弧面凸轮的可视化研究

利用VBA开发的空间弧面凸轮可视化三维实体造型软件,对多头、多段、短动程角、大摆角等复杂空间弧面凸轮进行了造型设计、验证和对比研究,这对于在设计阶段把握空间弧面凸轮的外形、压力角、脊部宽度与强度、过切情况等,避免和减少研发失败,缩短新产品研发周期,都有着重要的价值.

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《机床与液压》2 0 . o6 06 N .

弧面凸轮的可视化研究周明贵，曹西京，曹巨江(陕西科技大学机电工程学院，陕西成阳 7 28 ) 10 1摘要：利用 V A开发的空间弧面凸轮可视化三维实体造型软件，对多头、多段、短动程角、大摆角等复杂空间弧面凸 B轮进行了造型设计、验证和对比研究，这对于在设计阶段把握空间弧面凸轮的外形、压力角、脊部宽度与强度、过切情况等，避免和减少研发失败，缩短新产品研发周期，都有着重要的价值。 关键词：空间弧面凸轮；三维实体造型；可视化设计中图分类号：T 2 HI文献标识码：A 文章编号：10— 8 1 (06)6— 6 0 1 3 8 20 0 6—3

The Viu lDe i n o pa i lRo l r Ge r Ca s a sg fS ta le a m

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Ke wo d: S ai olr g a a; T r e—d me so a o i d l g Vi a e i y rs p t rl ercm l a e he e n in s l mo ei; s l d sg l d n u n

0前言

工具 ( A t A如 uo D三维实体造型软件 )为辅助手段 C构建弧面凸轮的空间实体模型。首先，利用空间

复杂弧面凸轮机构一经问世，便以其优越的性能得到了工程界的普遍认同，在自动机械诸领域得以迅速普及和推广。与圆柱凸轮机构相比，它具有高速性能好、分度精度高、结构紧凑、高效率、易于进行精度补偿等明显的优点，另外，弧面凸轮机构在满足复杂工况的动作要求方面，比其它凸轮机构更具有优势，设计者可以根据执行机构的动作要求任意设计凸轮运动区段的长短和段数、任意设计各运动区段的运动规律，任意改变从动件的运动方向，能在保证执行机构的动作要求的同时，满足凸轮机构在运动学和动力学方面的要求。弧面分度凸轮的凸轮轮廓是不可展的空间自由曲面，无法通过交互式的作图方法得到它的三维实体图

啮合原理…和回转变换张量数学工具分析从动曲面与凸轮曲面在接触线位置的

输入己知参数几何参数：,, 0r等 c, 『 l I运动参数：口， 2 0 l日， I

rs c; o= sn i rD,,

几何关系，可以推导出弧面凸轮空间轮廓曲面的通用计算公式，建立弧面凸轮轮廓曲面方程。鼓形

n,=

{} s i n J圆

fs] c, o: 6

—

苎柱

=『一f R+ S -≈￣轮廓曲面计算程,..

序流程图如图 1所示，计算步骤包括：( )输入弧面

凸轮机 1

形，工程图只能借助工作循环图来描述它的工作循环状况，人们难以想象复杂弧面凸轮的真实形状，只能通过试加工的方法来验证其设计的正确性，这样的验证有时需要进行多次，才能获得较为满意的结果。由 于这个原因，对多头、多段、短动程角、大摆角的复杂弧面凸轮机构开发令众多设计人员望而却步。 作者利用 V A开发的弧面凸轮可视化三维实体 B造型软件，对多种工况下的复杂弧面凸轮进行了可视化三维实体造型设计、验证和对比。

/一， r_ J l=ar R。 0Ir t f n _ l I.....

l

T

Q一 6+6+ r s 0一 f l I t f o r )i 1 I n 8 Q= 6+6+r ) s l 2 t f Q r c 0 o:(c s l ) I o 0—cr

构中心距 C、从动件回转半径 Z,、从动件

+:2 rln ± a ca— + —

起始转角 0。已知。等参数；( )确定从动 2曲面形状，从动件滚子形状有圆柱、圆=

。

Q一 1 3 Q+

U f: c s lo O一y i lo 02+l)o O cs 2 f n0 c s一 s (,+g)i 2 c s 2: 0sn0一c o 0=

1弧面凸轮可视化三维实体造型软件的开发 弧面凸轮轮廓曲面是较为复杂的空间曲面，无法像圆柱凸轮那样沿周向展开成平面图，因此在二维工程图中难以表达其轮廓全貌。目前常用三维实体绘图

x: s s2 nO c锥、鼓形及其它修正 (s+l)i lo 0一 :csl n一 s形状，其几何形状矢=:(,+l)o O i02

csl o O s li 2 i n0一 n0 s

量函数，,、n有所不同，根据具体需求选择从动曲面，输入相

(r 0 c s 2 i0:+g) 0一csn 2 o

+

图 1程序流程图

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