三维（PROE）环境下的凸轮设计方法分析

黄轶

摘 要：结合凸轮的特点，对三维（PROE）环境下的几种常用的凸轮设计方法进行了简单分析，并对根据已知从动件运动规律设计凸轮曲线的方法进行了重点阐述。

关键词：三维环境 凸轮设计 PROE

中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0071-01

凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，有凸轮、从动件和机架三部分组成，可以作连续等速运动，可以实现几乎所有的重复性机械动作，无论简单还是复杂，因此，凸轮机构在各种自动化和半自动化机械装置中得到了广泛应用。凸轮机构的优点在于，只需要设计适当的凸轮轮廓，就可以使得从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、设计方便，但是相对而言，凸轮轮廓对于精度要求较高，而且易磨损，只适用于传力不大的场合，传统的设计方法存在着诸多问题，因此，本文结合PROE三维设计软件，对三维环境下的凸轮设计进行了分析。

1 PROE概述

PROE是对Pro/Engineer的简称，是由美国PTC公司推出的三维CAD/CAM参数化软件系统，具备强大而完美的功能，被广泛应用于汽车、航空、机械、数控加工等多个领域，在当前的三维造型软件领域，占据着十分重要的地位。

该软件第一次提出了参数化设计的概念，采用单一数据库来解决特征的相关性问题。一方面，PROE软件的基于特征方式，可以将设计到生产的全过程进行集成，实现并行工程设计，可以在工作站和单机上进行应用；另一方面，PROE采用了模块方式，具有草图绘制、零件制作、装配设计、加工处理等功能，用户可以根据实际需要，对功能模块进行选择，十分方便。

2 基于PROE的凸轮设计方法

在三维环境下，利用PROE进行凸轮设计，主要包括以下三种方法。

（1）已知凸轮点的数据，输入曲线点文件拟合曲线建模。这种方法一般用于反求建模，需要明确得到凸轮点的数据，很容易受到测量误差的影响，数据点存在的离散误差会在一定程度上影响设计结果。

（2）已知凸轮的位移变化曲线，结合相应的方程产生曲线，通过跟踪曲线建模。这种方法在数值方面，具有良好的精准度，但是需要对位移曲线方程进行推导，专业性较强，对于设计人员要求较高。

（3）已知凸轮从动件的运动规律，对各构件尺寸进行测量后，可以采用运动仿真，产生相应的轨迹曲线，然后建模。

相比之下，第一种方法的关键，在于对数据点文件的制作，只要数据点文件符合要求，其他步骤与建立一个基本的拉伸特征相似，只要具备一定的PROE操作能力，都可以顺利完成。第二种方法主要是利用了PROE中附带的变截面扫描功能和图形曲线特征，只需要推导出凸轮的位移变化曲线方程，就可以制作出符合相關精准度要求的零件模型，还可以对凸轮中的各项运动参数进行修改，操作流程也并不复杂。因此，这里主要针对第三种设计方法进行重点分析。

对于比较复杂的凸轮结构或者机械运动，采用前两种方法进行设计时，不仅十分麻烦，有的根本不可能实现。针对这种情况，一般会采用第三种，也就是已知凸轮从动件运动规律的建模方法。在PROE环境下，采用这种方法对进行凸轮设计，主要包括以下三个基本步骤。

首先，通过相应的方法，计算出凸轮基圆半径，并以此为依据，在PROE中建立一个圆盘类零件，命名Part1。然后，根据凸轮的结构，对从动件的结构进行确定，建立从动件简化模型，命名Part2。进入软件的部件装配环境，将Part1和Part2以销钉连接的方式装入，之后进入机构运动模式，在两个模型之间定义凸轮连接副，创建快照，然后删除。

其次，对凸轮连接轴伺服电机模的速度值进行定义，结合凸轮设计期望，实现从动件运动规律定义从动件连接轴伺服电机的模。

最后，在PROE中，新建一个运动分析ansys1，按照从动件运动循环周期=时间长度×凸轮副速度模应的相互关系，对时间长度进行定义，然后加入两个伺服电机，运行仿真。在“机构-轨迹曲线”中，选中Part1作为纸零件，选择凸轮合成曲线，同时选择Part2与凸轮接触的曲线与ansys1，点击确定，生成凸轮实际廓线。之后，在新窗口，对Part2进行编辑，将生成的凸轮廓线进行拉伸，形成相应的凸轮实体，凸轮建模完成。最终凸轮模型以及曲率分析图（如图1）。

需要注意的是，在对凸轮进行运动设计时，从动件的运动规律是多种多样的，需要对一些重要的参数进行分析和优化，这些参数包括：最大速度、最大加速度、动载转矩特性值、最大跃度、最大跳度等。

第三种方法主要是利用了仿真中系统可以自动生产任意点的运动轨迹线的特点，实现设计建模，与前两种方法相比，操作简单，可以对相关构件的位移曲线、速度曲线等进行测量，为设计模型的改进提供良好的数据支持，具有良好的实用价值。

3 结语

总而言之，凸轮机构凭借自身的优点，在许多机械设备中都有着广泛的应用，但是传统凸轮设计方法的落后性和繁琐性，在很大程度上制约了凸轮的应用和发展。本文针对三维（PROE）环境下的凸轮设计方法进行了分析和谈论，利用PROE程序强大的设计分析能力进行凸轮的设计，可以有效保证设计数据的精准性，同时操作便捷直观，可以为设计人员节约大量的时间，在确保凸轮设计质量的同时，缩短了设计周期，取得了良好的效果。相关设计人员要充分重视起来，对凸轮设计的方法进行不断改进和创新，促进凸轮结构的有效应用。

参考文献

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