凸輪機構計算機輔助設計軟件的開發(fā)【任務書+畢業(yè)論文】
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i 凸輪機構計算機輔助設計軟件的開發(fā) 目錄 第 1章 凸輪機構的理論基 礎 . 1 第 2章 凸輪的設計流程 . 3 凸輪機構的設計 . 3 凸輪機構的數字建模 . 5 . 5 . 6 . 7 . 9 . 10 機構分析界面建立驅動 . 11 . 13 . 14 . 15 . 16 . 19 第 3 章 凸輪機構的動力學分析 . 19 . 20 . 20 . 20 . 21 . 22 . 23 . 23 第 4章 軟件的設計 . 26 謝辭 . 18 參考文獻 . 19 1 第 1 章 回轉凸輪機構的理論基礎 擺動型 從動件系統(tǒng),輸出效率高,在凸輪機構中應用廣泛。回轉凸輪機構的凸輪輪廓推導略微復雜一些,根據包絡原理,凸輪輪廓是由一簇以支點旋轉的圓包絡而成。 在行程開始之前,從動件的初始位置由 確定: =cl )( 222 式中, 滾子曲線族的通式為: F(x,y, )= 222 s i ns i s =0 式中 = - - 其中 為凸輪自起始位置起的轉角 0)1(co s)s i ns i n(2)1(s i ns i n)co s(2 得輪廓坐標: 2121co s 中 s co s 號用于外包絡線。 壓力角表示為: )s )c t a n wc 2 章 回轉凸輪的設計流程 輪機構的設計 需要設計一平面凸輪,輸出運動形式為擺動,最大擺角為 25 擇機構類型為回轉機構。 根據機構動作要求,設計運動循環(huán)圖,凸輪旋轉一周分為 4各階段,在 0120推程段中推桿由最低擺角點到達最高擺角點,在 120 180休止段中,推桿在最高擺角位置保持靜止,在 180 300回程段中推桿由最高擺角回到最低擺角點,在 300 360休止段中,推桿在最低擺角位置保持靜止。因此凸輪的動程角y為 120,運動循環(huán)圖。 凸輪做等速轉動,從動件可選用修正等速運動規(guī)律,修正等速曲線是在等速曲線的基礎上,在曲線兩端各加上一段 組合簡諧曲線作為過渡曲線,等速曲線最大速度速度 V 連續(xù),試驗表明當,該運動規(guī)律的綜合性能最好,修正等速從動件運動規(guī)律曲線及參數。 確定凸輪機構幾何參數,凸輪按逆時針方向旋轉,主要參數為:凸輪中心與擺桿支點的中心距離 C=180動件擺桿長 L=150動件滾子半徑為 R=15動件初始位置:通過凸輪元件的旋轉約束以及凸輪與從動件滾子的凸輪連接關系,保證擺桿初始位置 0。凸輪機構的主角幾何參數如下圖。 3 、 應用凸輪設計軟件 據上述運動循環(huán)圖及從動件運動規(guī)律,給定凸輪機構的幾何參數,得到凸輪輪廓圖曲線。 輪機構的數字建模 入裝配模式 4 單擊新建命令 彈出如下圖對話框,選擇組件。使其與下圖相同,然后出現后面的對話框,選擇光標所在位置模板: 然后選擇組件選項,然后選擇 5 下面進入安裝主軸。 裝主軸 如下圖所示選擇缺省選項 然后單擊對號按鈕得到后面的圖 6 裝凸輪 單擊菜單中的插入然后是元件再后是裝配選擇 然后轉換到元件放置操控板,選擇銷釘選項如圖: 單擊放置按鈕在約束類型選擇對齊然后分別以 件的軸為元件參照, 7 然后選擇平移選項,在繪圖區(qū)選擇 準平面為組件參照。 再選擇旋轉軸,選擇 件的 準平面為元件參照,組件文件的 離為 0定凸輪轉動的初始位置)。 8 凸輪安裝完成。 裝連桿 單擊菜單中的插入然后是元件再后是裝配選擇 預定義的連接集下選擇銷釘,單擊放置按鈕,選擇軸對齊,_2為元件參照 _4為組件參照;然后 選擇平移選擇 件的 準平面為組件參照,然后單擊對號按鈕連桿安裝完成。 9 然后點擊工具欄中的拖動選項如下圖所示 : 裝從動件滾子 單擊菜單欄中的【插入】,【元件】,【裝配】命令,或單擊【特征】工具欄中的【裝配】按鈕,彈出【打開】對話框。選擇 彈出【元件放置】操控板。在【預定義的連接集】下拉列表中選擇【銷釘】選項。 單擊操控板中的【放置】按鈕,在彈出的上滑面板選擇【軸對齊】選項,在繪圖區(qū)選擇 件的軸 元件參照 ,件的軸組件參照;選擇【平移】選項,在繪圖區(qū)選擇 件的 件的 圖所示。 單擊按鈕,安裝完成從動件滾子 件后,組件模型如圖所示 10 入機構分析界面建立驅動 進入機構分析操作界面,定 義伺服電動機 (名稱為: 選取電動機的驅動軸,給定伺服電動機的轉速 ( V=100s,并注意給定電動機初始轉動位置,定義完成后,電動機“位移 (、“速度( 和“加速度 ( 11 點擊圖形工具欄中的曲線選項 12 出現下圖曲線 : 立凸輪從動機構連接 在機構分析界面,點擊凸輪從動機構連接圖標 ,分別選取凸輪輪廓面和從動件滾 子表面定義凸輪從動件機構的連接,定義完成的直動回轉凸輪機構如圖所示 13 義分析 完成連接和定義驅動后,點擊分析滋圖標,定義機構運動,名稱為默認: 擇分析類型為:“運動學 (,設置終止時間14 為 3 6s(凸輪旋轉一周 ),電動機選擇: 在分析定義窗口下點擊運行 . 涉檢測 從整個機構看,從動件滾子作擺動運動時,在如圖下所示位置,有可能發(fā)生連 桿 (凸輪 (摩擦 對機構進行沖突檢測設置 ( 選取連桿元件與凸輪元件作為檢測對象,察看機構運動情況,機構運轉正常,在整個機 構運轉過程中,系統(tǒng)沒有出現碰撞報警聲或動畫回放被終止的情況。 分析表明,機構無干涉。 15 量結果 點擊生成測量結果隧圖標,在圖形區(qū)選擇 件中軸 運動軸,測量轉動時的角位移,角速度和角加速度,如圖 所示,測量機構的“位移 (、“速度 (和“加速度 (曲線如圖所示。 16 17 18 析結果 通過凸輪機構的運動仿真,很直觀地查看了凸輪機構的運動情況,繪制了精確的運 動輸出位移、速度、加速度曲線,與設計要求相比,完全滿足要求。 第 3 章 凸輪機構的動力學分析 本節(jié)將在裝配的基礎上,對回轉凸輪機構動力學分析。 19 義重力 打開已經裝配好的機構文件,然后單擊菜單欄中的【 應用程序】,【機構】命令,系統(tǒng)進入機構分析環(huán)境。開始定義重力。 義質量屬性 單擊【動態(tài)】工具欄中的【質量】按鈕,彈出【質量屬性】對話框,在【參照類型】選項組下拉列表中選擇【組件】選項。然后在模型樹中選擇 ” ,在【定義屬性】選項組下拉列表中選擇【密度】選項,在【零件密度】文本框中輸入“ e ”,單擊【確定】按鈕,單擊彈出對話框中的【是】按鈕,將密度應用到全部的組件零件,完成質量屬性的定義 。 義扭矩 單擊菜單欄中的【插入】,【力 /扭矩】命令,或單擊【動態(tài)】工具欄中的【力 /扭矩】按鈕,彈出【力 /扭矩定義】對話框,接受默認名稱“ 在20 【力 /扭矩定義】對話框中的【類型】選項組下拉列表中選擇【主體扭矩】選項。如圖所示的主體,在【常數】文本框中輸入 100,單擊【方向】選項卡,輸入如圖所示的向量坐標。單擊【確定】按鈕,完成力 /扭矩的定義。 加阻尼器 單擊菜單欄中的【插入】,【阻尼器】命令,或單擊【動態(tài)】工具欄中的【阻尼器】按鈕 ,在屏幕上方出現【阻尼器定義】操控板,如下圖。單擊操控板中的【阻尼器旋轉運動】按鈕,選擇如圖所示的運動軸,在【阻尼器定義】操控板的21 【 C】文本框中輸入 10. 義分析 單擊菜單欄中的【分析】?!緳C構分析】命令,或單擊【運動】工具欄中的【機構分析】按鈕,彈出【分析定義】。接受默認名稱“ 在【類型】選項組下拉列表中選擇【動態(tài)】選項,在【優(yōu)先選項】選項卡的【持續(xù)時間】文本框中輸入 輪旋轉一周),其他設置如圖所示;單擊【外部負荷】選項卡, 勾選【啟用重力】和【啟用所有摩擦】復選欄,如圖,單擊【運行】按鈕,完成機構動態(tài)仿真運動,可在繪圖區(qū)查看機構運動情況。 22 存并查看結果 分析定義完成后,單擊【運動】工具欄中的【回放】按鈕,彈出【回放】對話框。 單擊【回放】對話框中的【播放當前結果集】按鈕。彈出【動畫】對話框,單擊播放按鈕,擦看機構運動情況。 力學分析 單擊【運動】工具欄中的【測量】按鈕。彈出【 測量結果】對話框。單擊該對話框中的【創(chuàng)建新測量】按鈕,彈出【測量定義】對話框。在【名稱】文本欄中輸入“ 在【類型】選項組下拉列表中選擇【凈負荷】選項,在繪圖區(qū)選擇阻尼器,如圖所示,單擊【確定】按鈕。 使用相同的方法在【名稱】文本框中分別輸入“ 在【類型】選項組下拉列表中分別選擇【連接反作用】選項,在繪圖區(qū)選擇凸輪連接。 使用相同的方法在【名稱】文本框中輸入“ 在【類型】選項組下拉列表中選擇【主體】選項。選擇如圖所示的主 體,在【屬性】選項組下拉列表中選擇【質心慣量】選項,如圖所示單擊【確定】按鈕。 【 測 量 結 果 】 對 話 框 如 圖 所 示 , 在 【 結 果 集 】 列 表 框 中 選 擇“ 在【值】列中顯示測量值。在【測量】列表框中選擇“ 并按住 鍵復選“ “ 勾選【分別繪制測量圖形】復選框。單擊【繪制選定結果集所選測量的圖形】按鈕,系統(tǒng)進行運算,彈出【圖形工具】對話框,繪制阻23 尼器凈負荷、凸輪連接反作用和連桿的質心慣量曲線圖。 最后,單擊【圖形工具】對話庫中的【文件】,【輸出 令,將當前的分析結果保存為 件名稱為“ 24 25 4 軟件總體設計 在本次的設計中,軟件部分用到了通用的 言進行編程, 采用面向對象技術和面向過程技術相結合的方式,以動態(tài)鏈接庫 ( 的形式,實現凸輪參數化設計二次開發(fā),并編寫出相應的應用程序軟件 ,并且結合了 二次開發(fā),完善了凸輪機構廓線的生成與校驗。 軟件的選擇 B, 從 1991年誕生以來,現在已經 18年了 , 是目前應用最為廣泛的、易學易用的面向對象的開發(fā)工具之一。 容豐富,涉及很多的方面, 它 是一種可視化的、面向對象和采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言,可用于開發(fā) 其具有以下特點 : 1、是一種基于窗口操作平臺上的可視化開發(fā)工具,使編程輕松簡單且能大大提高編程效率,并能夠創(chuàng)建友好的用戶界面,是目前相當流行的一種工具軟件。 2、最新版本的 1) 支持連接在 2) 支持開放的數據庫連接標準 (遠程數據對象 3) 具有彈性標準,允許通過網絡和 數據對象 利用這些數據庫編程對象,可以方便的訪問數據庫,并且可以更新數據庫中的數據和擴充數據庫。 3、是一種支持 個技術標準,以前被稱為 宗旨是在 許這些應用程序間相互溝通、相互控制。可以調用一些具有 4、 能上也提供了不少為用戶設想的簡便之處。 為系統(tǒng)開發(fā)工具的 了保證仿真結果的更真實性,希望能夠利用一種技術比較成熟的通用的 此希望能夠在設計軟件中直接調用某種通用的 26 一個通用計算機輔助設計 (件。由于它易于使用、性能超群、適用性強 (可用于機械、電子、建筑、航天、化工、冶金、氣象等工程領域 ),易于二次開發(fā),同 時隨著信息技術的飛速發(fā)展, 能越來越強大和完善,更便于操作和使用,是當今世界上最暢銷的圖形軟件之一。 我國大部分制造企業(yè)也都是 時, 就是說完全可以作為服務程序,用戶可以從其他 以可以在 而達到了直接調用 此選用目前 制凸輪的輪廓曲線,這樣可以充分利用 補 計算機輔助設計 輯判斷能力、大量存儲能力、圖像顯示能力和人機對話能力,與設計者的經驗與思維能力相結合,為快速完成高質量的設計工作提供可能性。即計算機輔助設計可以將計算機與人有機結合起來,共同進行設計工作 設計者進行整體的構思,并將原則與設計要求通過計算機,由計算機對 運動規(guī)律、幾何參數、運動與動力特性進行大量的資料檢索與計算,利用軟件進行多方案的優(yōu)化選擇。 凸輪設計系統(tǒng)一般采用人機交互式界面。人機交互式界面可以使計算機和人隨時交換信息,在一個系統(tǒng)中相互配合,以完成全部設計任務。這種人機會話型系統(tǒng)對于 一方面在設計過程中,容易發(fā)現錯誤并隨時修正,使復雜的設計順利進行 ;另一方面,在對設計結果進行評價時,設計者可以利用自身的工程經驗和直覺判斷,反復修改參數,有計算機自動更新 . 關于此設計,根據要求設定了三個窗體進行 數據的顯示和驗證。以下做簡要說明。 窗體: 在此代碼段采用了一個計時器,可以使字體和“ 滾動的形式出現在封面上,增加了封面的視覺感,給人以活靈活現之感。 窗體:參數設置( 如圖 4 27 在設計中,此窗體相比而言比較復雜,其控件包括:三個 個個 二個 點說明一下從動件的運動曲線的實現。 在 度、加速度曲線的繪出。首先通過語句 1 1 給 后利用 用四種運動規(guī)律,即: 當 1 時調用 余弦加速度運動規(guī)律圖 當 2 時調用 正弦加速度運動規(guī)律圖 當 3 時 調用 五項式運動規(guī)律圖 當 4 時調用 修正正弦加速度運動規(guī)律圖 在編寫各自的子過程中,同一種運動規(guī)律下又分為:推程和回程,這是利用推程段 循環(huán) 到 在回程段 循環(huán) 到 設定位移、速度、加速度的數組,對于不同的 1(I)、 )、)和 )、 )、 )的值 。在繪圖過程中,由于速度和加速度的峰圖 4數設置( 數設置 . 28 值過大,故縮小了其真實值,以類速度和類加速度的曲線顯示在頁面上。 窗體: 結果 . 如圖 4 在此窗體中,顯示了一系列的數據,其中包括了初始參數的設置值,例如關于主凸輪的值有:中心距 a、桿長 L、 凸輪推程階段: 360、 程階段: 凸輪的參數有: 回程階段: 程階段: 360。 圖 4體: 算結果 . 29 模塊的語句編程 其各段包括:各種變量的聲明段、給各個已知值賦初值、求反正切語句、求反正弦與反正切的公式轉換、求反余弦與反正切的公式轉換、凸輪輪廓的單值計算、主凸輪的計算、副凸輪的計算、不同運動的運動規(guī)律最終主凸輪和副凸輪的 賦初值 在運行程序中,需要給 中心距 a、基圓半徑 桿長 L、滾子半徑 程運動角 休止角 程運動角 大理論輪廓半徑 叉的夾角 程運動規(guī)律 實現凸輪廓線的繪出,其是通過窗體 示出來,不同的參數設定必定繪出不同的凸輪輪廓廓線。同時也要注意各個初值不是任一的值,其是相互關聯且有一定的限制,需特別注意此點。 凸輪輪廓的單值計算 這一部分是對凸輪的極值和極角的計算所做的通用公式,通過調用此程序段可以簡化在主凸輪和副凸輪中的計算。這些單值計 算部分已經在第三章作了說明,公式參考( 3 凸輪的計算 主凸輪的計算包括其推程計算和回程計算,在第三章也已經做了一些介紹,這里需要補充的是關于其數據的保存。例如主凸輪的推程輪廓數據的保存是通過一下語句實現: 凸輪輪廓 s #1 1, 1 1,主凸輪推程輪廓數據(主凸輪為同向凸輪) 1 2 1, 主凸輪推程輪廓數據(主凸輪為異向凸輪) 2 副凸輪的推程和回程輪廓數據的保存基本一樣。這樣方便了對程序的理解和檢驗,例如數據:見附錄一。這無疑是對數據的最好解釋和說明,同時驗證了凸輪廓線的反轉法和解析法的數值正確性,給凸輪一個具體的數值待以說明解釋。 運動規(guī)律 推桿的不同的運動規(guī)律會導致凸輪的不同的輪廓廓線。 在此程序中,設定了推桿常見的四種運動規(guī)律,在此僅用 別見圖 4444圖 44規(guī)律的30 兩個事例圖。 圖 4弦加速度運動規(guī)律 圖 4弦加速度運動規(guī)律 圖 4次多項式運動規(guī)律 圖 4正正弦運動規(guī)律 圖 4弦與正弦組合的運動規(guī)律 圖 4次多項式與修正正弦 31 組合的運動規(guī)律 主凸輪、副凸輪的 用戶根據自身的專業(yè)需求,對 其專業(yè)化和用戶化 ,稱為對 發(fā),這樣大大提高了 在 先在全局模塊中定義 后創(chuàng)建引用 引用程序中還要檢測當前目錄下是否有 用 可以利用在 法和屬性進行繪圖仿真了。 在 先繪出主凸輪的輪廓廓線,然后繪出副凸輪的輪廓廓線,最終實現輪廓的仿真。 32 參 考 文 獻 1 申永勝 北京:清華大學出版社, 1999 2 趙韓, O l h o f f N L a u r i s t e n S . 凸輪機構運動幾何學的通用解析公式 ):223 張嘉鈺 統(tǒng)的開發(fā) 2004(3):494 陳建臨 , 王愛國 機械工程師 ,2008,(01):1405 鄒慧君,董師予等 上海 :上海交通大學出版 社, 1991 6 肖正揚,彭國勛 北京 :機械工業(yè)出版社, 1990 7 薛小雯 沈愛紅 . 用 件實現擺動從動件盤形凸輪機構在 2007(6) 8 張晉西 次開發(fā) 華大學出版社, 2002 9 牛又奇,孫建國 序設計教程 學出版社, 2002 1 附錄一 1 M= a= L= 0 )= 0 )= 0 )= 0 )= 0 )= 10 )= 10 )= 10 )= 10 )= 10 )= 20 )= 20 )= 20 )= 20 )= 20 )= 30 )= 30 )= 30 )= 30 )= 30 )= 40 )= 40 )= 40 )= 40 )= 40 )= 50 )= 50 )= 50 )= 50 )= 50 )= 60 )= 60 )= 60 )= 60 )= 60 )= 70 )= 70 )= 70 )= 70 )= 70 )= 80 )= 80 )= 80 )= 80 )= 80 )= 88 )= 88 )= 88 )= 88 )= 1 M= a= L= 2 0 )= 0 )= 0 )= 0 )= 10 )= 10 )= 10 )= 10 )= 20 )= 20 )= 20 )= 20 )= 30 )= 30 )= 30 )= 30 )= 40 )= 40 )= 40 )= 40 )= 50 )= 50 )= 50 )= 50 )= 60 )= 60 )= 60 )= 60 )= 70 )= 70 )= 70 )= 70 )= 80 )= 80 )= 80 )= 80 )= 90 )= 90 )= 90 )= 90 )= 98 )= 98 )= 98 )= 98 )= 1 M= a = L = 0 )= 0 )= 0 )= 0 )= 10 )= 10 )= 10 )= 3 10 )= 20 )= 20 )= 20 )= 20 )= 30 )= 30 )= 30 )= 30 )= 40 )= 40 )= 40 )= 40 )= 50 )= 50 )= 50 )= 50 )= 60 )= 60 )= 60 )= 60 )= 70 )= 70 )= 70 )= 70 )= 80 )= 80 )= 80 )= 80 )= 88 )= 88 )= 88 )= 88 )= 1 M= a = L = 0 )= 0 )= 0 )= 0 )= 10 )= 10 )= 10 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凸輪機構計算機輔助設計軟件的開發(fā)【任務書+畢業(yè)論文】,凸輪,機構,計算機輔助設計,軟件開發(fā),任務書,畢業(yè)論文,凸輪機構,凸輪機構計算機輔助設計軟件的開發(fā)
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