UG在平行分度凸轮设计中的应用

衣振芹1徐国功2池瑞亮3

（1.潍坊工商职业学院山东潍坊262200；2.山东汇通机械制造有限公司山东潍坊262200；3.锦秀机械有限公司，山东潍坊262200）

摘要：本文简介了所设计的平面分度凸轮在生产中的应用情况，介绍了平行分度凸轮机构理论廓线的计算方法，以分度凸轮机构为例，介绍了如何利用三维软件对平行分度凸轮机构进行建模、运动仿真、生成二维工程图等设计过程。

关键词：平行分度凸轮UG三维造型设计

平行分度凸轮机构作为间歇机构，在机床、纺织、食品、包装等自动机械中有着广泛的应用。与圆柱凸轮机构相比，它具有输入输出轴平行、刚性好、分度数多、分度精度高、传动转矩大、运动平稳、易于制造等优点，既可以采用内啮合，也可以采用外啮合，与齿轮传动配合可产生多种形式的传动方案，满足多种应用场合的使用要求。其缺点是设计过程复杂，设计质量不易保证。

一、平行分度凸轮机构设计

1.设计方法

平行分度凸轮机构的设计常采用的方法有两种，一种是作图法，另一种是解析法。作图法的误差大，只能用于低速和不重要的场合，对于高速、高极端的平行分度凸轮机构必须用解析法进行设计。解析法计算量大，因此，探索平行分度凸轮机构的计算机辅助设计方法，对提高平行分度凸轮机构的设计效率具有重要的意义。

2.平行分度凸轮理论廓线设计

图1、两片式平行凸轮简图

图1中凸轮与滚子1啮合的理论廓线方程为：

xt=Rpsin（θ+φ-φ10-λ）-Csin（θ-φ10-λ）

yt=-Rpcos（θ+φ-φ10-λ）-Ccos（θ-φ10-λ）

式中：θ为凸轮转角；

λ为计算辅助用；

λ＝arctan（）。

图1中凸轮与滚子1啮合实际轮廓的方程为：

xk=xt-Rrcos（θ+φ-φ10-λ+α）

yk=yt-Rrsin（θ+φ-φ10-λ+α）

式中：α为压力角的计算值，按下式计算，可以大于或小于90°。

α=arctan〔Ccosφ-Rp（1+）〕/(Csinφ）

凸轮与滚子3啮合的方程为：

（1）在凸轮上建立辅助动坐标系O1x`y`，O1x`与第3滚子的中心的起始位置F30和O1连线重合，将上述公式中所有φ10均用φ30代替后，求出x`t、y`t和x`k、y`k。

（2）将x`和y`用下列坐标变换公式演化为在O1xy坐标系中的xt、yt和xk、yk。

x=x`cos（θ10-θ30）-y`sin（θ10-θ30）

y=x`sin（θ10-θ30）+y`cos（θ10-θ30）

二、设计的过程和方法

1.设计的流程

（1）编制程序进行凸轮轮廓点坐标的计算

根据上述轮廓及压力角方程，使用VisualBasic语言编制轮廓计算程序，按照凸轮从动件的运动规律，对凸轮的实际平面轮廓进行逐点计算，并将计算所得的一系列坐标点按照UG软件要求的格式输出到扩展名为.dat的文本文件中。

（2）使用UG软件进行建模

应用UG软件的“曲线”——“来自文件的点”功能将上述计算程序的输出文件计算出来的系列点输入到UG软件中，这样在UG软件中就可以生成凸轮的外形轮廓平面曲线；然后使用UG软件的拉伸、回转、扫掠、钻孔和阵列等功能，完成凸轮及从动盘的三维造型设计。利用UG软件完成的凸轮及从动盘如图2所示。

图2、平行分度凸轮模型

在对平行凸轮及从动盘建模完成后，可继续对分度装置的箱体、传动轴、联轴器等相关零件进行建模操作。

2.运用UG软件进行装配和虚拟调试

所有零件建模完成后，进入装配模块，装配的过程中可以通过“固定”装配约束先把箱体件进行定位，然后将凸轮、轴、轴承等零件通过“自动判断中心”、“接触”、“对齐”等装配约束逐步装配到箱体上，这样即可完成平行凸轮分度装置的建模及装配过程。

3.运动仿真及干涉检查

在对平行凸轮分度装置建模完成后，可以对其进行旋转，从不同的角度观察凸轮及从动件的啮合情况，看其是否会产生干涉。在“视图”工具条中还有“剪切工作面”、“编辑剪切工作面”等工具对整个装配进行剖切以查看其内部结构。

运用UG的运动仿真模块可以进行三维动态运动仿真，实现平行凸轮及其从动件的运动模拟操作。运动仿真不仅可以动态模拟整个系统的运动过程，而且还可以把这些运动过程制成AVI格式的影片文件，脱离UG软件本身独立播放，把平行凸轮及其从动件的运动状况清晰地展示出来。

4.二维工程图的生成

平行凸轮分度装置设计完成之后，可以进入UG制图模块，利用已建立的零件和装配体模型生成二维工程图，用于生产部门指导零件的加工。UG系统可根据三维模型的尺寸自动生成二维尺寸并可以灵活调整尺寸的种类和位置，设计者只需对其稍加修改即可。当修改零件或装配体的尺寸时，二维工程图会自动更新，利用此模块生成工程图非常方便快捷，在此模块中可以完成所有传统的二维软件的标注任务。另外ＵＧ绘制的工程图可以转化为DXF、DWG等格式，以使用AutoCAD等软件编辑修改工程图。

三、结束语

目前随着科技的发展，平行分度凸轮的应用越来越广泛，运用UG软件进行平行分度凸轮的开发过程是在全三维的环境中完成的，所以在实际生产制造过程中，没有发现任何由于设计形状和尺寸上的错误带来的问题，在实际的生产过程中运行良好。后期又在此基础上进行了多次的技术改造，由于是用UG进行的零部件的修改和更新，大大减少了不必要的浪费，缩短了新产品的开发周期，加速了新产品的推广和应用。

参考文献

[1]张云杰陈锋正白晶UGNX6.0零件与装配设计[M].北京：清华大学出版社，2010。

[2]朱万胜李延龙张作龙基于SolidWorks的油管试压机造型设计[J].机械设计与制造，2007,1：31～33。