三维（PROE）环境下的凸轮设计方法分析

王 维（广东省地质装备中心,广州 510510）



三维（PROE）环境下的凸轮设计方法分析

王 维
（广东省地质装备中心,广州 510510）

摘 要：信息时代的到来为各行业领域发展注入新鲜的活力，以凸轮在三维环境下的设计为典型代表，其能够依托于动件运动规律完成凸轮设计过程，这样凸轮在设计效率以及设计质量等各方面都可得到保障。对此，本文将对三维环境与凸轮的相关概述、三维环境下凸轮设计的主要方法以及具体设计步骤进行探析。

关键词：三维环境；凸轮；设计方法；设计步骤

0 前言

近年来许多行业领域中的机械设备，其都将凸轮机构引入其中，使机械设备整体性能得以提高。然而凸轮机构实际设计中却存在一定的问题，更多设计人员受成本与技术应用能力限制，所选用的设计方式极为繁琐，而且无法保证凸轮机构的适用性。这种背景下，便提出凸轮在三维环境下的设计方式，对解决传统设计方式的弊端可起到明显的效果。因此，如何以三维环境为依托进行设计成为当前凸轮设计需考虑的重要内容。

1 PROE与凸轮的相关概述

关于PROE，其作为较为成熟的软件系统，主要由PTC公司以三维CAM、三维CAD为依据进行设计，功能较为全面，能够适用于许多行业领域包括数控加工、机械加工、航空制造以及汽车制造等。在PROE设计中，其区别于其他软件系统，能够直接引入参数化设计概念，且对其中相关性问题可通过数据库进行解决。PROE应用的优势主要在于，其在功能模块设计上能够满足用户需求，如加工处理功能、构件制作、图形绘制以及其他设计等模块都可为用户所使用，同时从整个生产中也可发现，PROE具有一定的集成特征，既可在单机中可靠运行，而且能够为工作站提供服务。

而在凸轮方面，以往凸轮机构在应用中因其表层接触面积较大，存在的受损、脱落以及侵蚀等问题极为常见，使凸轮生命周期由此缩短。这种情况下便需考虑将其磨损控制在最低程度，可直接在混合润滑模式下运行。因此实际进行凸轮设计过程中应以摩擦学理论为依据，传动设计中围绕润滑条件进行，保证设计尺寸合理，这样才可使摩擦问题得以解决。事实上，凸轮实质为具有曲线轮廓特征的构件，其能够用于各行业领域机械设备生产，主要归因于凸轮在设计上较为容易且结构简单，运行过程中只要做好轮廓控制便可保证从动件合理运动。但需注意的是，由于其易出现磨损问题，而且多局限在传出力较小的环境内，所以设计中应保证具有较高的精确性。若单纯依托于以往繁琐的设计工序，磨损问题无法解决，而且其他被侵蚀或脱落等问题发生概率较高，因此要求从三维模式角度出发完成整个设计过程。

2 凸轮在三维环境下的设计方法研究

凸轮在三维环境下进行设计主要体现在：第一，设计过程中首先做好凸轮点数据参数的明确，在此基础上再与曲线点相结合完成建模过程。该种设计方式通常在反求建模方面较为适用。但应用中也存在一定的弊端，如其中引入的凸轮点数据，其主要来源于测量计算过程中，若测量或计算存在较大误差，凸轮点数据也会出现离散情况，这样设计结果的精确性将无法得到保障。第二，设计中以凸轮位移变化为依据，根据其变化曲线完成建模。该种方式在应用中可使设计精准性得到提高，但由于在设计中需对位移变化曲线进行分析且要求引入具体的曲线方程，要求设计人员具备较强的专业能力。第三，以从动件运动情况为依据，在设计中直接测量构件尺寸，得到具体数据参数后进行运动仿真，能够得到具体的轨迹曲线，根据曲线完成建模。

三种设计方式应用中都存在一定的优势与不足。如第一种设计方法在实际操作中需要制作相应的数据点文件，该文件与凸轮实际运行数据参数相吻合的情况下，才可开展其他设计工序，保证PROE操作能力得以发挥，便可达到设计要求。相比之下，第二种设计方法在应用中更侧重于PROE的变截面扫描，根据相应的曲线分析凸轮位移变化规律，这样所设计的零件模型在精准度上会得到很大程度的提高。而且该种设计方式下，对于凸轮中的相关运动参数也可利用PROE中的功能模块完成修改，整个过程较为简单。另外，在第三种设计方式下，其主要适用于较为繁琐的设计工序，为满足不同行业领域需求，凸轮结构设计中应进行适当调整，若采用第一种或第二种设计方式，很难使复杂凸轮结构设计达到相关要求，因此，设计中应注重以从动件运动规律为基础，使凸轮结构的设计更加合理。

3 凸轮在三维环境下的的具体设计步骤

三维环境中进行凸轮的设计，本文主要以第三种设计方式为例，对其具体设计步骤进行研究。首先，PROE环境下，需对凸轮基圆半径进行计算，保证数据无误的情况下构建名为Part1的圆盘类零件。同时，由于该种设计方式主要以从动件运动规律为依托，所以需了解凸轮中的从动件结构，在此基础上进行相关模型的构建，将该模型称之为Part2。在具体装配过程中应保证Part1与Part2保持连接，然后对凸轮连接副进行定义，完成快照的创建过程。其次，做好轴伺服电机、从动件二者连接的定义，该步骤主要以从动件运动规律以及设计标准为依据。最后，进行运动分析ansysl在三维环境中的构建。需在时间长度被定义的基础上，将伺服电机引入其中，能够模拟凸轮的实际运行。同时进行ansysl、Part1曲线以及凸轮与Part2连接的曲线确定，可推出凸轮曲线轮廓。对该轮廓线进行相应的拉伸调整，便可完成凸轮模型的构建。实际设计过程中应注意的从动件运动并非局限在同一规律中，许多设计参数都可能出现一定变化，需做好优化与分析工作，如最大跳度、速度以及动载转矩等。综合来看，第三种设计方式应用下能够将所有运动轨迹进行仿真，相比前两种方式极为简单，且测量精度等能够得到保障。

4 结论

现代极多设计制造领域都需将凸轮机构作为主要构件，要求凸轮在整体性能上得以提供高。实际设计过程中应正确认识凸轮的整体结构与运行原理，引入PROE团建系统，合理选择设计方法。通过文中比较发现，现行大多复杂凸轮结构设计中需以从动件运动规律着手，在仿真过程中使凸轮的设计更为合理。

参考文献：

[1]黄轶.三维(PROE)环境下的凸轮设计方法分析[J].科技资讯,2014(19):71.

[2]张完郎.在三维(PROE)环境下的凸轮设计方法探讨[J].科技创新与应用,2015(19):140.

[3]薛发亮.三维环境下凸轮新设计方法的介绍[J].纺织机械,2011(05):29-31+16.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.181