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基于NX的复杂盘形凸轮设计

2017/12/29    来源:互联网    作者:刘倩婧  成义森      
关键字:NX  公式曲线  表达式  缠绕  
以摆动从动件盘形凸轮为例,介绍利用NX表达式和公式曲线得到凸轮轮廓曲线,从而得到准确的凸轮轮廓造型的设计过程。

0 引言

    凸轮机构是机械传动中一种常用的机构,由凸轮、从动件和机架等组成,是高副机构,在自动化和半自动化设备、仪器、仪表以及生产线中应用非常广泛。其中,凸轮是一个具有曲线轮廓或者凹槽的构件,多为主动件。凸轮转动会带动从动件实现预期的运动规律。本文以摆动从动件盘形凸轮为例,介绍复杂盘形凸轮的造型设计方法。

1 机构要求

    摆动从动件盘形凸轮机构如图1所示,原动件凸轮1匀速转动,带动滚子2和摆杆3运动,输出运动为摆杆的来回摆动。已知的设计条件有:中心距AC=145mm,摆杆长BC=120mm,基圆半径rb=5mm,滚子半径rg=15mm,偏心距e=0,凸轮转速n=72r/min。另外,推程为简谐运动(余弦加速度运动),回程为摆线运动(正弦加速度运动);从动件行程h=40mm,推程运动角θ1=150°,远程休止角θ2=60°,回程运动角θ3=120°,近程休止角θ4=30°。要根据这些已知条件和从动件的运动规律等预期来设计盘形凸轮。

    1

2 设计原理

    凸轮机构工作时凸轮和从动件都在运动,为了得到凸轮轮廓,假定凸轮相对静止。根据相对运动原理,假想给整个凸轮机构附加上一个与凸轮转动方向相反的转动,此时各构件的相对运动关系保持不变,而从动件作转动和移动的复合运动。凸轮轮廓设计方法主要是图解法和解析法,解析法精度较高。

3 利用解析法求出凸轮轮廓曲线方程

    凸轮轮廓曲线取决于从动件的运动规律,所以首先要分析从动件的运动规律,然后根据推程、远休止、回程、近休止4个运动方程得到凸轮轮廓曲线方程。

3.1 分析从动件运动规律

    1)推程运动方程。简谐运动(余弦加速度运动)方程

    2

3.2 凸轮轮廓曲线坐标方程

    3

    4)近休止坐标方程。

    将式(4)代入式(5)得到:

    4

4 使用NX生成凸轮轮廓曲线完成凸轮设计

    表达式是数学方程或条件方程,它控制了规律曲线的方程,要求轮廓曲线由规律曲线组成。将前面推导的凸轮轮廓方程转化为符合NX规定的方程,手工输人表达式中。

    输入表达式时必须先输入有明确赋值的变量和驱动变量,然后再输入计算变量X 、Y;fil、fi2、fi3、fi4分别表示推程运动角、远休止角、回程运动角、近休止角的角度区间;xl、x2 、x3、x4分别为4段凸轮轮廓曲线的X轴坐标值;y1、y2、y3、y4分别为4段凸轮轮廓曲线的7轴坐标值;z1、z2、z3、z4分别为4段凸轮轮廓曲线的Z轴坐标值。该曲线是在X-Y平面中得到的一条规律曲线,所以在输入Z值时可以全部设置为0。另外,还有需要注意的小细节,比如:NX采用的三角变量是角度而不是弧度;直接变量t在0~1之间变化;用变量a代替计算变量x3、y3时的恒定值20/π。

    以t为系统变量,分别用定义的X 、Y表示NX坐标中的X、Y变量,将Z定义为常数0 ,就可以得到分成4段的轮廓曲线,如图2~图5所示。将4段规律曲线连接成一体并偏置一个滚子半径得到凸轮轮廓线,如图6所示。最后设计凸轮轴孔完成凸轮的设计工作。

    表1 变量表达式一览表

    5

    6

5 结语

    在NX中表达式是参数化设计的重要工具,它是NX编程的一种赋值语句,利用算术或条件表达式来控制零部件的特性。合理有效地使用表达式,能够更好地把握设计意图。通过创建参数之间的表达式,不仅可以控制建模过程中特征与特征之间、对象与对象之间、特征与对象之间相互尺寸与位置的关系,还可以控制装配中部件与部件之间的尺寸与位置关系。

责任编辑:张纯子
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