基于SolidWorks二次开发的凸轮廓线精确设计及运动仿真

引言

    凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构，凸轮具有曲线轮廓或凹槽，通常作连续等速转动，从动件则按预定运动规律作间歇(或连续)直线往复移动或摆动。凸轮机构的特点是结构简单、紧凑、工作可靠，只要凸轮廓线设计合理，便可使从动件按任意给定的规律运动。在精密机械特别是在自动控制装置和仪器中，应用非常广泛。

    当从动件的运动规律和凸轮的基圆半径确定后，凸轮廓线的设计方法通常有作图法和解析法。作图法简便、直观，但作图误差较大，难以获得凸轮廓线上各点的精确坐标，只能用于低速或不重要的场合；对于高速凸轮或精确度要求较高的凸轮，需用解析法设计，并借助于计算机编程软件精确地计算出凸轮廓线上各点的坐标值，以适合在数控机床上精确加工。

1 问题的提出

    已知推杆的运动规律为：当凸轮转过6妒时，推杆等加速等减速上升10mm；凸轮继续转过120°时，推杆停止不动；凸轮再继续转过60°时，推杆等加速等减速下降lOmm；最后，凸轮转过所余的120°时，推杆又停止不动。设凸轮逆时针方向等速转动，凸轮理论廓线圆半径ro=50mm，推杆滚子半径rg=lOmm，设计满足该运动要求的凸轮廓线。

图1 凸轮机构运动简图

2 对心直动滚子从动件盘形凸轮机构数学模型的建立

    在如图l所示的对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中，选取如图1所示的极坐标系，Bo点为凸轮理论廓线的起始点。当凸轮转过角δ时，推杆相应地产生位移s。根据反转法原理，此时滚子中心应处于B点，则凸轮理论廓线的直角坐标参数方程为

（1）

    根据式(1)和推杆的运动规律，可以得出所要设计的凸轮理论廓线方程。

    当δ=0°~30°时，推杆作等加速上升，凸轮理论廓线方程为

（2）

    当δ=30°~60°时，推杆作等减速上升，凸轮理论廓线方程为 

（3）

    当δ=60°~180°时，推杆在距凸轮回转中心最远位置不动，凸轮理论廓线方程为

（4）

    当δ=180°~210°时，推杆作等加速下降，凸轮理论廓线方程为

（5）

    当δ=210°~240°时，推杆作等减速下降，凸轮理论廓线方程为