弧面分度凸轮运动特性及其参数化仿真研究
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摘要
弧面分度凸轮是一种广泛应用于各种自动机和自动生产线上的空间分度机构。由于凸轮工作廓面复杂，使得设计理论和制造技术相对比较复杂，在一定程度上限制了其发展。本文引入Pro／ENGINEER二次开发技术，深入研究了弧面分度凸轮的运动特性，建立了弧面分度凸轮参数化设计造型与分析软件系统，并对其动态特性进行了初步的理论探讨。论文首先在分析空间啮合原理基础上，采用坐标变换法推导出弧面分度凸轮的工作廓面方程、啮合方程和压力角计算公式，对弧面分度凸轮的啮合特性进行了深入的分析和研究，对判断曲面能否正确啮合的依据如两类界限线方程以及诱导主曲率等进行推导，并给出算例。然后通过对弧面分度凸轮加工中产生廓面误差及工作时产生分度误差原因的分析，建立了计算加工和分度误差的数学模型。应用vc++和Pro／TOOLKIT对Pro／ENGINEER进行二次开发，建立了弧面分度凸轮机构的参数化设计和三维造型及压力角、诱导主曲率等运动特性和误差分析软件系统。为了便于观察到凸轮机构在各位置和各种角度下的运动情况，还利用Pro／ENGINEER中的Pro／Mechanism模块实现了弧面分度凸轮机构的运动仿真。最后对弧面分度凸轮机构动力学系统的主要特征进行了分析，并建立考虑构件惯性，啮合刚度及参数激励的条件下的弧面分度凸轮机构的振动分析模型。总之，论文为弧面分度凸轮运动特性分析和设计提供了可视化的操作平台，初步建立了弧面分度凸轮机构的动力学分析的数学模型，从而为此类机构的深入研究提供了参考。
Globoidal indexing cam mechanism is widely used in automatic machine and automatic production lines. But its complex profiles and cumbersome design process prevents it from further development. In order to realize the automation of calculating, designing and analyzing of globoidal indexing cam, second development of Pro/ENGINEER is adopted in this paper, the parameter design and entity proplasm software are programmed. The paper studies the surface geometry of globoidal indexing cam by applying the theory of conjugate surfaces and the method of coordinate transformation, presents the equations related to the main inducement curvature of the cam profiles, analysis and deduces the equations of two circumscription curves, which judge if the conjugate surface could mesh properly. Some calculate examples and conclusion are given. The surface equation of the globoidal cam and conjugate equation are established. The paper also does some deep research on the mesh characteristic of the mechanism, analyses the cause o
f the cam profile error and index error during working, using Object-Oriented method, VC++ and Pro/TOOLKIT, performs second development to Pro/ENGINEER, completes entity proplasm of the cam mechanism using only few parameters, the press angle calculate module, error analysis module and curvature calculate module are built on the basis of it. And meanwhile the movement of the mechanism is simulated using the Pro/Mechanism module of Pro/ENGINEER. In this paper, studies on the characteristic of the cam dynamics system and vibration model of the system are done, which provides a foundation for the further researches. In a word, the paper provides an visible software operation platform for the analysis and design of globoidal indexing cam, builds primary model of the mechanism dynamics system, then provides references for the mechanism's deep research.
Globoidal indexing cam mechanism is widely used in automatic machine and automatic production lines. But its complex profiles and cumbersome design process prevents it from further development. In order to realize the automation of calculating, designing and analyzing of globoidal indexing cam, second development of Pro/ENGINEER is adopted in this paper, the parameter design and entity proplasm software are programmed. The paper studies the surface geometry of globoidal indexing cam by applying the theory of conjugate surfaces and the method of coordinate transformation, presents the equations related to the main inducement curvature of the cam profiles, analysis and deduces the equations of two circumscription curves, which judge if the conjugate surface could mesh properly. Some calculate examples and conclusion are given. The surface equation of the globoidal cam and conjugate equation are established. The paper also does some deep research on the mesh characteristic of the mechanism, analyses the cause o
f the cam profile error and index error during working, using Object-Oriented method, VC++ and Pro/TOOLKIT, performs second development to Pro/ENGINEER, completes entity proplasm of the cam mechanism using only few parameters, the press angle calculate module, error analysis module and curvature calculate module are built on the basis of it. And meanwhile the movement of the mechanism is simulated using the Pro/Mechanism module of Pro/ENGINEER. In this paper, studies on the characteristic of the cam dynamics system and vibration model of the system are done, which provides a foundation for the further researches. In a word, the paper provides an visible software operation platform for the analysis and design of globoidal indexing cam, builds primary model of the mechanism dynamics system, then provides references for the mechanism's deep research.
引文
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