械工业协会的预测，工程机械设备需
求大约占到京沪高铁施工建设费用的 ２５％，按此招标总价
计算，则工程机械采购规模约为 ２０９ 亿元，平均每年的采
ห้องสมุดไป่ตู้
购额约为 ４２ 亿元。
机械工程师 ２００８ 年第 １ 期 １４１
制造业信息化
ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＺＡＴＩＯＮ 仿真 ／ 建模 ／ ＣＡＤ／ ＣＡＭ／ ＣＡＥ／ ＣＡＰ Ｐ
凸轮机构的运动仿真分析
陈建临， 王爱国 （云南烟草机械厂，昆明 ６５００１１）
摘 要：ＵＧ 的运动分析模块可以对机构进行运动仿真分析，可以分析机构中零件的位移、速度、加速度等。文中通过对
３００
２００
绘图区
１００
０
０．０３ ０．０６ ０．０９ ０．１２ ０．１５ 时间 ｔ／ｓ 图７
（４）从图 ３ 分析，夹持段不重合，不能保证夹持时的 同步距离，需利用旋转副的关节驱动进行两凸轮相位角 的调整。
（５）进入关节仿真：根据图 ３ 两曲线重合时所需调整 的角度 δ，取相应的步长和步数，初步调整两凸轮相位角。 取步长为 ７．２°，步数为 ５０，进行全循环运动仿真，列出测 量值，观察夹持同步距离的变化情况，逐步缩小步长，反 复上述过程，直到获得理想数值。另外可分别调整两拉杆 的长度，使两推板夹持器之间的距离达到烟包长度 ８４－ ８５ｍｍ 的要求。
运动特性（位移、速度）已符合机构实际应用的要求。
（编辑 立 明） !!!!!!!!!! 作者简介：陈建临（１９６３－），女，工程师，主要从事烟机制造及设计工作。 收稿日期：２００７－ ０１－ ３０
２００８ 年 １ 月５ 日，铁道工程交易中心公布 了《新建京沪高速铁路土建工程施工总价承包 招标中标结果》，总价约达 ８３７ 亿元的土建工 程“花落”６ 家公司。
截面上的中心点与实体一起放入滚子的装配引用集。
２ 建立运动分析方案及连杆和运动副的设置
（１）利 用 机 构 装 配 主 模 型 进 入 运 动 分 析 菜 单 ，建 立
ｓｃｅｎａｒｉｏ１ 新方案。
（２）连杆的设置原则：几个零件之间如果没有相对运
动，则将它们定为一个连杆。 （３）运动副设置的原则：两个有相对运动的连杆之间
（ｂ）定义凸轮 ２（包括滚子中心轨迹曲线）为连杆，并 定义它与凸轮 １ 的运动副为旋转副，其旋转坐标原点与 凸轮 １ 一致，并加以关节仿真驱动；定义摆杆 ２（包括与其 相对静止的滚子中心）和内球头 ３ 为连杆，与地的运动副 为旋转副，与连杆凸轮 ２ 的约束为点在线上副；定义关节 轴承 ２ 的外球头 ３ 为连杆，定义它与连杆摆杆 ２ 之间的 运动副为球面副，球面副的原点设在球面的中心；定义关 节轴承的外球头 ４ 和拉杆 ２ 为连杆，定义推板 ２ 和内球 头 ４ 为连杆。推板 ２ 与外球头 ４ 之间用球面副约束；定义 推板 ２ 对地的运动副为滑动副；定义连杆外球头 ３ 和连 杆拉杆 ２ 之间的运动副为滑动副，并设运动驱动为关节 仿真。
位移 ｓ／ｍｍ
１０８．１３５°。 （８）对修改后装配主模型进行运动仿真，参数设置，
得出位移曲线图 ６、位移重合曲线图 ７。 从图 ７ 可以看出，在夹持段两条位移曲线基本重合，
即两推板夹持器的相对位移很小。
３００ ２００ １００
０
０．０３ ０．０６ ０．０９ ０．１２ ０．１５ 时间 ｔ／ｓ 图６
位移 ｓ／ｍｍ