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学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在_________年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日目录摘要.......................................................1前言.......................................................21、凸轮机构研究现状........................................31.1目前凸轮机构三维建模的运用和发展趋势..........................31.2现今凸轮机构设计方法和运动分析的选用..............................32、凸轮机构及其设计........................................52.1凸轮机构的分类............................................52.2推杆常用的运动规律.........................................52.3凸轮基圆半径的确定................................................62.4凸轮轮廓曲线的设计.................................................72.5凸轮机构的设计.....................................................83、凸轮机构的三维造型........................................113.1在Pro/E中建立凸轮轮廓曲线的数学表达式.......................113.2凸轮的参数化造型过程..............................................133.3凸轮机构其他组件的绘制............................................244、凸轮机构的运动仿真分析..................................274.1装配模型.................................................274.2进行运动仿真分析..................................................304.3分析结果................................................36总结.......................................................38致谢.......................................................39参考文献...................................................40基于Pro/E的凸轮机构运动仿真分析学生：熊伟指导老师：史永芳三峡大学科技学院摘要：近年来，随着凸轮机构计算机辅助设计和制造的普遍应用，大大提高了设计和加工的效率和质量。凸轮机构的运动仿真分析，通过建立凸轮与从动件的约束关系，对机构元件进行连接和装配，可以很直观地观察到机构的运动情况，并能绘制出机构运动曲线，使设计者能提前掌握并控制机构运动规律及精度，增加设计安全系数。本文以一套对心直动滚子推杆盘形凸轮机构的设计为例，介绍了利用Pro/E绘图软件进行凸轮机构的三维造型和运动仿真分析，通过对设计与仿真结果的对比分析，验证设计方案的正确性和可靠性。关键词：凸轮机构；轮廓曲线；Pro/E；三维造型；运动仿真Absttract：Inrecentyearsthewidelyusingofthecammechanismcomputer-aideddesignandmanufacturinghasgreatlyimprovedtheefficiencyandqualityofdesignandprocessing.MotionsimulationanalysisaboutCammechanism,byestablishingtheConstrain-tingrelationshipbetweencamandfollower,connectingandAssemblingtheMechanismelements,canobservethemotionstateofMechanismdirectly,anddrawitsmotioncurve,sothatthedesignercanmasterandcontrolthemovementofbodiesandprecisioninadvance,thusincreasingthesafetyfactorofdesign.Thispaper,takingasanexampleasetofThecamofthedisccamwiththerollerfolloweroftheheart,introducesthree-dimensionalmodelingandMotionsimulationanalysisofcammechanismbyusingPro/Egraphicssoftware,whichverifiesthecorrectnessandreliabilityofthedesignbycomparativeanalysisofthedesignandsimulationresults.Keywords:cammechanism;contourcurve;Pro/E;three-dimensionalmodeling;motionsimulation前言凸轮机构作为生活中最为常见的机构之一，最大的优点在于只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使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。正因为如此，凸轮机构不可能被数控、电控等装置完全的代替。而现代机械日益向高速发展，凸轮机构的运动速度也越来越高，因此高速凸轮的设计及其动力学问题的研究已经引起普遍重视，并提出了许多适用于在高速条件下采用的推杆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地应用，从而提高了设计和加工的速度以及质量，这也为凸轮机构更广泛的应用创造了条件[1]。随着科学技术的迅速发展，机械产品的运动分析和仿真已经成为机械设计制造中不可或缺的重要环节。在设计机械产品时，通常要进行机构的运动分析，以此来验证机构设计的合理性和可行性。而Pro/E中的运动学分析模块Mechanism可以进行运动学分析和仿真，这样可以使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得非常直观和易于修改，并且能够大大简化机构的设计开发过程，缩短其开发周期，减少开发费用，同时还提高了产品质量。Mechanism模块是Pro/E软件中的一个仿真模块，该模块可以实现对机构的定义，使机构中的零件移动以及对它的运动进行分析和研究。可建立零件之间的连接及装配的自由度，对输入轴添加相应的电机驱动来产生设计要求的运动，在分析机构运动时可以观察和记录分析过程中的一些参数，如位置、速度、加速度等[2]。Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着十分重要的地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据着重要位置。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有的模块。Pro/E的基本特征方式，是能够将设计至生产的全过程集成到一起，合理的运用到工程设计中。它不但可以应用到工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用[3]。1961年,G.W.Morgenthater首次对仿真给出了技术性定义:“仿真意指在实际系统尚不存在的情况下对系统或活动本质的实现”。1982年,Spriet进一步将仿真的内涵加以扩充,认为“所有支持模型建立与模型分析的活动即为仿真活动”。1984年,Oren提出了仿真的基本概念框架———“建模—实验—分析”,并指出“仿真是一种基于模型的活动”。仿真技术是出自于对系统研究的需要,用系统的模型对真实的或设计中的系统进行试验,以达到分析、研究和设计该系统的目的。而计算机仿真就是利用现代的计算机技术,对分析的系统进行数字建模,并根据需要编制相应的程序来对系统模型进行仿真分析的过程。伴随着网络技术、计算机技术、信息技术的应用和发展,计算机仿真技术也迅速发展,同时涌现出了大量成熟的商用仿真软件,典型的有ADAMS、Nastran、Matlab、QUEST和HOPSAN等,可以分别对动力学、热力学、控制系统、生产线和液压系统等各个领域进行仿真分析。这些仿真软件广泛的应用到产品开发过程中,极大地提高了企业的产品设计开发能力。但随着产品的复杂化加剧以及需求的进一步提高,Pro/E软件已经成为全方位的三维产品开发软件,不仅具有建模功能,而且具有仿真模块、有限元分析模块,对于结构简单的机构可以选择Pro/E软件进行简单的仿真分析[4]。1、凸轮机构研究现状1.1、目前凸轮机构三维建模的运用和发展趋势凸轮机构的计算机三维建模和一般零件的三维建模不同，其难度主要存在于凸轮轮廓曲面的复杂性和其运动规律的多样性。目前，凸轮机构的三维建模中，比较常用的方法有坐标输入法和模拟仿真轨迹法。坐标输入法是通过VB（或VC、Matlab）软件编程，或者完全利用三维CAD软件中的参数化方程曲线功能，按照凸轮轮廓曲线的坐标公式计算凸轮的轮廓坐标（x，y，z），再将数据导入到三维软件中进行数据拟合而生成凸轮的零件模型；模拟仿真轨迹法是利用三维CAD软件中的虚拟运动仿真功能，根据凸轮的加工原理，以从动件作为刀具，使凸轮基本体以及从动件模型按照指定的运动规律进行逆向运动，由三维CAD软件自动完成布尔运算，并驱动从动件切割凸轮基本体来自然的形成凸轮的轮廓曲面。从发展趋势来看，凸轮机构的CAD/CAM/CAE一体化设计是未来发展的一个方向，即集三维建模、模拟加工和虚拟运动仿真于一体，开发独立的凸轮参数化设计软件，以实现凸轮机构的快速设计、开发和验证，从而大大的提高凸轮机构的设计效率[5]。1.2、现今凸轮机构设计方法和运动分析的选用对于凸轮机构的设计，一般来说是通过从动件的运动规律求凸轮的轮廓曲线，常用的方法有图解法和解析法。图解法简单，绘图方便，精度不高，但是随着当前凸轮机构在一些精密器械中的应用以及CAD软件的发展，设计者越来越多的采用通过参数方程来精确确定凸轮轮廓曲线的解析法，同时，为了能够进一步的检验凸轮