基于PROE的曲槽槽轮机构CADCAM系统开发.doc
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1、 目 录摘要1Abstract2第一章 课题提出的背景及总体设计31.1 直线槽槽轮机构及其运动分析31.1.1直线槽槽轮机构的工作原理31.1.2 直线槽槽轮机构的运动分析31.1.3 直线槽槽轮机构的特点41.2 课题提出的意义41.3 本人在设计中承担的任务5第二章 曲槽槽轮机构的设计与运动分析62.1 通用简谐梯形运动规律62.2 槽轮槽形的生成与运动分析102.2.1槽轮曲线槽槽形的设计102.2.2槽轮的运动特性分析112.2.3 运动分析实例与结论12第三章 曲槽槽轮机构的结构设计133.1曲槽槽轮机构的总体结构分析133.1.1槽轮机构的机架设计133.1.2槽轮机构的拨盘设计
2、143.1.3槽轮机构的槽轮设计153.2曲槽槽轮机构的装配163.3 机构运动分析与仿真设计173.4 ProE的模拟和加工193.4.1 ProE的模拟193.4.2ProE的加工203.4.3槽轮体的加工过程21第四章 槽轮机构的参数化设计224.1 参数的概念224.2 槽轮机构的参数224.2.1定义参数224.2.2参数传递234.2.3建立参数关系244.2.4生成相应的装配图26第五章 结束语275.1 设计总结275.2 研究展望27致 谢28摘要:论文利用proe作为开发工具,开发了曲槽槽轮机构CAD/CAM系统,该系统包括槽轮机构运动分析与仿真、槽轮机构模拟加工、槽轮机构
3、参数化设计与计算、槽轮机构模拟加工等功能模块。本文着重论述了对称曲线槽槽轮机构的CAD/CAM系统的总体方案设计,阐述了各模块的主要功能和实现的具体方法与途径等关键技术,同时可以生成槽轮体的三维实体造型。全文分五章,分别介绍了设计内容、总体结构框架设计、机构的运动分析与仿真、槽轮槽型的模拟加工和槽轮机构参数化设计。关键词:槽轮机构;曲槽;CAD/CAM系统;运动分析;模拟加工;参数化设计AbstractThis paper uses proe as a development tool, the curved groove wheel mechanism of CAD/CAM system d
4、evelopment, the system includes a groove wheel mechanism motion analysis and simulation, simulation processing of Geneva mechanism, Geneva mechanism, parameterized design and calculation of Geneva mechanism simulation processing function module. This paper focuses on the overall design of CAD/CAM sy
5、stem symmetrical curve groove wheel mechanism, describes the key technology of the main function of each module and the realization method and the way, also can generate Geneva body 3D solid modeling. There are five chapters in the paper. This paper introduces design content, framework design, motio
6、n analysis and simulation, sheave groove machining simulation and parameterized design of Geneva mechanism.Keyword: Slot geneva mechanism, Curve slot, CAD/ CAM system, Kinematic analysis, simulation machining, 3D solid modeling3 湖北文理学院 毕业设计(论文)报告纸第一章 课题提出的背景及总体设计1.1 直线槽槽轮机构及其运动分析槽轮机构又称马尔他机构或日内瓦机构。其结
7、构简单,传动效率高,设计和制造都很方便,被广泛用于轻工、食品、制药和烟草等行业的自动机械中,用于实现周期性间歇运动。但直槽槽轮机构也有其缺点,它的运动性能不够理想,运动速度受到限制,在拨销进入和退出槽轮槽口时存在加速度,会产生柔性冲击和振动,因此动力特性较差,不适合于高速运动,只能用于低速轻载的场所。而且其动停比也只能取几个固定的值。图1.1 直线槽槽轮机构1.1.1直线槽槽轮机构的工作原理如图1.1所示,槽轮机构一般由带拨销的拨盘(拨杆)和槽轮两大主要部件构成。其中,拨销盘是主动件,它做等角速度转动,而槽轮是从动件,它作步进运动,槽轮上沿径向均布有直线槽,当拨杆匀速转动时拨销进入槽内,从而拨
8、动槽轮转过一个2/ Z角度(Z为槽数),然后拨销退出直线槽,拨杆继续转动,而槽轮停止,直到拨销再次进入槽内,如此周而复始进行间歇运动.1.1.2 直线槽槽轮机构的运动分析图1.2 直槽槽轮机构运动特性计算图从结构原理上分析,槽轮机构实质上是曲柄导杆机构的一种变型,如图1.2所示,设槽轮中心O1与曲柄(拨杆)的回转中心O2之间的距离为L,拨杆匀速转动,角速度为0,回转半径为R,初始位置(或拨销进入/退出槽口)时槽轮转位分度线、拨杆与O1O2的夹角分别为/2、/2(、为槽轮的分度角和对应于拨杆的转角)。在槽轮机构运动过程的任一瞬时,槽轮的转角和拨杆的转角之间的几何关系为:令:=R/L,代入上式得:
9、 (1-1)将式(1-1)对时间t逐次求导,即得槽轮运动的角速度和角加速度为: (1-2) (1-3)图1.3 槽轮的运动角速度和角加速度其角速度和角加速度随拨杆的角位移之间的关系如图1.3所示。可以看出槽轮的角速度连续,而角加速度在拨销进入或退出槽口存在跳跃。1.1.3 直线槽槽轮机构的特点通过对直线槽轮机构的运动分析情况来看,直线槽槽轮机构虽然具有结构简单,传动效率高,设计和制造方便等优点而被广泛用于轻工自动机械行业,但该机构运动过程中存在柔性冲击,且动停比只能取几个固定值,只能适应轻工机械中低速中载的需要。1.2 课题提出的意义正是由于上述这些原因,这种槽轮机构已不能适应现代轻工业机械高
10、速中载的要求了。为了适应现代轻工自动机械高速中载和高精度的需要,只需对这种传统的直线槽槽轮机构进行结构上的改进,就可以减少运动过程中的柔性冲击和振动,使运动流畅,改善机构的运动特性。本论文提出了侧向对称曲线槽槽轮机构,它是一种新型实用的机构,该机构在结构上仅仅将传统的直线槽改为对称曲线槽,但其运动特性有了实质性的变化,特点是:作为从动件的槽轮可以按事先给定的运动规律进行间歇运动,完全消除了运动过程中的刚性和柔性冲击,减少了噪音,残余振动小,能够实现高速、高精度间歇转位传动,可以取代设计和加工复杂的空间凸轮间歇分度机构。1.3 本人在设计中承担的任务曲槽槽轮机构CAD/CAM系统的设计与开发过程
11、分为三大部分,即曲线槽槽轮机构的运动分析与仿真、各零件的参数化绘图和曲线槽槽轮体的模拟加工。由于开发设计和编程的工作量很大,时间紧迫,鉴于槽轮机构的运动分析与仿真、曲线槽槽轮体的模拟加工关系紧密,而参数化绘图部分相对独立,为此本论文将着重开发槽轮机构的运动分析与仿真、曲线槽槽轮体的模拟加工两部分。32 第二章 曲槽槽轮机构的设计与运动分析2.1 通用简谐梯形运动规律图2.1 通用简谐梯形曲线由于作为从动件的槽轮的运动是按事先给定的运动规律进行间歇运动,为此必须先确定其运动规律。目前工程上应用很广的运动规律有等加速等减速曲线、正弦曲线、余弦曲线、多项式曲线、修正等加速等减速曲线、修正正弦曲线、梯
12、形曲线等,根据这些基本曲线(前四种)和标准曲线(后三种)的共同特点,可以采用图2.1所示的通用简谐梯形曲线来构成,这种曲线是把简谐函数与梯形运动规律组合起来,形成一类运动特性优良的新运动规律;它兼有最大加速度Am低的梯形规律的优点和简谐函数在两端运动规律连续的优点。这些曲线具有良好的性能,而且也一种比较通用的曲线,通过选择不同的Ti值就构成形形色色的曲线,得到前述各种运动曲线和常用的运动曲线。下面对推导通用简谐梯形曲线的位移、速度、加速度曲线的通用公式,为了简明其间,采用无因此量(大写字母)来表示时间T、位移S、速度V、加速度A,其实际量(小写字母)时间t、位移s、速度v、加速度a以及无因此量
13、与实际量之间的关系如下。实际量为: (2-1)各无因此量为: (2-2)式中h为从动件的实际位移,th为从动件实际的运动时间。无因此量没有单位,且0T1,0S1。设最大正加速度和最大负加速度分别为A1、A2,这时通用简谐梯形曲线的加速度A曲线函数式的表达式如下: A1sinT/2T1 (0TT1) A1 (T1TT2)A1cos(T-T2)/2(T3-T2) (T2TT3)A= 0 (T3TT4) (2-3)-A2sin(T-T4)/2(T3-T4) (T4TT5)-A2 (T5TT6)-A2cos(T-T6)/2(T7-T6) (T6TT7)对式(2-3)分别积分两次可得到速度和位移的表达式
14、,其表达式如下: -2A1(T1-T0)cosT/2(T1-T0)/C1 (T0TT1) A1TC2 (T1TT2) 2A1 (T3-T2)sin(T-T2)/(T3-T2)/C3 (T2TT3)V= C4 (T3TT4) (2-4) 2A2(T5-T4) cos/2(T5-T4)(T-T4)/C5 (T4TT5) -A2TC6 (T5TT6)-2A2 (T7-T6) sin/2(T7-T6)(T-T6)/C7 (T6TT7) -A12(T1-T0)/sinT/2(T1-T0)C1TB1 (T0TT1) 0.5A1TC2TB2 (T1TT2) -A1 2(T3-T2)/ cos(T-T2)/2
15、(T3-T2)C3TB3 (T2TT3)S= C4TB4 (T3TT4) (2-5)A2 2(T5-T4)/ sin(T-T4)/2(T5-T4)C5TB5 (T4TT5)-0.5A2TC6TB6 (T5TT6)A2 2(T7-T6)/ cos(T-T6)/2(T7-T6)C7TB7 (T6TT7)利用T0=0时,V=0与S=0,T=1时V=0与S=1的边界条件及T1-T6处S与V的必须连续的16个连续条件可求出C1-C7,B1-B7,A1,A2共16个未知系数。1边界条件 由T=0时V=0得:-2A1(T1-T0)/C1=0 即C1=2A1(T1-T0)/ (2-6)S=0得:B1=0。 (
16、2-7) 由T=1时V=0得:-2A2(T7-T6)/C7=0 即C7=2A2(T7-T6)/ (2-8) S=1得:C7B7=1 即B7=1-C7 (2-9)2连续条件 T=T1时,V连续得: C1=-A1T1C2 (2-10)S连续得: -A1(2T1/)C1T1B1=0.5A1T1C2T1B2 即B2=-A1 (2T1/)0.5T1(C1-C2) T1 (2-11) T=T2时,V连续得:A1T2C2=C3 即C3=A1T2C2 (2-12) S连续得:0.5A1T2C2T2B2=-A1 2(T3-T2)/C3T2B3 即B3=A1(2(T3-T2)/ )0.5T2 (C2-C3)T2B
17、2 (2-13) T=T3时, V连续得:2A1(T3-T2)/C3=C4, 即C4=2A1(T3-T2)/C3 (2-14) S连续得:C3T3B3=C4T3B4, 即B4=(C3-C4)T3B3 (2-15) T=T4时, V连续得:C4=2A2(T5-T4)/C5, 即C5=-2A2(T5-T4)/C4 (2-16)S连续得:C4T4B4=C5T4B5, 即B5=(C4-C5)T4B4 (2-17) T=T5时, V连续得:C5=-A2T5C6, 即C6=A2T5C5 (2-18)S连续得:A22(T5-T4)/ C5T5B5=0.5A2T5C6T5B6即B6=A2 (2(T5-T4)/
18、) 0.5T5(C5-C6)T5B5 (2-19) T=T6时, V连续得:-A2T6C6=C7, 即C7=-A2T6C6 (2-20) S连续得:-0.5A2T6C6T6B6=A2(2(T7-T6)/) C7T6B7 即B7=-A2(2(T7-T6) /) 0.5T6(C6-C7)T6B6 (2-21)由(2-8)、(2-20)两式可得: (2-22)式中T10=T1-T0,其它类推。由式(2-21)得: (2-23)利用上述的计算结果可以得出运动曲线中位移S、速度V及加速度A,它们是关于时间常数T的函数,把以上公式编成程序得出它们的运动曲线。编程时只需输入曲线编号,利用表2-1所列的各种运
19、动规律的Ti值作为已知数据进行初始化,调用时也只需输入该曲线的固定编号即可。常用曲线的各Ti值列于表2.1中。表2.1 曲线名称 TiT0T1T2T3T4T5T6T7等 速 度00001111等 加 速 度001/21/21/21/211余 弦0001/21/2111摆 线01/41/41/21/23/43/41修 正 等 速01/161/161/43/415/1615/161修 正 梯 形01/83/81/21/27/87/81修 正 正 弦01/81/81/21/27/87/81非 对 称 摆 线01/51/52/52/57/107/101斜 修 正 梯 形01/103/102/52/51
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- 基于 PROE 曲槽槽 轮机 CADCAM 系统 开发