利用solidworks进行凸轮廓线设计论文1

利用solidworks进行凸轮廓线 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 论文1 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 引 言 在各种机械，特别是自动机和自动控制装置中，广泛采用着各种形式的凸轮机构，凸轮(cam)是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，凸轮的最大优点是只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以是推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑，凸轮机构不可能被数控、电控等装置完全代替。 凸轮机构兼有传动、导向及控制机构的各种功能。凸轮机构用作传动机构时，可以产生复杂的运动规律，包括变速范围较大的非等速运动，乃至暂时停留或各种步进运动。凸轮机构也适用于导向机构，使工作机构产生复杂的运动轨迹。当凸轮机构用作控制机构时，可以控制执行机构的自动工作循环或作为函数发生器。凸轮机构作为机械式运动 传递与信息储存的基本元件时，具有构件数少和空间体积小等固有特点。由于以上功能，以凸轮为核心，已发展出成千上万种高效、小型、精密、价廉的机械，例如内燃机配气系统、自动包装机、自动成型机、自动装配机、自动机床、纺织机械、农业机械、印刷机械、自动办公设备、自动售货机、电子元件的自动加工机械、服装加工机械掣 现代机械日益向高速发展，凸轮机构的运动速度也愈来愈高，因此，高速凸轮的设计及其动力学问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的研究已引起普遍重视，并已提出了许多适于在高速条件下采用的运动规律以及一些新型的凸轮机构。另一方面，随着计算机的发展，凸轮机构的计算机辅助设计和制造已获得普遍的应用，从而提高了设计和加工的速度和质量，这也为凸轮机构的更广泛应用创造了条件。 1 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 第一章 SolidWorks的发展和荣誉 在 众多三维 CAD 软件中，SolidWorks 软件以其功能强大、操作简捷成为众多设计人员的首选软件。但是 SolidWorks 软件不具有函数生成自由曲线的功能，要在 SolidWorks 中绘制凸轮模型，可以使用已有的 SolidWorks 插件 ToolBox 所生成的凸轮轮廓线，但该曲线却不是连续光滑曲线，若运用到高速重载场合，将会产生较大的噪声和冲击，因此不具有实用性及广泛性。若要得到满足要求的凸轮，就需要重新计算设计曲线轮廓。一般的轮廓曲线都可以用函数进行描述，若已知曲线函数，可利用具有强大数据计算处理能力 MatLab 编程生成数据点。将所得数据点导入 SolidWorks，生成连续凸轮曲线，由此得到平面凸轮模型 第一节 计算机辅助设计CAD技术 CAD/CAM技术是随信息技术的发展而形成的一枚新技术，它的应用和发展引起了社会和生产的巨大变革，因此CAD/CAM技术被视为20世纪最杰出的工程成就之一。目前CAD/CAM技术广泛应用于机械、电子、航空、航天、汽车、传播、纺织、轻工业及建筑等各个领域，它的应用水平已成为衡量一个国家技术水平的重要标志。 计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)是指工程技术人员 2 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 在人和计算机组成的系统中以计算机为工具，辅助人类完成产品的设计、分析、绘图等工作，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。一般认为CAD系统的功能包括:?概念设计?结构设计?装配设计?复杂曲面设计?工程图样设计?工程分析?真实感及渲染?数据交换接口等。 CAD具有如下特点:?方案型的CAD软件，辅助设计人员进行多方案的比较优化，并进行结构方案的经济性和风险分析;?智能型的CAD软件，利用存储在计算机内的巨大知识，经验库进行各种 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 的自动比较、优选、最佳决策，从而获得工程的最大效益;?异地协同设计，部分发达国家利用网络开展协同设计及过程建设，目前已经取得了很多成功的经验，且把这一信息技术应用作为振兴建筑业，塑造顶尖建筑公司的重要举措。 CAD设计的关键技术包括: ?案设计技术。原理方案设计是概念设计过程的第一步原理方案的创新是实现产品创新的关键。当前计算机辅助原理方案设计的研究，主要体现在基于设计目标得原理方案求解和基于知识的原理方案设计专家系统等方法与技术。 ?概念设计建模技术。建模技术是计算机辅助建模概念设计的核心技术，主要是概念设计的方法性和过程性出发，研究面向概念设计产品模型和过程模型的建立方法，研究面向产品级和全生命周期的概念设计建模技术。近年来，许多学者从过程设计方法学中概念设计的定位出发，提出层次概念模型、基于广义特征的概念模型、工程设计概念模型、基于功率键图的概念设计建模方法与技术;从产品设计学的角度，将概念产品设计过 3 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 程视为一个特征的演化过程，提出支持变量特征和概念设计为标志的各类产品模型，基于特征关联语义的模型、基于变动特征的模型、信息基因模型、生成型特征设计模型等建模方法。这些模型中的特征概念在继承原有特征性质和属性操作的基础上，增加了语义性、变动性、置换性和变动性等新特点，以适应概念设计过程中对象的抽象、模糊性和继承性。它们支持的设计模式更加符合产品的实际设计过程，在一定程度上体现了概念设计中的特征演化过程。 ?设计创新技术。设计创新技术主要是研究概念设计过程及过程中需遵循的原则和 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，探讨各类设计创新技法，研究概念设计中的创新技术。产品创新是概念设计的根本目的。产品在功能、原理、外观形状、人机操作、制造工艺和材料等的方面的创新，都会直接影响产品的整体特性和最终质量。在产品创新过程中，设计师的思维、经验，以及领域知识起着相当重要的作用，因而许多学者从人工智能角度出发，进行产品创新设计得研究。目前主要体现在基于知识的创新设计智能模型、基于推理机制的创新概念设计模型以及概念设计过程中智能支持技术。 ?并行和协同概念设计技术。并行设计和协同设计是现代设计的发展趋势之一。在概念设计领域，主要研究:一是产品功能、原理、布局、形状等方面之间的并行设计和协同设计机制，一些学者从并行过程的角度，对并行环境下的设计过程和设计策略以及面向必须过程的设计建模技术进行了深入探讨;二是考虑制造、成本等其他因素得并行设计技术;三是概念设计中不同或相同领域的设计师之间的协同设计技术。从产品概念设计的角度看，随着CAD、人工智能、多媒体、虚拟现实等技术的进一步发展， 4 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 对概念设计过程必然有更深一步的认识，对概念设计思维的模拟必将达到新的境界。计算机辅助概念设计将朝着更加自然地人机交互方式、更加有效地设计手段方向发展。计算机辅助概念设计系统是一个人机一体化地集体设计系统。 第二节 SolidWorks发展 SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名;从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械 5 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 SolidWorks2010 提供的大量新功能可提高设计师和工程师的工作效率。例如，正在申请专利的快速尺寸标注 图1 SolidWorks2010宣传海报 功能可显示新的尺寸放置替代方案，并整齐匀称地重新布置现有尺寸，从而为所选尺寸腾出空间。配置发布器使用户可方便地将界面发布到 3D ContentCentral® 服务，从而可容易地配置替代模型。正在申请专利的灵巧鼠标手势在简化手部动作方面作出了空前的改进。SolidWorks 2010 还提供了大大加强的参考平面创建方法丶钣金功能丶焊接性能丶组件镜像功能和直接编辑工具。使用 PhotoView 360，初学者也能象高手那样设计照片级图像渲染效果。 SolidWorks 2011 是该设计解决方案的第 19 个版本。我们社区的 140 多万用户将享受到 200 多种增强功能，这些增强功能可提高设计效率，增强制造支持，以及提供前所未有的协作和虚拟化。除了这些新增功能，开发团队也同样非常重视优化软件，以高效利用可用的硬件资源、提高可靠性并创建功能最强大的最新版 SolidWorks。 6 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 第三节 Solidworks软件特点 Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论:“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。” 在强大的设计功能和易学易用的操作(包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴)协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。 配置管理是SolidWorks软件体系结构中非常独特的一部分，它涉及到零件设计、装配设计和工程图。配置管理使得你能够在一个CAD文档中，通过对不同参数的变换和组合，派生出不同的零件或装配体。 7 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 第二章 SolidWorks应用技巧 SolidWorks充分利用Windows的优秀界面，为设计人员提供了直观、方便、快捷的工作界面。其参数化设计确保了零件模型、装配模型、2D工程图和材料清单之间的全程关联，为评价不同的设计方案、减少设计错误和提高设计质量提供了强有力的途径。笔者借助SolidWorks软件完成了多项纵横向课题，通过不断摸索，积累了一些经验与技巧，希望能够为广大工程设计人员提供参考。 第一节 模型建模 1.草图绘制 草图由草图单元、几何约束和草图尺寸组成，对以上三部分的组合定义就完成了一个草图的绘制。为提高草图的设计效率，设计步骤通常按以下顺序进行:绘制草图轮廓?定义草图单元间的几何约束关系?添加尺寸。在草图绘制过程中要充分使用约束关系，减少不必要的草图尺寸，从而使草图的构思更加清晰。 2.更换草图绘制平面 在绘制草图时，会遇到草图绘制平面选择不当的情况，此时可以更换草图绘制平面。具体操作如下:在零件模型的特征管理树下选中草图，点击鼠标右键，在弹出的下拉菜单中选择“编辑草图平面”，点击特征管理树下的“ ”按钮，就可在特征管理树下选择合适的草图绘制平面来代替原 8 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 先的草图绘制平面。最后，点击草图绘制平面对话框中的“确定”按钮即可。 3.快捷键的使用 (1)在注解中的使用 特殊符号如:直径“Ф”、度数“。”、正负号“?”以及一些运算符号可以先在Word环境下创建，然后通过复制“CTRL+C”和粘贴“CTRL+V”快捷键复制到SolidWorks环境中。 (2) 在绘制草图中的使用 在绘制草图中，复制草图可以按照以下步骤完成:按住“CTRL”键，同时用鼠标逐个选择复制目标，点选草图放置位置，然后按“CTRL+V”即可。 4.完整设计信息产品模型的建立 可以将表面粗糙度、尺寸公差、形位公差和设计基准等符号直接标注到几何实体模型上，形成包含完整设计信息的产品模型。 5.学习功能 对于已存在的零件，拖动Feature Manager设计树上的退回控制棒来回退零件中的特征，可以让使用者看到模型生成的每一步，便于理解设计者的设计意图。 第二节 方程式 9 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 如果所设计的零件尺寸之间存在某种固有的数值关系、零部件之间存在某种数值的配合关系，可以通过方程式来实现其设计意图。 1.尺寸变量的使用 在零件模型尺寸之间可以使用尺寸名称作为变量来生成方程式;装配体中零件之间或零件与子零部件之间，也可以配合尺寸来生成方程式。被方程式所驱动的尺寸无法在模型中以编辑尺寸值的方式来改变。方程式由左到右，位于等号左侧的尺寸会被右侧的值驱动，多个方程式的求解按编辑方程式中所列顺序逐一解出。 2.方程式支持的运算符和函数 SolidWorks提供的方程式支持以下运算符和函数:“+”加法、“,”减法、“*”乘法、“/”除法和“^”求幂运算符，sin(a)正弦、cos(a)余弦、tan(a)正切、atn(a)反正切、abs(a)绝对值、exp(n)指数、log(a)自然对数、sqr(a)平方根、int(a) 取整和sgn(a)符号函数，同时还可以在方程式中使用常数圆周率pi，它的值精确计算到文件系统选项指定的小数位数。 3.方程式中可以使用条件语句 语法格式为:“Dx@ SketchX”=if((条件)，参数1，参数2)。当式中条件成立时，取值为参数1，否则取值为参数2。 4.方程式的注释 可以在方程式的末尾输入单引号“'”，然后输入备注，以论述设计意图。单引号之后的内容在计算方程式时被忽略，如图2所示。 10 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 图2 满足设计意图的方程式 图3为按图2设计意图，模型宽度分别30、50、80mm时，由方程式驱动生成的不同模型。 图3 由方程式驱动生成的模型 第三节 装配 1.设计方式的灵活应用 在进行装配体的全新设计时，可参考的资料相对较少，应采用自上而下的设计方式，优先利用SolidWorks布局草图进行布局设计，再灵活地完成对具体零部件的设计。例如在工装夹具设计时，可直接把已经建立好的三维零件模型插入到装配体环境中，使用自上而下的设计方式参考模型几何体，通过与原零件模型建立几何关系来确定夹具的尺寸，这样的工装设计方式效率较高。 在进行装配体的改进设计时，可参考的资料相对较多，应采用自下而上的设计方式，先完成对逐个零件的设计，然后根据不同的位置要求和装 11 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 配约束关系，将逐个零件按照实际的安装方式装配成部件产品。 2.配合关系 配合关系确定了零件在装配体中的位置。常用的配合关系有同轴心、重合、距离、角度、平行、垂直和相切等，每种配合关系对于特定的几何实体组合有效。在使用配合关系时，除了使用零件本身固有的几何实体外，还可以使用临时轴、创建的基准轴、基准面、对称平面等几何要素来确定零件在装配体中的正确位置。 3.问题及解决方法 (1)建立装配体文件时，有时会遇到这样的情况:零件的尺寸或形状在装配前后发生了变化，要具体问题具体分析。 对于具有弹性的零件，比如弹簧和石棉板，在生产实际中装配前后的尺寸有变化，但在工程图中却应表示初始状态下的尺寸。这个矛盾可以通过为模型文件添加弹性零件尺寸在装配过程中被拉长或缩短的派生配置来解决，即装配体中使用所添加派生配置，工程图中使用原先默认的配置(初始状态下的零件配置模型)。图4为堆垛机断绳保护装置中弹簧的零件属性。 图4 12 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 图3 弹簧的零件属性 (2) 装配实际中为了防止开口销的松动，常常要把开口销的上下两部分沿相反的方向折弯，为此开口销在装配前后的形状就发生了变化。为了做到开口销在装配前后形状的统一，也可以通过添加派生配置的方法来解决。 第三章 solidworks的二次开发 Solidworks二次开发简单来说就是利用诸如VB、C++、C#等支持OLE的编程语言作为开发平台，调用Solidworks API函数实现相应的功能，从而实现一些特殊的要求。同时，由于Solidworks API及其有圣关文档都包括在Solidworks 软件中，任何用户都可以对其进行二次开发。OLE(Object Linking and Embedding)就是对象的链接与嵌入，对象链接与嵌入是文档、数据进行复合的两种方法，它使得应用程序之间能够共享数据。Solidworks提供的应用编程接口 Api application programming interface就是基于ole automation 的编程接口，它包含了大量的功能函数，可以被visual basic、VBA(Excel,access,etc.)、c、visualc++或任何支持Microsoft OLE技术的编程语言调用，并为程序员提供了完全面向对象的类体系，通过它可以使一系列的重复性操作自动化完成。作为一个OLE服务器，Solidworks提供了大量的OLE对象，以及这些对象所拥有的方法和属性，程序员通过在客户应用程序中对这些OLE对象及其方法和属性的操作，可以在自己开发的应用软件中实现Solidworks软件的功能。具体来说，程序员可以通过B 13 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 或VC++调用Solidworks的API函数来派生子类、生成类对象、定义对象 对对象进行属性访问、运行对象方法等，完成零件各特征的建立、修改、删除、压缩等控制;零件特征信息、装配信息以及零件工程图纸中的各项信息的提取，比如零件特征尺寸的设置与提取，特征所在面的信息提取及各种几何和拓扑信息;此外，还可以在Solidworks主菜单上增加按钮，将自己开发的应用模块嵌入到它的管理系统中，建立适合用户需要的、专用的Solidworks功能模块。 第一节 二次开发的必要性 凸轮机构是一种高副机构，由具有曲线轮廓和凹槽的构件通过高副接触带动从动件实现预期运动规律，可广泛应用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和生产线中。凸轮机构兼有传动、导向及控制机构的各种功能。凸轮机构用作传动机构时，可以产生复杂的运动规律，包括变速范围较大的非等速运动，乃至暂时停留或各种步进运动。 凸轮机构也适用于导向机构，使工作机构产生复杂的运动轨迹。当凸轮机构用作控制机构时，可以控制执行机构的自动工作循环或作为函数发生器。凸轮机构作为机械式运动传递与信息储存的基本元件时，具有构件数少和空间体积小等固有特点。由于以上功能，以凸轮为核心，已发展出成千上万种高效、小型、精密、价廉的机械，例如内燃机配气系统、自动包装机、自动成型机、自动装配机、自动机床、纺织机械、农业机械、印刷机械、自动办公设备、自动售货机、电子元件的自动加工机械、服装加工机械等。凸轮机构的研究和开发涉及到众多的学科，例如系统工程学与设计学、材 14 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 料科学、摩擦学、机械加工工艺学、机构学、计算机辅助设计,计算机辅助制造(CAD,CAM)、控制工程和计算机技术等，随着这些相关学科的发展，凸轮机构的设计与制造己变得十分方便与准确，机构的使用寿命大幅延长，制造成本不断下降、工作性能将明显提高，从而更好的促进了机械行业的发展，加快了人类工业文明进程【301。 目前，制造业正朝着多品钟、小批量、高质量的生产方向前进。随着计算机技术的迅速发展，CAD,CAM技术在生产领域得到了广泛的运用，从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式，对于推动现有企业的技术改造、促进经济增长有重要意义。我国把开展“CAD应用工程”作为发展核心技术和高新技术产业的重要组成部分。将计算机辅助设计,计算机辅助制造(CAD,C—,M)技术应用于凸轮、连杆机构研究领域，研制系统、通用、界面友好的凸轮、连杆设计软件是当务之急的工作，而这项工作不是一触而就的，将随着机构理论研究和相关学科的发展而逐渐完善起来【2引。以上我们已经研究了如何对凸轮扫描曲线进行初步处理。为了进一步将设计转化为实践，我们需要将研究的扫描曲线点转化为凸轮模型，并由已知的理论曲线获得满足要求的凸轮轮廓线。SolidWorks软件_______不具有利用函数生成自由曲线的功能，若想在SolidWorks中按照给定曲线函数方程建 立凸轮模型，可以使用已有的SolidWorks插件TOOLBOX所生成的凸轮轮廓线，但此种曲线却不是连续光滑曲线，若运用到高速重载场合，将会产生较大的噪声和冲击，不具有实用的广泛性。基于此，结合实际的项目，可利用Soli(1w6rks的二次开发接口((SolidWorksAPI)进行插件的开发。 15 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 第二节 参数化开发CAD技术 CAD技术是一项综合性的、集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及相关应用领域知识于一体的技术。自20世纪60年代第一代CAD商业软件问世以来，CAD技术已广泛应用于汽车、飞机、轮船、机车车辆、建筑、电子、轻工、纺织等各个产业领域，成为提高产品与工程技术水平、降低消耗、缩短产品研发周期、大幅度提高劳动生 产率和产品质量的重要手段。20世纪60年代，CAD的主要技术特征是交互式绘图和三维线框模型，即利用解析几何方法定义有关图素(如点、线、圆等)，用来绘制或显示由直线、圆弧组成的图形124l。 20世纪70年代，CAD的主要技术特征是自由曲线曲面生成算法和表面造型理论。随着汽车和飞机制造业的蓬勃发展，对三维绘图特别是曲面造型技术的需求愈加迫切。法国达索(Dassult)飞机公司借助于贝塞尔等算法成功推出了一种全新的三维曲面造型系统?CATIA，该系统的出现标志着CAD技术从单纯的三视图表达模式中解放出来:首次实现用计算机完整描述产品零件的主要信息。之后陆续有公司开发出自己的三维CAD软件，此间最有代表性的有:I-deas，UG，CATIA等【321。 20世纪80年代，CAD的主要技术特征是实体造型理论和几何建模方法。实体建模的边界表示法(B—ReP)和构造实体几何数表示法(CGS)在软件开发上得到大量应用，给设计带来惊人的方便性。SDRC公司基于CAD,CAE一体化技术，发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的软件I-deas;UGS公司推出的UG软件则注重CAD,CAM一 体化技术，以满足飞机零部件的加工需求;其它公司则着力于完善旧有CAD 16 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 软件并争夺市场。实体造型技术能精确表达零件的全部信息，有助于统一CAD、CAE和CAM的模型表达，使CAD技术获得突破性进展【321。 20世纪90年代以来，CAD的主要技术特征是参数化造型理论和变量化造型理论，形成了基于特征的实体建模技术，为建立产品信息模型奠定了基础。参数化实体造型技术由CV公司率先提出，其主要特点是:基于特征、全尺寸约束、全数据相关和尺寸驱动设计修改，最具代表性的软件是Pro,Engineer。变量化实体造型技术是SDRC公司以参数化技术为蓝本的新型技术，它保留了参数化技术除约束定义之外的优点，将参数化技术中所需定义的尺寸“参数”进一步区分为形状约束和尺寸约束，且不必约束全部几何;变量化技术还可将工程关系作为约束条件直接与几何方程联立求解，不需要单独处理器外置处理，约束方程也无所谓求解顺序;最具代表性的软件是I-deas Master Seriest36】。CAD最初运行在大型机和工作站上，后来又转为在小型机和微机上运行，CAD运行系统也由原来的UNIX操作系统移植到DOS环境下，目前的中、小型CAD系统主要在Windows操作系统和微机上运行。随着网络技术、Internet技术和可视化技术的发展，制造业信息化的步伐不断加快，CAD系统将更加广泛地采用越来越开放的体系结构，其发展趋势是网络化、集成化、智能化和虚拟化 第二节 solidworks二次开发方法 本系统采用变量参数驱动的方法，选用SolidWorks2006软件，并以其为平台进行二次开发，从而来实现凸轮插件设计。SolidWorks2006是第一个基 17 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 于Windows开发的三维机械CAD系统，获得多项国际大奖，己成为国际上中端微机三维CAD产品的领头羊，性价比最优。SolidWorks基于Windows平台及组件技术，采用先进的低层图形核心Parasolid作为几何建模器，D(Cubed公司的DCM作为尺寸约束管理器，Light work Design公司的Lightworks作为带真实感 的浓淡处理器;采用基于特征的参数化、变量化设计技术，可实现复杂的三维实体及曲面造型、复杂装配和工程图生成，建模过程更符合工程习惯，操作简便，易学易用;具有较好的开发性接口和功能扩充性，能轻松实现各种CAD软件间的数据转换与传递;开发商为达索公司的子公司，实力雄厚，且注重与其它专业软件公司的分工合作及共同发展，使软件版本的更新速度很快。SolidWork2006具有友好的Windows操作风格，并提供了VB、VC两种基本的API函数接口，用户可结合特定产品的需要，开发出具有企业特色的快速设计系纠”。 第三节 Solidworks二次开发技术基础 SolidWorks二次开发分为两种:一种是基于自动化技术的，生成(EXE的文件;另一种开发方式是基于COM的，开发SolidWorks Add(in;也就是SolidWorks的插件，生成宰(d11文件。COM技术可以使用最多的SolidWorksAPI，并可控制SolidWorks运行的方式。这种方式开发出的应用程序可直接嵌入到SolidWorks内部，程序菜单直接出现在Solidworks的主菜单上，效率较高[13'?】。SolidWorks通过COM(component object model，组件对象模型)技术为用户提供了 18 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 强大的二次开发接口(S01idW|orks API)，其中包含有数以百计的功能函数。SolidWorksAPI对象涵盖了全部SolidWorks的数据模型，用户通过对这些对象属性的设置和方法的调用，就可以在自己开发的应用程序中实现与SolidWorks中相同的功能。SolidWorksAPI对象模型是一种树型结构模型，根为SolidWorks对象。为了得到一个特定的对象，必须先从SolidWorks对象对其子孙进行遍历。SolidWorks对象包括ModelDoe、Environment、Frame、AtlributeDef,Modeler、SWPropertySheet以及其它一些对象，它是SolidWorksAPI中的最高层的对象，能够直接或间接访问SolidWorksAPI中的所有其它对象【10,II】。自从微软提出了COM 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 以后，Windows平台上的软件开发模式便发生了巨大的变化，程序设计进入了组件化时代。但是COM技术的实现细节繁琐，这使得它的普及具有一定的难度，因而开发人员迫切期望有一种方便快捷的COM开发工具来提高组件开发效率，更好地利用COM技术。正因为如此，微软推出了全新的COM开发工具ATL。ATL实质是一套C++模板库，它采用特定的基本实现技术(包括COM技术、C++模板类技术及C++多重继承技术等)，摆脱了大量冗余代码，开发出来的COM应用代码简洁高效(slim code)，因而是开发COM组件的得力工具。从2006版本开始，SolidWorks提供的二次开发向导中，Visual C++6(0平台上的向导就是基于ATL技术构造的 第三章 凸轮机构 19 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 凸轮机构兼有传动、导向及控制机构的各种功能。凸轮机构用作传动机构时，可以产生复杂的运动规律，包括变速范围较大的非等速运动，乃至暂时停留或各种步进运动。凸轮机构也适用于导向机构，使工作机构产生复杂的运动轨迹。当凸轮机构用作控制机构时，可以控制执行机构的自动工作循环或作为函数发生器。凸轮机构作为机械式运动传递与信息储存的基本元件时，具有构件数少和空间体积小等固有特点。由于以上功能，以凸轮为核心，已发展出成千上万种高效、小型、精密、价廉的机械，例如内燃机配气系统、自动包装机、自动成型机、自动装配机、自动机床、纺织机械、农业机械、印刷机械、自动办公设备、自动售货机、电子元件的自动加工机械、服装加工机械掣。 第一节 关于凸轮机构 1、凸轮机构概述 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。 低副机构一般只能近似地实现给定运动规律，而且设计较为复杂。当从动件的位移、速度和加速度必须严格地按照预定规律变化，尤其当原动件作连续运动而从动件必须作间歇运动时，则以采用凸轮机构最为简便。凸轮机构由凸轮、从动件或从动件系统和机架组成，凸轮通过直接接触将 20 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 预定的运动传给从动件。凸轮机构具有结构简单，可以准确实现要求的运动规律等优点。只要适当地设计凸轮的轮廓曲线， 就可以使推杆得到各种预期的运动规律。在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着各种形式的凸轮机构。凸轮机构之所以能在各种自动机械中获得广泛的应用，是因为它兼有传动、导引及控制机构的各种功能。当凸轮机构用于传动机构时，可以产生复杂的运动规律，包括变速范围较大的非等速运动，以及暂时停留或各种步进运动;凸轮机构也适宜于用作导引机构，使工作部件产生复杂的轨迹或平面运动;当凸轮机构用作控制机构时，可以控制执行机构的自动工作循环。因此凸轮机构的设计和制造方法对现代制造业具有重要的意义。 2、 凸轮机构课题研究背景及意义 早期的工程技术人员大多采用作图法绘制凸轮轮廓，这种方法的效率低、精度差、很难精确地得到压力角和曲率半径等设计参数。在CAD二维设计阶段，CAD的作用仅仅是使工程人员得以摆脱烦琐、精度低的手工绘图，可重复利用已有的设计方案。而如今的CAD三维设计与CAM集成化，使工程人员可以从三维建模开始，进行产品构思设计和制图，实现了设计数据直接传输到生产的过程，大大简化了手工工作环节。由于计算机技术和各种数值计算的发展，使得很多方面的研究得以深入。利用参数化技术三维CAD可以绘制精确的凸轮。参数化设计具有造型精确，造型速度快，避免了手工取点造型的复杂过程，完成三维实体模型可以不断的修改的特点。由于电子技术的发展，现在某些设备的控制元件可以采用电子元器件，但他 21 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 们一般只能传递较小的功率，而凸轮机构却能在实现控制功能的同时传递较大的功率。因此，凸轮机构在生产中具有无可替代的优越性，尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中，更有突出的优点。可以说，对凸轮机构的进一步研究，特别是对高速凸轮机构及其动力学问题的进一步研究，是长期、持续并有重大意义的工作。现代三维CAD已经辐射到对整个制造企业生产、管理进行全方位的辅助，对制造业的发展具有深远的影响。 3、凸轮三维造型技术的国内外发展状况 CAD技术是先进制造技术的重要组成部分，利用CAD技术可以起到提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化等作用。本文在研究基于特征的三维CAD理论的基础上，开发出一个扩充性、开放性、复用性和维护性良好的CAD软件系统。并在CAD技术理论和CAD软件体系结构上，做出了许多具有重要意义的工作。本课题利用了基于Windows平台开发的Visual Basic语言来进行凸轮的参数化设计。程序的目的就是在Visual Basic中输入凸轮的有关参数，由 SolidWorks 2007来自动生成凸轮实体。程序提供了良好的输入界面，操作简单、方便。与以往的手工凸轮设计相比较，参数化的设计方法具有效率高，凸轮轮廓精度高，设计时间短等特点。 4、凸轮机构的应用 内燃机配气机构:如图5:当凸轮1 等速转动时，其曲线轮廓通过与推杆2 的平底接触，使气阀有规律地开启和闭合( 关闭是借助弹簧的作用)。 22 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 气阀开启和关闭的时间及其速度和加速度的变化规律，都是通过凸轮的轮廓曲线来实现的。 图5 5、 凸轮机构的组成(图6) 凸轮:具有曲线轮廓或凹槽的构件。推杆:被凸轮直接推动的构件，又常称为从动件。凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个主要构件组成的高副机构。 图6 6、凸轮机构的特点 优点:只需设计适当的凸轮轮廓曲线，便可使从动件得到各种预期的运动规律，而且结构简单、紧凑、设计方便。 缺点:1) 凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场 23 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 合;2) 凸轮轮廓精度要求较高;3) 从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。 第二节 凸轮机构的分类 1 、按凸轮的形状分 1) 盘形凸轮(图7):2) 移动凸轮(图8):3) 圆柱凸轮(图9):具有变化向径的盘形构件。应用最广。转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，作往复直线移动。在圆柱面上开有曲线凹槽，或在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。圆柱凸轮机构属于空间凸轮机构。 图7 图8 图9 2、按推杆的形状分 1) 尖顶推杆(图10): 2) 滚子推杆(图11): 3) 平底推杆(图12):易磨损，用于低速、轻载场合。磨损小，用于传递较大的动力，应用较广。推杆与凸轮接触面间易形成油膜，润滑好，用于高速传动中。 24 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 图10 图11 图12 3、按推杆的运动形式分 1) 直动推杆:作往复直线运动如图10 a、对心直动推杆 b、偏置直动推杆 2) 摆动推杆:作往复摆动如图13。 图13 第三节 推杆的运动规律 1. 基本知识 25 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) (1) 基圆:以凸轮的最小半径为半径所作的圆。 (2) 基圆半径:凸轮理论廓线的最小半径。 (3) 推程:推杆从最低位置运动到最高位置的过程。 (4) 推程运动角:推程阶段凸轮的转角。 (5) 远休:推杆处于最高位置静止不动的过程。 (6) 远休止角:远休阶段凸轮的转角。 (7) 回程:推杆从最高位置回到最低位置的过程。 (8) 回程运动角:回程阶段凸轮的转角。 (9) 近休:推杆处于最低位置静止不动的过程。 (10) 近休止角:近休阶段凸轮的转角。 26 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) (11) 行程:推杆在推程或回程中移动的距离h 。 (12) 推杆的运动规律:推杆在运动时，其位移s 、速度v 、加速度a 随时间变化的规律。或推杆的运动参数随凸轮转角δ变化的规律。 2. 推杆常用的运动规律 2.1 多项式运动规律 1) 一次多项式运动规律 2) 二次多项式运动规律 3) 五次多项式运动规律 2.2三角函数运动规律 1) 余弦加速度运动规律 2) 正弦加速度运动规律 3. 推杆运动规律的选择 3.1 常用运动规律特性比较 3.2 推杆运动规律选取原则 27 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 当机械的工作过程只要求从动件实现一定的工作行程，而对其运动规律无特殊要求时，应尽量选用简单的曲线作为凸轮的轮廓曲线。 当机械的工作过程对推杆的运动规律有完全确定的要求，应根据指定的运动规律进行设计。 对于速度较高的凸轮机构，即使机械工作过程对推杆的运动规律无特殊要求，应首先考虑所选的运动规律使凸轮机构具有较好的动力特性。 4. 推杆运动规律的组合 组合后的运动规律应满足的条件: 4.1 满足工作对推杆特殊的运动要求; 4.2 保证各段运动规律在衔接点上的运动参数(位移、速度、加速度)保持连续。为了避免刚性冲击，位移、速度曲线必须连续;为了避免柔性冲击，加速度曲线必须连续; 4.3 在运动的起始和终止处，运动参数应满足边界条件。 第四章 凸轮轮廓曲线的设计 1.反转法原理 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 (1)凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系 28 兰州交通大学博文学院毕业设计(论文) 当给整个凸轮机构加一个公共角速度,ω，使其绕凸轮轴心转动时，凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨作反转运动，另一方面又沿导轨作预期的往复运动。推杆在这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线 (2)凸轮廓线设计方法的基本原理 在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而使推杆相对于凸轮作反转运动;同时又在其导轨内作预期的往复运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所求的凸轮廓线。这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理 29