基于UGNX的圆柱凸轮轮廓曲线的参数化设计

摘 要 凸轮机构是一种广泛应用于各种机械和控制装置中的高副机构，只要能正确设计出凸轮的轮廓曲线，就可以通过凸轮机构实现各种复杂的预定的运动规律。针对传统凸轮轮廓曲线设计方法的缺陷和不足，本文介绍了集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件UGNX在设计复杂圆柱凸轮轮廓曲线中的应用，为优化凸轮轮廓曲线设计方法提供了一定的参考依据。

关键词 UGNX；圆柱凸轮；轮廓曲线；参数化设计

中图分类号TH112.2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）37-0106-01

0 引言

凸轮机构是一种常见的高副机构，它结构简单紧凑，能够实现各种复杂运动，广泛应用于各种机械装置中。只要正确设计出凸轮机构的轮廓曲线，就可以使从动件实现预期的各种复杂的运动规律，所以凸轮轮廓曲线的设计是整个凸轮机构设计中决定成败的重要环节。在实际工程应用中，凸轮机构的轮廓曲线通常采用两种方式获取，即作图法与解析法，作图法设计过程简单，设计的轮廓曲线的精度较低，能满足不重要的场合，而对于高速高精度的凸轮必须采用解析法建立凸轮理论轮廓曲线、实际轮廓曲线，精确度较高，能满足在数控机床加工，但计算的工作量很大。因此，采用传统方法来设计凸轮轮廓曲线，存在很多缺点，造成产品的设计周期长和产品更新换代慢，不适宜在现代化生产中应用。本文将通过使用当今世界上先进的集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件UGNX，运用UGNX的强大功能对凸轮轮廓曲线进行参数化设计，能有效解决传统设计中存在的诸多问题，优化凸轮轮廓曲线的设计方法。

1 凸轮理论轮廓线数学模型

建立直角坐标系，A0点为凸轮轮廓线起始点，r1为基圆半径。当凸轮转过θ角度时，推杆产生相应位移l，此时滚子中心位于A点，凸轮的理论轮廓线方程为

式中：e-偏距，

2 凸轮轮廓曲线的参数化设计

2.1 创建圆柱凸轮主体特征

进入UGNX6.0，单击工具栏中的“新建”按钮，选择模型菜单中的“模型”，单位使用系统默认的“毫米”，再选择存储路径，然后单击“确定”按钮。用实体特征创建凸轮圆柱。单击“成形特征”工具条中的“圆柱”按钮，打开创建“圆柱”对话框，输入相应的参数，指定矢量选择沿Y轴正方向，生成圆柱体。

2.2 创建凸轮轮廓曲线的参数化方程

测量凸轮圆柱底圆周长以确定正弦曲线的周期。单击主菜单中的“工具”“表达式”，系统弹出如图2所示的“表达式”对话框，单击对话框中最下面一行中的“测量长度”按钮，系统弹出如图1所示“测量长度”对话框，对话框中的“选择曲线”用鼠标选中凸轮圆柱底圆圆周，单击“确定”按钮，得到凸轮圆柱底圆周长，在表达式中名称用L表示。创建凸轮轮廓曲线设计参数及表达式。单击主菜单中的“工具”“表达式”命令，系统弹出如图2所示的“表达式”对话框。依次添加正弦曲线设计参数及公式，T（系统变量）=1，X=L×T，Y=120×sin（T×1440），Z=0，单击“确定”按钮，退出“表达式”对话框。

图1 “测量长度”对话框 图2 “表达式”对话框 图3 正弦曲线缠绕于圆柱柱面

创建凸轮轮廓曲线。选择“插入”“曲线”“规律曲线”命令，系统弹出规律函数对话框，单击“根据方程”按钮，系统弹出规律曲线对话框，输入系统变量“T”，单击确定按钮，系统弹出定义“X”对话框，单击“确定”按钮，系统返回“规律曲线”对话框。重复以上操作，再分别定义“Y”、“Z”两个参数。定义完成后系统弹出定义方位对话框，设置正弦曲线的方位，单击“点构造器”按钮，弹出点构造器对话框，填入“点的坐标”值，单击“确定”按钮，完成曲线的创建。

3 创建圆柱凸轮槽

将正弦曲线缠绕于凸轮圆柱柱面上：选择工具条中的“曲线”“缠绕”命令，系统弹出“缠绕”对话框，按照“选择步骤”完成设置，将上面创建的正弦曲线缠绕于凸轮圆柱柱面上，如图3所示。圆柱凸轮轮廓槽截面草图的创建：选择工具条中的“草图”，弹出“草图”对话框，草图类型应选择“在轨迹上”，单击“确定”按钮，绘制凸轮轮廓槽截面矩形草图。圆柱凸轮轮廓槽的创建：选择工具条中的“插入” “扫掠”“变化的扫掠”，在对话框中完成相应参数的设定，单击“确定”按钮即可完成凸轮轮廓槽的创建，从而完成整个凸轮的轮廓曲线的创建。

4 结论

本文采用UGNX软件，通过输入曲线的参数方程来精确绘制凸轮轮廓曲线。通过对凸轮轮廓曲线的参数化设计进行的有关论述，为凸轮轮廓曲线的设计提供了新的方法，在实际生产中将对以后产品的升级换代带来很大的方便，减少了设计工作量，提高产品的加工制造精度，缩短产品的生命周期，对实现产品的现代化开发有重要的现实意义。

参考文献

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