通过Excel与Solidworks的应用做三维设计

0 引言 凸轮机构是使从动件按预定规律运动的高副机构，作为机械式信息储存与传递的基本元 件,被广泛地应用于各种自动机械中。按凸轮机构的封闭方式可将凸轮分为力封闭式和几何 封闭式2 种，利用重力、弹簧或气压等外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触的称为力封闭 凸轮机构，利用凸轮的几何形状使从动件和凸轮轮廓始终保持接触的则为几何封闭式凸轮机 构，直动推杆凸轮机构属于第一种。凸轮机构在许多引进的设备和自动化生产线中都得到了 广泛应用。

凸轮机构中，凸轮一般由一对刚性连接联、同轴安装的凸轮组成。下面以偏置直动滚子 推杆从动件为例说明凸轮的设计过程。[8] 1 凸轮轮廓线设计 根据实际需求设计一种偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构中的凸轮。已知凸轮轴置于中心 线右侧，偏距e = 20mm，基圆半径r 50mm 0 = ，滚子半径r mm r =10 。凸轮以等角速度沿 顺时针方向回转，在凸轮转过120???? 1 δ = 的过程中，推杆按正弦加速度运动规律上升 h = 50mm；凸轮继续转过30???? 2 δ = 时，推杆保持不动；其后，凸轮再回转角度60???? 3 δ = 时，推杆又按余弦加速度运动规律下降至起始位置；凸轮转过一周的其余角度时，推杆静止不动。

本设计应对理论轮廓线，工作轮廓线一次按照各个阶段的运动规律求解，按解的结果连 出相应轮廓线。[1]~[3] 1.1 求理论轮廓线 对于偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构，凸轮理论轮廓线上滚子中心的直角坐标为 ( )sinδ cosδ 0 x = s + s + e ( )cosδ sinδ 0 y = s + s − e 式中s (r 2 e2 ) (502 202 ) 45.83mm 0 0 = − = − = a，推程阶段 sin(3 )] 通过以上公式[4]，利用Excel 每隔5°求解出相应的值[5]，如表1 所示。绘制轮廓曲线 如图1 所示，(这里只求出理论轮廓线，通过Solidworks 草图绘制里面的等距功能就可以建 模与仿真，从而省去计算工作轮廓计算的繁琐过程) 2 Solidworks 中建模仿真 2.1 Solidworks 三维造型 在 Solidworks 中导入坐标文件，生成凸轮的理论轮廓曲线，等距后生成凸轮的工作轮廓 曲线，生成三维图，如图2 所示（其中绿色线条为理论轮廓线）[6]：2.2 有限元分析 由于凸轮的运动会因为凸轮在运动过程中的变形而产生运动的波动，因此对凸轮的设计 要进行变形的分析。

在进行有限元分析的时候首先要进行材质的赋予和划分网格等前序处理措施，图3 是在 Solidworks 中的有限元网格的划分和受力的情况通过仿真后的曲线可以看出，推杆的行程是50mm，速度及加速度曲线符合设计所要求 的规律，并且速度曲线没有明显的尖点，加速度曲线由于仿真条件按照实际情况加入了冲击 力、外力、摩擦等系数的设定，与理想曲线有一定差别，总体趋势是正确的 3 结论 本文针对凸轮的广泛应用，进行凸轮理论廓线的设计和机构建模仿真，使得凸轮的运动 性能在凸轮实际制造以前就清楚地呈现给设计者和制造者,为以后凸轮机构的设计研究提供了方便、有效的方法,在实际应用中有一定的意义。