搜索直動滾子從動件圓柱凸輪CAD
2013-05-26 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
推導了直動從動件圓柱凸輪機構實際廓線的方程。基于Solidworks平臺用VBA開發了圓柱凸輪輔助建模軟件,根據廓線方程可自動實現圓柱凸輪的精確建模,并為下一步運動仿真和數控加工奠定良好的基礎。
空間凸輪機構在自動機械中得到了廣泛的應用。與平面凸輪機構相比,空間凸輪機構具有體積小、結構緊湊、剛性好、轉動扭矩大等優點。直動從動件圓柱凸輪機構是一種典型的空間凸輪機構。當凸輪轉速較低、精度要求不高時,可以把圓柱凸輪看成是由移動凸輪轉化而來的,按基圓半徑或外圓直徑展開成平面矩形,作為平面直動凸輪進行近似計算。但是隨著凸輪機構日益向高速方向發展,傳統的圓柱凸輪機構的設計方法因誤差較大,不得不進行修正,因為,這種展開法不能達到簡化計算、提高精度的目的,不能滿足企業的實際需要。考慮到圓柱凸輪屬于空間凸輪,其理論廓面、實際廓面均為空間曲面,因此,如何構造這些曲面是一個關鍵問題,國內開展了一些相關研究。隨著計算機輔助設計進一步發展,特別是基于特征和參數化技術的三維設計軟件的出現,為空間曲面的構造提供了支撐平臺。本文來用精確的數學模型建立圓柱凸輪的實際廓線方程,基于Solidworks平臺,通過二次開發的手段精確構造實際輪廓曲面,完成了圓柱凸輪的建模,通過實踐證明了這種方法的可行性。
1 圓柱凸輪輪廓線的數學模型
對直動從動件圓柱凸輪建立如圖1所示的固定坐標系,以Z軸為圓柱凸輪的回轉軸線,X軸與從動件處于最低位置時的軸線重合,原點為該軸線與凸輪軸線的交點,Y軸分別垂直于X和Z軸。
圖1中的幾何參數有:凸輪圓柱半徑為R(
+B,
為圓柱凸輪的基圓柱半徑,B為滾子厚度),滾子半徑為
,從動件的運動規律為
,其中
為凸輪的轉角。
如圖1所示,圓柱滾子直動從動件凸輪機構,圓柱的半徑為R,曲線b是圓柱凸輪的理論廓線,曲線a和c是實際廓線,d表示在理論廓線上的滾子圓,根據圖示固定坐標系,建立圓柱凸輪理論廓線方程如下:
考慮從動件是滾子的情況,實際輪廓線是圓心位于理論廓線上滾子圓的包絡線,其方程為:
對式(2)中的兩個方程:
滾子圓的方程為:
式(3)中 x,y,z為理論廓線上的坐標;從
為滾子圓和實際廓線上的公共點坐標,也是滾子圓和實際廓線的切點坐標。
包絡線方程為:
式(4)中
表示運動規律
對
的導數。
由于實際廓線也位于圓柱面上,所以滿足下式:
聯立以上3式,可得到在圓柱半徑為R時的實際廓線的方程:
式(6)可看出,實際廓線有兩組,取上面符號表示圖1中曲線a,取下面符號表示圖1中曲線c。
2 基于SolidworkS平臺直動從動件圓柱凸輪建模
2.1 實際廓線的構造
式(6)是實際廓線的方程,若選定運動規律
,給定轉角
,可分別計算出基圓柱
和外圓柱
上的實際廓線的坐標,如果計算出四組符合精度要求的實際廓線的坐標,分別連接這些坐標成樣條曲線。如圖2所示,曲線
和
是外圓柱上的實際廓線,曲線
和
是外圓柱上的實際廓線。為了保證實際廓線擬合精度,必須選擇足夠多的點來構造樣條曲線,為此可把計算好的實際廓線的坐標存在文件中,通過Solidworks平臺上的XYZ構造曲線的方法來構造樣條曲線。
2.2 實際輪廓曲面的生成
使用Solidworks平臺上切除放樣特征,首先在草圖平面上繪制放樣的截面形狀,是一個矩形,矩形的四個點落在實際廓線上,如圖2所示,放樣時,取矩形為輪廓,4條實際廓線
為引導線,可形成圖3所示的實際廓面。
3 軟件實現
考慮到圓柱凸輪建模過程中有大量的凸輪實際輪廓曲線數據,為了提高效率,采用軟件編程對Solidworks軟件二次開發的方式來實現。由于程序規模較小,編程的語言采用Solidworks中內嵌的VBA實現。程序流程圖見圖4。
軟件分成兩個模塊:1)計算模塊,主要根據輸人參數,確定實際輪廓的曲線的坐標點數據;2)建模模塊:主要完成繪制凸輪、實際廓線、切除放樣等操作。
以放樣操作的編程為例說明:
4 結論
本文通過建立圓柱凸輪實際廓線的方程,在Solidworks平臺上構造了凸輪的精確實際廓線,隨后通過Solidworks內部命令完成圓柱凸輪的精確建模。通過精確的三維模型,可為下一步運動仿真和數控加工奠定了很好的基礎。
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