基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析.pdf
《基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析.pdf(78页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、青岛大学 硕士学位论文 基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析 姓名:胡新蕾 申请学位级别:硕士 专业:车辆工程 指导教师:师忠秀 20090607 摘要 弧面分度凸轮机构是一种高速分度传动机构,被广泛应用于具有问歇转位或步 进输送的多工位自动机械中。由于弧面分度凸轮的工作廓面较为复杂,使得其设计 和制造水平受到一定的制约。本文依据共轭曲面原理,通过齐次坐标变换建立了弧 面分度凸轮工作廓而方程,进而对弧而分度凸轮的啮合方程、压力角进行推导。同 时,分析了不同工况对各运动参数的要求,给出了符合弧而分度凸轮机构的常用运 动规律以及表征其运动特性的特征值。 以弧而分度凸轮机构为研究对象,以
2、U G 为平台,结合U G O P E N 二次开发工 具和V i s u a lC + + 6 0 的编程环境,建立了弧而分度凸轮机构的参数化设计系统。利用 U G O p e nM e n u S c r i p t 和U G O p e nU I S t y l e r 开发了用户化菜单及易于交互操作的U G 风格的对话框。通过友好的参数输入对话框界面,采用U G O p e nG R I P 和U G O p e n A P I 混合编程方法,实现了自动生成符合设计要求的弧而分度凸轮机构三维模型的 设计系统。 在装配环境下,对弧面分度凸轮机构进行了装配、干涉检查。将装配模型导入 运动仿
3、真模块下,建立了运动分析方案,实现了机构的运动仿真及简单的运动分析, 验证该运动机构设计的合理性。并在高级仿真模块下对机构进行了结构分析,为凸 轮结构的优化,后续加工和工艺设计提供了理论依据。 硕士研究生胡新蕾( 车辆工程) 指导教师师忠秀教授 关键词:弧面分度凸轮机构;U G O P E N 二次开发;参数化设计; 运动仿真;结构分析 A b s t r a c t G l o b oi d a li n d e x i n gc a mm e c h a n i s mi sah i g hs p e e di n d e x i n gd r i v i n gd e v i c e I
4、 t i s w i d e l yu s e di ni n t e r m i t t e n ti n d e x i n gm e c h a n i s mo rm u l t i s t e pa u t o m a t i cw a l k i n g b e a m c o n v e y e r T h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fg l o b o i d a li n d e x i n gc a mc a n t b ef u r t h e r d e v e l o p e db e c a u s eo f i
5、 t sc o m p l e xp r o f i l e s A c c o r d i n gt ot h et h e o r yo f c o n j u g a t es u r f a c e s , t h ep a p e ra p p l i e st h o m o g e n e o u st r a n s f o r m a t i o nt e c h n i q u e st op r e s e n tt h ee q u a t i o n so f v a r i o u st y p e so fp a r a m e t e r so ft h ec
6、a mp r o f i l e sa n dp r e s s u r ea n g l e ,a n a l y z et h em e s h i n g c h a r a c t e r i s t i c I nd i f f e r e n tc o n d i t i o n ,t h ed i f f e r e n tk i n e m a t i c a lp a r a m e t e ri sr e q u i r e d T h e p a p e ro f f e r st h eg e b r a e u c h l i c hc h a r a c t e r
7、 i s t i c so fm o t i o no fg l o b o i d a li n d e x i n gc a m a n d t h ee i g e n v a l u e s T h ep a p e ru s e dU G O P E Ns e c o n d a r yd e v e l o p m e n ta n dV i s u a lC + + 6 0t oe s t a b l i s ht h e p a r a m e t e r sd e s i g ns y s t e mo fg l o b o i d a li n d e x i n gc a
8、 m I tc r e a t e su s e rm e n ub yU G O p e n M e n u S c r i p ta n dU Gd i a l o gb o xb yU G O p e nU IS t y l e r , w h i c hi se a s yt oo p e r a t e U n d e r t h em i x e dp r o c e d u r eo fU G O p e nG R I Pa n dU G O p e nA P I ,W e C a l l g e t t h e t h r e e d i m e n s i o n a lm
9、o d e lb yi n p u t t i n gd i f f e r e n tp a r a m e t e rd a t ai nt h ed i a l o gb o x I na s s e m b l yM o d u l e ,t h ea s s e m b l ym o d e lo fg l o b o i d a li n d e x i n gc a mi sb u i l t T h e nt h e p a p e rc a r r i e so ni n t e r f e r e n c ec h e c k U n d e rt h ec i r c u
10、 m s t a n c eo fU G M e c h a n i s mm o d u l e , i no r d e rt oc h e c kw h e t h e rt h em e c h a n i s m sm e s hp r o p e r l yo rn o t ,t h em o v e m e n to ft h e m e c h a n i s mw a ss i m u l a t e db yc r e a t i n ga n a l y s i so f k i n e m a t i c s F i n a l l y , t h ep a p e r
11、c a r r i e so n t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so ft h em e c h a n i s mu n d e rt h eU G S c e n a r i of o rF E A ,p r o v i d i n g r e f e r e n c e sf o rt h eo p t i m i z a t i o nd e s i g na n dm a c h i n i n ga n dp r o d u c t i o ne n g i n e e r i n go f m e c h a n i s m
12、 P o s t g r a d u a t es t u d e n t :X i n L e iH u ( V e h i c l eE n g i n e e r i n g ) D i r e c t e db yP r o f Z h o n g - X i uS h i K e yW o r d s :G l o b o i d a lI n d e x i n gC a m U G O P E NS e c o n d a r yD e v e l o p m e n t P a r a m e t r i cD e s i g nM o v e m e n tS i m u l
13、 a t i o n S t r u c t u r eA n a l y s i s 青岛大学硕士学位论文 学位论文独创性声明 本人声明,所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文 中依法引用他人的成果,均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意 义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论 文或成果。 本人如违反上述声明,愿意承担由此引发的一切责任和后果。 日 论文作者签名: 学位论文知识产权权属声明 日期:型卫年互月手 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品,知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专
14、利等权利。本人离 校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名单位仍 然为青岛大学。 本学位论文属于: 保密口,在年解密后适用于本声明。 不保删 ( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名 导师签名: ( 本声明的版权归 日期:幽年月上日 日期:迎净上月乒日 经许可,任何单位及任何个人不得擅自使用) 7 3 l 课题的提出及意义 引言 凸轮机构是工程中用以实现机械化和自动化的- 种重要驱动和控制机构,它兼 具导向机构、控制机构和传动机构等多种功能,在轻工、纺织、食品、医药、印刷、 标准零件制造、变通运输等领域运行的工作机械中获得r _ 泛应用。随着社会发展和 科技进步,各种自
15、动机正朝着高效率、高精度、自动化程度高、高分度转位速度、 寿命长、操作简单和维修方便等方向发展,例如,拉链嵌齿机分度转位速度为1 5 0 0 次分钟,电机矽钢片冲槽机冲槽速度为1 2 0 0 次份钟等。对于这样高的分度转位速 度,不要说一般的液压、气压驱动的分度机构,就是不完全齿轮机构、行星轮分度 机构,甚至圆柱式凸轮分度机构也难以满足。为适应这种发展形势满足自动机的 要求,作为自动机核心部件的分度凸轮机构必须具有特性优照的凸轮廓线和高速、 高精度性能。目前在国内外,广泛采用弧面分度凸轮机构实现高速自动机械的间歇 转位分度操作。 弧面分度凸轮机构( G l o b o i d a lI n d
16、 e x i n gC a mM e c h a n i s m ) 又称滚子齿形凸轮分 度机构、蜗杆式凸轮机构、球面凸轮步进机构( 图1 ) ,是具有间歇转位或步进输送 的多工位自动机械的关键基础部件口】。它由一个带凸脊或凹槽的空间凸轮和一个在 径向放射状等分的装有滚于的分度盘组成,主动凸轮的基体为卿弧回转体,凸轮与 翁 图l 弧面分度凸轮机构及其传动装置 分度盘轴线垂直交错。是一种传递两垂直交错轴之州运动的高速问歇分度机构m 。 弧面分度凸轮机构是种性能良好的间歇运动机构,它具有如下优点:o 结构简单 刚性好,轴向尺寸较小,承载能力在凸轮机构- p 是最大的;o 分度精度高,设计限 制少,
17、分度范围宽,分度数n = 1 - 2 4 ,在特殊条件下,可咀做到n = O5 ( 从动盘每转 1 青岛大学硕士学位论文 两圈停歇一次) ,可获得转位与停歇的任何时间比例;该机构凸轮轴和从动轴可作 微调,即可加预紧,消除间隙,可获得较好的动力特性和运动特性,运转平稳。因 此,可用于高、中、低速各种场合;可以使从动件获得任何给定的运动规律; 分度盘停歇时,分度盘上相邻两个滚子卡在凸轮的凸脊上,定位准确、可靠,同时 该机构兼有分度、定位、自锁三个功能【4 】。 鉴于弧而分度凸轮机构的优点,现已成为许多机械设备中的核心传动装置,尤 其在数控机床、加工中心、自动化流水生产线等领域应用同益普遍,国内外市
18、场需 求很大。在机电一体化技术高度发达的今天,弧面分度凸轮机构仍占重要地位的 个重要的因素是此类机构的动态响应速度、抗振性和稳定性方面所表现出的优势【5 】。 但是,作为该机构核心零件的弧面分度凸轮,其轮廓而为复杂的不可展空间曲 面,很难用常规的机械制图方法进行测绘,也不能用展成平面廓线的方法设计,而 凸轮的廓面质量直接影响到机构的工作性能。由于弧面分度凸轮设计和制造水平的 制约,弧面分度凸轮的应用受到了一定的限制。国产弧而凸轮机构仅靠低廉的价格 在低端产品中有一定的市场,但缺乏竞争力。如果能在加工前,在计算机上将凸轮 的三维实体直观地绘制出来并且对其运动进行仿真,这样就能够及时地发现问题,
19、便于设计者重新进行运动规律的选择、设计及主要尺寸的修改,从而避免加工事故 的发生,提高效率。 弧面分度凸轮机构作为一种高速分度传动机构,在运动传递过程中承受着较大 的载荷,势必引起凸轮的变形,而影响机构的精度,缩短凸轮的寿命。所以十分必 要进行机构的受力变形分析,对机构的极限承载能力进行预测。极限载荷的合理预 测,对结构的工作可靠性及实际应用具有重要的工程指导意义。同时,结构基本参 数对其极限承载的影响分析,可为结构的优化设计提供理论依据和优化手段。 2 弧面分度凸轮机构的研究现状 弧面分度凸轮机构是由C N N e k l u t i n 于2 0 世纪2 0 年代发明的,并由其所创 建的F
20、 e r g u s o n 公司首先进行了系列化标准化生产。弧面分度凸轮机构一+ 问世就吸引 了世界各国技术人员的目光并相继对其展开研究。前苏联、英国、匈牙利、瑞士、 日本等园也棚继对弧面分度凸轮机构进行了研究,并成立有专门的生产:J 家和研究 机构。我国对弧面分度凸轮的研究起步较晚,直到2 0 世纪7 0 年代末期才开始相关 的研究工作。天津大学、合肥工业大学、吉林工业大学、西北科技大学、大连轻工 业学院等高校以及山尔诸城锻压机床厂、山东理工大学瑞华凸轮研究所精密机械厂、 芜湖电工机械J 等J 。家都在弧面分度凸轮机构的研究、制造方面取得了。定成果 6 1 。 经过3 0 多年的努力,目前
21、已在弧面分度凸轮的设计、检测、制造等方面取得了丰硕 的成果,特别是对新型结构的弧面凸轮的研究方面进行了大量的探索。现在,我国 2 引言 已经可以设计制造出各种规格及使用要求的弧面分度凸轮机构,并已开始进行标准 化系列化生产。 2 1 几何学和运动学研究 由于弧面分度凸轮轮廓曲面的不可展性,使得其结构相对复杂。我国在弧面分 度凸轮几何及运动学研究的初期,主要集中在从动滚子的转速、凸轮啮合曲面的曲 率半径、压力角、凸轮廓形曲面及接触线方程等方面。文献【_ 7 】以刚转张量法为数学 工具,推导了常用空间凸轮机构凸轮轮廓曲面参数、压力角及曲率等;文献【8 do 】利 用空问包络曲面共轭原理,文献【I
22、l ,1 2 】利用等距曲面原理生成了弧面n 轮的廓面方程。 文献【l3 】采用啮合原理提出了一种能够适用于平面、空间各类凸轮机构轮廓设计和几 何分析的统一数学模型,并揭示了各类凸轮机构之间的联系;同时,文献 1 4 - 1 6 】则利 用齐次坐标变换和共轭啮合原理,对弧面凸轮廓面方程及运动特性做了推导:还有 文献采用B 样条理论M 及修形原理对弧面分度 轮机构进行了深入的探讨。 2 2 结构设计及应用研究 圆柱滚了的弧面分度凸轮机构在啮合传动过程中存在磨损不均匀的现象,并且 对加工和装配精度要求很高,给生产加工带来了极大的凼难。针对这些缺点,将成 熟的蜗杆传动理论和点啮合原理引入弧面分度凸轮
23、研究领域,设计制造点啮合式【l 引、 平面包络【2 0 1 、球面包纠2 等新型弧面分度凸轮机构;利用滚了修形原理设计出鼓形 滚子【2 2 】、球锥滚予2 3 1 、钢球滚子2 4 1 及双半球形滚子弧面分度凸轮机构。随着计算 机技术的发展,有关弧面凸轮的C A D 技术也取得了长足的进步。特别是近年来各种 三维软件的应用和普及,使得采用计算机辅助设计,不仪可以实现结构运动参数的 优化,还可以对系统的运动特性进行计算机仿真分析。 在弧面分度凸轮机构的应片j 方面,除了应用在多工位自动机械上之外,也已经 开始应用在加工中心换刀机械手等机构或机器人上,由我国自己设计制造的弧面凸 轮式A T C 换
24、刀装置已经在国产加工中心上安装使用【2 6 1 。 2 3 动力学研究 弧面凸轮机构在高速高精度传动和分度运动中有着不可替代的优越性,而其动 力学性能的好坏将直接影响传动与分度的精度、机构磨损以及使用寿命,所以动力 学研究已经成为凸轮机构的一个重要研究课题。上世纪5 0 年代,罗勒斯最早用单自 由度动力学模犁考虑从动件的柔度,对它的动力学进行了分析。文献1 2 7 1 建立了单自 由度和双自由度的振动模型,导出了响应公式,分析了响应特性。随着凸轮机构动 力学分析理论研究的不断深入和计算机技术的发展,其动力学分析也向模型的精细 化方向发展。F Y 陈和J s 劳等研究了包括黏性阻尼、平方阻尼、库
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 UG 分度 凸轮 机构 参数 设计 仿真 分析
链接地址:https://www.31doc.com/p-2488571.html