在三维（PROE）环境下的凸轮设计方法探讨

张完郎

摘 要：笔者结合凸轮的具体特征，分析了当前时期三维状态下常用的的一些设计措施，而且具体的论述了动件运动规律设计凸轮曲线的方法。

关键词：三堆环境；凸轮设计；PROE

引言

工作中我们常见的凸轮机构由三个部分组成，分别是凸轮以及机架和从动体系。通常凸轮经由接触运动将特定的力传递到从动系统之中。这种机构是我们工作中非常常见，它被大量的应用到轻工以及纺织等行业之中。

通过上述我们得知，此机构被大量的应用到很多的行业和领域之中，它之所以如此受青睐，具体的说是因为它的优点比较显著，比如它能够同时兼备多种功能，像是传动以及控制等。如果把它用到传动设备之中的话，就会形成非常繁琐的变化规律，比如速度变化较为明显的非等速的转动，或是一些短时间的停留。除此之外，它还可以被看做是导引机构，这时候零件就会产生平面运动。如果将它用作控制设备的话，可以控制工作循环。

人们对此类机构的认知历史已经非常久了。不过，并非一开始的时候就对其形成了系统的探索。由于经济不断发展，人们对于效率较高的自动设备有着较大的需求，迫切的希望设备能够改变工作特性。因此一直到上个世纪的早期开始，此类研究工作才开始被人们关注。在今后的几十年之间，因为其转动速率加快，导致的问题也随之变多了，人们才意识到要深入的分析此类机构。

简而言之，凸轮机构属于一类非常简单的，而且能够进行多项繁琐活动的机构，它被大量的应用到工作之中。它表层的接触力非常大，因此它的表层经常会被侵蚀，或是脱落以及磨损，一旦这种现象发生的话，就会导致凸轮副的使用时间大大的缩减。要想减弱磨损，增加设备的使用时间，就必须保证机构能够始终处在较好的润滑模式之中。通过分析之前的研究我们发现，在最初的时候，它处在一种混合润滑的模式之中，不过因为科技的进步，此后我们得知凸轮与从动件间能够保持弹流润滑模式，这时候接触面就被分隔开来了，这样它就能够一直保持弹流润滑模式。凸轮摩擦学设计理论就是在凸轮设计过程中以润滑条件为主体进行传动系统的设计，先要明确它的润滑情况，进而做好尺寸设计。这样就能够保证它的摩擦情况，确保设备的使用时间最长久。

所谓的凸轮，其实是一类有着曲线轮廓的零件。它能够开展各个类型的重复活动，不管它是繁琐的亦或是非常简单的。所以，它凭借这种优点被大量的应用到我们的生产活动之中。接下来具体阐述其优点：在工作时仅需对轮廓加以设计就能够保证从动件的运动合理；它的结构不复杂，设计很便捷。不过比对来看，它的对于精确性的要求非常高，最主要的是它比较容易被磨损，只适合用到那些传力不是很大的场所之中，过去的设计理念中有一些不当之处，导致问题频发。所以，笔者具体阐述了三维模式之下的设计工作。

1 PROE概述

PROE是由美国PTC公司推出的三维CAD/CAM参数化软件系统，它的功能非常多，目前被大量的应用到机械以及汽车等等的行业里面，在目前的三维软件行业之中，它的地位非常关键。

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；除此之外，它使用模块措施，兼具绘图以及处理等的多个功能，使用人可以结合具体的使用情况，合理的选取模块，非常便捷。

2 基于PROE的凸轮设计方法

在三维状态下，借助PROE开展设计工作的时候，我们常用的措施有三种。

（1）已经知道凸轮具体数据，结合曲线点信息得到模型。该措施通常被用到反求建模，必须得知具体的数据，它在开展的时候会受到误差的干扰，数据的离散性误差会导致最终的结果受到很大的影响。

（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关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。

针对那些非常繁琐的結构来讲，如果使用上面讲到的两个措施来开展设计工作的话，会非常麻烦，而且也无法保证最终的效果如果。此时我们就会使用第三个措施。在三维状态下，使用该措施开展设计工作的时候，必须按照如下的步骤开展工作。

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PaRtl。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PaRtl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ansysl，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PaRtl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ansysl，点击确定，生成凸轮实际廓线。之后，在新窗[El，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。此处我们要注意的是，在开展设计工作的时候，必须认真分析从动件的变化特征，要对关键要素比对分析，比如要分析其最大速率以及跳度等。

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，该措施和上述两类措施比对来看，更加的便捷，而且能够精准的测量构件的曲线状态，能够为工作者完善模型提供精准的数据，它的价值非常高。

3 结束语

目前阶段，凸轮机构被大量的应用到工业活动之中，它之所以如此受人们的青睐，具体的说是因为它的优点非常明显，比如它能够同时兼备多种功能，像是传动以及控制等。不过，以往的设计理念并不是很先进，导致凸轮的发展速率较为缓慢，进而制约我们国家的工业发展。笔者在这个背景之下，具体的论述了三维状态中的设计工作，借助PROE程序优秀的设计能力开展设计工作，这样能够确保数据精准，而且便于我们开展操控活动，能够明显的节省时间，保证凸轮的品质，效益非常好。因此有关的设计工作者必须要认真分析，不断的完善设计理念，这样凸轮机构就可以更好的应用到工作之中。

参考文献

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[2]林巨广，程刚，刘凯，等.凸轮的新型精确设计及加工方法[J].机械工程师，2012（3）：54-55.

[3]王东凤，李秀玲.基于NX运动仿真的凸轮设计[J].职业技术学院学报，2011，24（2）：55-56+73.