PROE设计教程——凸轮设计

凸轮设计步骤
凸轮是机械运动的重要部件之一，它通过旋转来控制机械系统的
运动。

凸轮的设计需要遵循一定的步骤，下面将为大家详细介绍凸轮
的设计步骤。

第一步，明确凸轮的作用和参数。

在进行凸轮的设计之前，需要
明确凸轮的作用和参数，如凸轮的轴向和径向尺寸、凸轮的作用方式、凸轮的转速等。

这些参数的确定将为凸轮的设计提供有力的支持。

第二步，确定凸轮的运动曲线。

凸轮的运动曲线直接影响凸轮的
工作效果，因此要根据凸轮的作用方式和参数来确定凸轮的运动曲线。

通常来说，运动曲线可以使用CAD软件进行绘制。

第三步，绘制凸轮的三维模型。

在确定凸轮的运动曲线之后，需
要使用CAD软件将凸轮的三维模型绘制出来，这将为后续的加工和仿
真提供基础。

第四步，进行凸轮的加工和装配。

在绘制出凸轮的三维模型之后，需要将其进行加工和装配。

在加工过程中，需要根据实际情况进行选
择合适的加工设备和工具，如数控机床、车床等。

在装配过程中，需
要将凸轮与其他的机械部件进行连接，如轴、轴承等。

第五步，进行凸轮的仿真和测试。

在凸轮加工和装配完成之后，
需要使用仿真软件对凸轮的运动进行模拟和测试，以验证凸轮的设计
是否满足要求。

综上所述，设计一款凸轮需要经过明确凸轮的作用和参数、确定
凸轮的运动曲线、绘制凸轮的三维模型、进行凸轮的加工和装配，最
后进行凸轮的仿真和测试。

这些步骤的完整执行将有助于确保凸轮的
设计质量和工作效果。

湖北文理学院毕业设计(论文)正文题目基于PRO/E的凸轮机构结构设计及其运动仿真分析专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号指导教师职称┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊基于Pro/E的凸轮机构的结构设计及其运动仿真分析摘要：凸轮机构是机械中一种常用的机构，它结构简单，紧凑，工作可靠，设计方便，利用不同的凸轮轮廓线可以使从动件实现任意给定的复杂运动规律。

同时它兼有传动，导向和控制机构的各种功能和优点。

因此在包装机，纺织机，印刷机，内燃机以及农业机具等具有广泛的运用。

传统的凸轮设计有图解法和解析法，图解法形象直观，结构简单，但是手工作图选取的等分数有限，误差较大，较繁琐。

解析法设计虽然解决了凸轮设计的精度问题，但是要得到完整的凸轮轮廓线需要建立复杂的数学公式，编制复杂的程序，编程和计算工作量大。

总之，传统的运动分析法是一种间断的，静态的分析方法。

本文利用Pro/E强大的三维实体建模功能，建立凸轮机构的装配模型，然后进行运动学分析，仿真凸轮机构的运动情况，最后将所设置的构件的位移，速度，加速度变化情况以表格形式输出，通过修改仿真模型的参数，快速的修改和优化设计方案。

关键词：凸轮机构；Pro/E；三维建模；运动仿真。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊The cam mechanism based on Pro/E structure design andkinematics simulation analysisAbstract:the cam mechanism is a kind of commonly used mechanical mechanism, it has the advantages of simple structure, compact structure, reliable work, convenient design, using different cam contour line allows the follower to realize any given motion law of complex. At the same time it has the drive, guide and control mechanism of the various features and advantages. So in the packaging machine, textile machine, printing machine, internal combustion engines and agricultural machinery is widely used. The traditional cam design graphic method and analytic method, graphical method is visual, simple structure, but the chart manually selected score is limited, the error is large, complex. Analytic design method solves the problem of precision cam design, but to get the full cam contour line need to build a complex mathematical formula, the preparation of complex procedures, programming and calculation. In short, the traditional motion analysis is a kind of discontinuous, static analysis method. In this paper, using Pro/E powerful3D entity modeling function, establish the cam assembly model, then analyses the kinematics simulation of cam mechanism, motion, the setting member of displacement, velocity, acceleration in form of output, by modifying the parameters of the simulation model, rapid modification and optimization design.Key words: cam mechanism; Pro/E;3D modeling; motion simulation.┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊目录1前言 (1)1.1本课题研究的目的和意义 (1)1.2国内外的研究现状及发展趋势 (2)1.3研究的主要内容、途径和技术线路 (3)2凸轮轮廓线的设计 (4)2.1凸轮机构的分类 (4)2.2从动件的运动规律及选取原则 (4)2.3凸轮轮廓线的设计 (5)2.3.1凸轮轮廓线设计方法的基本原理 (5)2.3.2凸轮轮廓曲线的计算 (5)2.4凸轮机构基本尺寸的确定 (7)2.5滚子半径的选择 (8)3凸轮机构的实体建模与装配 (10)3.1Pro/E软件简介.............................. 错误！未定义书签。

三维(PROE)环境下的凸轮设计方法分析摘要：信息时代的到来为各行业领域发展注入新鲜的活力，以凸轮在三维环境下的设计为典型代表，其能够依托于动件运动规律完成凸轮设计过程，这样凸轮在设计效率以及设计质量等各方面都可得到保障。

对此，本文将对三维环境与凸轮的相关概述、三维环境下凸轮设计的主要方法以及具体设计步骤进行探析。

关键词：三维环境；凸轮；设计方法；设计步骤DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.02.1810 前言近年来许多行业领域中的机械设备，其都将凸轮机构引入其中，使机械设备整体性能得以提高。

然而凸轮机构实际设计中却存在一定的问题，更多设计人员受成本与技术应用能力限制，所选用的设计方式极为繁琐，而且无法保证凸轮机构的适用性。

这种背景下，便提出凸轮在三维环境下的设计方式，对解决传统设计方式的弊端可起到明显的效果。

因此，如何以三维环境为依托进行设计成为当前凸轮设计需考虑的重要内容。

1 PROE与凸轮的相关概述关于PROE，其作为较为成熟的软件系统，主要由PTC公司以三维CAM、三维CAD为依据进行设计，功能较为全面，能够适用于许多行业领域包括数控加工、机械加工、航空制造以及汽车制造等。

在PROE设计中，其区别于其他软件系统，能够直接引入参数化设计概念，且对其中相关性问题可通过数据库进行解决。

PROE应用的优势主要在于，其在功能模块设计上能够满足用户需求，如加工处理功能、构件制作、图形绘制以及其他设计等模块都可为用户所使用，同时从整个生产中也可发现，PROE具有一定的集成特征，既可在单机中可靠运行，而且能够为工作站提供服务。

而在凸轮方面，以往凸轮机构在应用中因其表层接触面积较大，存在的受损、脱落以及侵蚀等问题极为常见，使凸轮生命周期由此缩短。

这种情况下便需考虑将其磨损控制在最低程度，可直接在混合润滑模式下运行。

因此实际进行凸轮设计过程中应以摩擦学理论为依据，传动设计中围绕润滑条件进行，保证设计尺寸合理，这样才可使摩擦问题得以解决。

用Pro／ENGINEER进行多段多头螺旋齿面端面凸轮的精确建模_jl.l;本文通过对多段多头螺旋面_端面凸轮齿面方程的分析和处瑾,以及对ProlEmGINEER软件的参数化曲线和曲面建模功能的运用,以活齿端面谐波齿轮传动机构的波发生嚣端面凸轮为例,阐明了Pro/ENG{NEER软件在实现满足复杂运动规律的空间曲面立体的精确建模方面的应用..数字化设计用Pro/ENGlNEER进行多段多头螺旋齿面端面凸轮的精确建模空间曲面立体的数字化建模,是机械产品设计,工业造型设计及数字仿真,数字化制造的首要环节.Pro/ENGINEER是以参数化为重要特色的三维设计软件,利用Pro/ENGINEER的强大功能,设计人员可以建立满足复杂运动规律的空间曲面的精确模型.下面以活齿端面谐波齿轮传动机构的波发生器端面凸轮为例,详细探讨其多段,多头螺旋面端面凸轮的精确建模问题.一,波发生器端面凸轮的多段多头螺旋齿面的方程活齿端面谐波齿轮传动机构是一种新型的传动机构,其波发生器的端面凸轮与活齿构成一对啮合副,啮合副的型面称为齿面.为了使活齿端面谐波齿轮传动装置的瞬时传动比保持恒定,而且便于设计和加工,通过理论分析,推导得知,啮合副的齿面母线由直线和与回转轴垂直相交的多段多头阿基米德螺旋面和特殊的螺旋面构成.1.生器端面凸轮的理论齿面方程图1所示为波数值等于2的波发生器端面凸轮的理论齿面,由四段相邻的左旋和右旋阿基米德螺旋面构成.在图1所示的O-xyz坐标系中,理论齿面的右旋螺旋齿面的方程为:44CAD/CAM与制造业信息化?wwwicadcorncn口华中科技大学机械科学与工程学院朱国力王成刚口武汉理工大学机电工程学院张佑林李默神=rcos9J,=rsln'pz:6{)一2,l,)冗R1,R.部)是不光滑的连接,当波发生器转动时,活齿作轴向往复运动,在活齿的速度突然反向时,将会产生(1)冲击.为了减小活齿的冲击,必须对端面凸轮理论齿面的齿底和齿顶(n0,1;,l,=i0≤(p-2nt~,I,)其中:r为端面凸轮的半径,单位是mm;h为端面凸轮理论齿面的高度,单位是mm;R,R.为分别为端面凸轮的内,外轮廓的半径,单位是mm:【p为端面凸轮的转角,单位是tad:为波发生器端面凸轮螺旋面的头数(即波数);,I,为端面凸轮的啮合半角,即半个波对应的中心角,单位是tad.左旋螺旋齿面的方程为=rcos~0r.sln'p(2)z:(2",}f一'p)R】,R(n=1,2;02n,l,一(p,l,)2.波发生器端面凸轮修形段的齿面方程从图1可知,左旋和右旋螺旋齿面的相邻处(即齿面的底部和顶进行适当的修形,使其成为光滑过渡曲面.图1波发生器端面凸轮的理论齿面(单面) 对于波数为2的波发生器,修形后的齿面如图2所示,由四段修形曲面(为特殊螺旋面)和四段未修形的阿基米德螺旋面构成.在图3所示的坐标系中,齿底修形段的齿面方程为cos(pY=rsin~筹+R1rR2其中hi为端面凸轮齿底的修形高度,单位是mm.图2波发生器端面凸轮修形后的齿面图3波发生器端面凸轮齿底修形段齿面的展开示意图在图4所示的坐标系中,波发生器端面凸轮齿顶修形段的齿面方程为yx=:rCOnS~Oh2U2,l,+【R1≤rR.其中h2为端面凸轮齿顶的修形高度,单位是mm.由上述可见,该波发生器端面凸轮的齿面由四段双头阿基米德螺旋面和四段特殊螺旋面构成.图4波发生器端面凸轮齿顶修形段齿面的展开示意图二,多段多头螺旋齿面方程的分析与处理从图1,图2可知,波发生器端面凸轮的齿面为对称曲面,对于波数为2的波发生器,只要构建端面凸轮齿面的四分之一,再通过镜像变换等方式建模,便可构建端面凸轮完整的齿面.如图1所示的理论齿面的端面凸轮,因其仅由四段相邻的阿基米德螺旋面构成,故可采用Pro/ENGINEER曲线建模中的"从方程"方式构建基准曲线,然后通过基准曲线经边界混合工具构成空间曲面片,再经过镜像变换,曲面合并工具,剪切等操作,构建出理论齿面的端面凸轮.然而,对于图2所示的修形后的端面凸轮,尽管其齿面也是对称曲面,但其齿面的四分之一部分由齿底修形齿面的一半,左(右)旋螺旋齿面和齿顶修形齿面的一半构成,而且这三部分之间必须光滑连接.因此,需要对这三部分齿面建立统一的坐标系,如图5#h示.图5端面凸轮修形后四分之一齿面的展开示意图在图5#h示的坐标系中,端面凸轮四分之一齿面的分段函数参数方程为y=rsin@,(o_qo(-x/U)z筹一㈤z=)一,uy删)其中:(p为端面凸轮齿底修形段与未修形段切点处的转角,单位是rad;(p,为端面凸轮未修形段与齿顶修形段切点处的转角,单位是rad.根据相邻齿面的连续条件,在两齿面相接处,其Z坐标必须相等,因此当(p=(p时,令公式(5)中的第三和第四式相等,即可求出(P:同理,当(p=(p,时,令公式(5)中的第四和第五式相等,可求出(p..由于在Pro/ENGINEER系统中,所能接受的关系式的自变量t的取需根据t的取值范围和关系式的格式作相应调整.三,多段多头螺旋齿面端面凸轮的精确建模实例多段多头螺旋齿面端面凸轮的建模方法及过程有很多种,下面将通过具体的实例加以说明.设端面凸轮内轮廓的半径R=108mm,外轮廓的半径R,=138mIll:波数(螺旋面头数)U=2:端面凸轮理论齿面的高度h=21.17mm端面凸轮齿底的修形高度h=7mm,齿项的修形高度h2=5mm.1确定相邻接点处的对应转角(p,(p.将已知参数代入公式(5)中,可计算出(p=29.76.,(p,=68.74~.2.构建端面凸轮毛坯的模型在Pro/ENGINEER系统中,选取"RIGHT"基准面绘制母线草图, 经旋转构建端面凸轮毛坯的模型, 如图6所示.图6构建端面凸轮毛坯的模型3.绘制端面凸轮齿面内轮廓的三段螺旋线(1)根据端面凸轮的厚度建立基准面DTM1和CSO坐标系,如图图7建立基准面和坐标系(2)选择"插入基准曲线"命令,在弹出的菜单管理器中点击"从方程"一"完成",选值范围为ON1,所以其齿面方程还取"CSO坐标系"一"笛卡尔坐CAD/CAM与制造业信息化?2006年第8期45数字化设计标",弹出记事本文件re1.ptd.(3)在记事本文件re1.ptddP,输入数学关系式如下:RI=108U=2hl=7h=21.17FAI=29.76tX=Rl*cos(FAI)Y=Rl*sin(FAI)Z—hhUU(FAW180)(FAI/18O)/(2"h1)+hl/2保存文件并退出,即可绘出端面凸轮内轮廓的齿底修形段的特殊螺旋线,如图8所示.图8绘齿底修形段螺旋线(4)重复第(2),(3)步,在记事本文件re1.ptdqa,输入数学关系式如下:RI=108U=2h=21.17FAI=29.76+38.98"tX=Rl*cos(FAI)Y=Rl*sin(FAI)Z=h*UFAI/180保存文件并退出,即可绘出端面凸轮内轮廓的右旋阿基米德螺旋线,如图9所示.46CAD/CAM与制造业信息化图9绘右旋螺旋线wwwicadcornCD(5)重复第(2),记事本文件re1.ptddp系式如下:RI=108U=2h2=5h=21.17(3)步,在端点的连线,使其构成封闭曲面片输入数学关边界,如图12所示.FAI一68.74+21.26tX=Rl*cos(FAI)Y=Rl*sin(FAI)Z一一hhUU(FAI/180—1/2)(FAI/180—1/2)/(2"h2)+h-h2/2保存文件并退出,即可绘出端面凸轮内轮廓齿顶修形段的特殊螺旋线,如图1O所示.图1O绘齿顶修形段螺旋线4绘制端面凸轮齿面外轮廓的三段螺旋线端面凸轮齿面外轮廓的三段螺旋线的绘制方法及步骤,与内轮廓的三段螺旋线的绘制方法及步骤相同,只须将R.=138代入即可,绘制结果如图l1所示.图11绘外轮廓螺旋线5.构建端面凸轮四分之一段空间曲面(1)绘出各段内,外轮廓螺旋线图12构建曲面片边界(2)运用边界混合工具构造出三段曲面片,并运用合并工具将三段曲面片合成一整段曲面,即为端面凸轮的四分之一段空间曲面,如图13所示.图13构建1/4段曲面6构建端面凸轮一端的空间曲面(1)将四分之一段空间曲面作两次镜像,可构成相邻的四段空间曲面,如图14所示.图14构建四段曲面(2)再次运用合并工具将四段空间曲面合成,即为端面凸轮的空间曲面,如图15所示.图15构成一端曲面7.构建端面凸轮另一端的空间曲面由于波发生器端面凸轮的两端具有相同的齿面,因此将一端的空间曲面作镜像,即可构建出端面凸轮另一端的空间曲面,如图16所示.图16构建另一端曲面8.在端面凸轮毛坯上构建齿面(1)选择端面凸轮一端的齿面,并选择"编辑/实体化"一"剪切",即可在毛坯上完成端面凸轮一端的齿面, 如图l7所示.图17剪切出一端的齿面(2)选择端面凸轮另一端的齿面,并选择"编辑/实体化"一"剪切",即可完成端面凸轮另一端的齿面,如图18所示.图18剪切出另一端的齿面9.构建其余结构,完成端面凸轮的精确建模经挖键槽,打孔和倒角等操作后,波发生器端面凸轮的准确建模就完成了,如图l9所示.图19完成端面凸轮的建模四,结论本文运用Pro/ENGINEER软件的相关功能,实现了活齿端面谐波齿轮波发生器端面凸轮多段多头螺旋齿面的精确建模.按照同样的方法和步骤,还可以实现啮合副其他构件的数字建模.文中所使用的方法和步骤,可推广应用于按任意规律变化的多段复杂空间曲面的数字建模中.但这种方法和步骤并不是唯一的,根据不同的建模对象及分析,处理方法,可产生不同的建模方法和步骤,如使用可变截面扫描法等,也可构建出较为理想的曲面立体模型.磕栏圈主持:苏向鹏本文索引号:111投稿信箱:**************,CnCAD/CAM与制造业信息化?2006年第8期47。

基于Ｐｒｏ／Ｅ的凸轮参数化设计及ＡＤＡＭＳ仿真摘要：基于Pro/ E 平台下进行凸轮的实体参数化设计，并应用ADAMS进行系统仿真，对相关产品的设计提供设计思路和借鉴作用。

关键词：Pro/E；凸轮；参数化；ADAMS1、前言Pro/ENGINEER是目前最先进的计算机辅助设计（CAD）、制造（CAM）和分析（CAE）软件，该系统是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。

该功能就是将每一个尺寸看作可变参数，而尺寸驱动是参数化设计的重要特点。

所谓尺寸驱动就是以模型的尺寸来决定模型的形状，一个模型由一组可变的尺寸进行定义。

这样只要修改这些参数尺寸，相关模型就会依照尺寸的变化重新生成，达到设计变更的一致性，从而避免或减少重复劳动。

利用虚拟样机仿真分析软件ADAMS的MECHANISM/Pro（Pro/E接口）模块进行系统运动学或动力学仿真，并进行干涉检查，确定运动锁定的位置，计算约束副的作用力等等，从而使产品开发阶段就可以帮助设计者发现设计缺陷，并提出改进的方案，提高产品的可靠性。

使用MECHANISM/Pro（Pro/E接口）模块进行运动学或动力学仿真分析时，一般遵循以下几个步骤①创建或打开Pro/ENGINEER装配模型；②定义刚体；③创建约束副；④添加驱动；⑤应用载荷和弹性连接器；⑥传送模型；⑦观察分析结果。

2、Pro/ENGINEER参数化的凸轮设计凸轮机构由于其结构简单、紧凑，而且从动件的运动规律完全取决于凸轮的轮廓曲线，所以在设计时只要设计适当的轮廓，便可使从动件获得所需的运动规律，因此在机械行业中有的广泛的应用。

设计凸轮轮廓的方法主要有作图法和解析法两种，随着计算机技术的发展，现在几乎都是采用解析法设计凸轮轮廓，同时也解决了采用作图法存在的精度问题。

而在Pro/E中可以通过建立方程式生成各段曲线，然后通过各曲线段扫描生成凸轮的实际轮廓曲面，这样设计出的凸轮模型，可以通过改变不同的参数从而获得不同的凸轮实体。