基于Creo的凸轮机构三维参数化设计及运动仿真

刘鹏　冯立艳　李静　卢家　宣蔡保杰　冷腾飞　苗伟晨

摘 要 本文主要介绍用Creo对凸轮机构进行参数化设计并以圆柱槽状凸轮机构为例进行运动仿真，再通过C#软件完成人机交互，即操作人只需在程序界面输入槽状凸轮相应参数即可完成凸轮的三维建模，从而绘制出相应的位移、速度、加速度曲线进入仿真和分析环节。这样即缩短了凸轮的设计周期提高了设计质量，并且解决了凸轮教学课程存在的设备成本高、设备数量少、实验时间和空间受限等难题。

关键词 凸轮 Creo 参数化 仿真

1基于Creo软件下的凸轮三维建模

1.1 Creo环境下槽状凸轮机构三维参数化造型基本思路

（1）参数化过程需准备可变参数包括行程、推程角、远休角、回程角、近休角、外径、壁厚、基底高度、凸轮高度、槽深、槽宽，以上变量成为参数组。

（2）通过根据凸轮不同运动规律编写推程、远休止、回程、近休止段凸轮轮廓线方程，本例应用的凸轮推程回程为正弦加速度运动规律。

（3）分段绘制出理论轮廓曲线，将各段曲线首尾相连封闭，即为完整的凸轮理论廓线。

（4）生成凸轮实体；加入参变量，实现参数化。

1.2三维建模具体步骤

Creo是如今今应用最广的三维绘图软件之一，主要用于参数化实体设计，它所提供的功能包括实体设计、曲面设计、零件装配、建立工程图、模具设计、、电路设计、装配管件设计、加工制造和逆向工程等。其系统特性主要包含单一数据库、全参数化、全相关、基于特征的实体建模等，不仅能实现零件的参数化设计，也可以方便地建立各零部件的通用件库和标准件库，从而提高设计的效率和质量。

1.2.1槽状凸轮机构的三位参数化建模

自行设定初步参数组，注意推程角、远休角、回程角、近休角之和为360，

（2）運行creo软件，新建零件，进入界面。

（3）选择【工具：程序】，出现菜单管理器，选择编辑设计，出现记事本，在IN PUT和END PUT语句中间输入语句，然后存盘，确认将所做的修改体现到模型中，最后在菜单管理器中输入设定的初步参数值。

（4）选择【基准】中的【曲线：来自方程的曲线】，进入后选择柱坐标，然后点击【方程】，进入方程界面，输入推程、远休止、回程、近休止段凸轮廓线的数学表达式如下，

（5）将轮廓线投影到以坐标原点所在的面，并拉伸成圆柱曲面，再拉伸一个新圆柱直径大于之前圆柱曲面，将轮廓线投影到大圆柱上，分别将两个圆柱上两条曲线连接点设为基准点，将连接相对应的基准点为4个线段。

（6）将其中一部分绘制成曲面，最终将曲面绘制完成，将曲面加厚，厚度为初定值15mm。

1.2.2机架的三位参数建模

（1）新建零件。

（2）通过拉伸建立机架模型。

（3）新建零件，通过拉伸建立从动件模型装配下凸轮机构的参数化。

在RELATION和END RELATION之间输入之间添加如下语句，退出并保存记事本，即完成凸轮机构整体参数化。

利用Creo再生功能，改变凸轮参数，重新生成新的凸轮机构的三位参数实体。

2凸轮机构的运动仿真与分析

2.1装配机理与运动仿真

装配是运动仿真的前提保障，装配关系的正确与否直接影响着运动仿真的结果，装配前首先要确定运动的各构件以及各构件之间的运动副。确定好各构件及各构件之间的运动副之后，即可通过选择构件和运动副组成机构，最后由各机构组成整机。

将机架设为固定约束方式，在添加圆柱凸轮时将凸轮两端轴设为销钉约束，以此是为了设置电机驱动，从动件与凸轮设为滑槽约束，添加凸轮廓线为滑杆运动轨迹。装配后，凸轮装配完成之后就可以进行机构的运动仿真与运动分析。

3结论

本文利用Creo实现了操作者可以通过人机交互界面对机构进行构思设计，相比于使用Pro/E中的program更改参数，可操作性更强，设计者不必熟悉Pro/E软件即可完成凸轮的设计计算、三维实体建模、运动仿真及运动分析，为凸轮的快速精确设计和数控加工提供了很大方便。

基金项目：2016华北理工大学大学生创新创业训练项目，编号X2016302。

参考文献

[1] 李世国.Pro/TOOLKIT程序设计[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2] 张继春.Pro/E二次开发实用教程[M].北京：北京大学出版社，2003.

[3] 黄凯，李雷，刘杰，等.Pro/E参数化设计高级应用教程[M].北京：化学工业出版社，2008.