基于Pro/E的凸轮机构参数化设计及仿真

本文简要描述在Pro/E中盘形凸轮和圆柱凸轮的参数化建模，以及用Pro/E的运动学分析模块Mechanism仿真的过程。

一般来说，凸轮机构主动件作等速转动，直接推动从动件（推杆）作直线往复运动。根据推杆位置，凸轮的轮廓划分为四部分，其对应的凸轮转角分别称为推程运动角、远休止角、回程运动角和近休止角。下图为各角度与推杆位置的对应关系。

Pro/E盘形凸轮建模、仿真过程为：

1. 盘形凸轮建模

a. 添加盘形凸轮参数

亦可添加凸轮厚度、转轴孔径等其他参数。

b. 绘制凸轮轮廓曲线

使用笛卡尔坐标下的方程形式，按推程运动角、远休止角、回程运动角和近休止角对应划分四段，绘制凸轮轮廓曲线（以推杆余弦加速度运动规律为例）。四段曲线具体方程式详见文章：常用推杆运动规律的Pro/E曲线方程式。

c. 提取轮廓曲线，拉伸成为凸轮

2. 推杆和支架建模

支架用来安装凸轮和推杆，组合成为凸轮机构。

3. 建立组件/装配体

使用“缺省”约束装入支架，使用“销钉”约束装入凸轮，使用“滑动杆”约束装入推杆，并建立推杆与凸轮之间的“槽”约束。此处使用的各种连接方式的约束关系详见文章：Pro/E装配连接约束及相对运动关系。

4. 仿真

a. 进入应用程序“机构”模块

b. 添加伺服电动机

在凸轮“销钉”约束的转轴处添加伺服电动机，设置角速度为36deg/sec。

c. 机构分析

分析类型选择“动态”，此模式下可以测量速度和加速度，持续时间设置为10sec，使凸轮完成整一圈转动。

d. 测量结果

推杆位置图像

推杆速度图像

推杆加速度图像

5. 圆柱凸轮建模

a. 添加圆柱凸轮参数

b. 绘制凸轮轮廓曲线

不同于盘形凸轮，这里使用圆柱坐标系（以推杆余弦加速度运动规律为例）：

/* 推程
r=bottomr
theta=t*phi1
z=baseh+h*(1-cos(180*t))/2
/* 远休止
r=bottomr
theta=phi1+phi2*t
z=baseh+h
/* 近休止
r=bottomr
theta=phi1+phi2+phi3*t
z=baseh+h*(1+cos(180*t))/2
/* 回程
r=bottomr
theta=phi1+phi2+phi3+phi4*t
z=baseh

c. 提取轮廓曲线，在FRONT面草绘一个底圆

d. 使用可变剖面扫描作4段圆柱体