基于Pro/E圆柱凸轮分度装置的3D参数化设计

　　圆柱凸轮分度装置是自动机、半自动机，以及自动线、半自动线中最常见的中低速间歇传动装置。在阐述其工作原理、设计方法、运动形式以及结构形式的基础上，以Pro/E为三维建模工具，讨论了利用Pro/E对装置中各个零件进行三维建模的基本原理和方法;以圆柱凸轮分度装置的中心距和分度滚子数为已知条件，定义了与其他所有尺寸的参数关系，以二次开发工具PROGRAM为基础，举例阐述了一系列参数化设计的程序和方法，实现了圆柱凸轮分度装置的参数化设计。此参数化设计思路与方法不仅可用于圆柱凸轮分度装置的参数化设计，亦可用于其他凸轮分度装置。

　　引言

　　圆柱凸轮分度装置是一种间歇传动机构，该机构的从动盘的运动规律可以任意选取。因此可以得到良好的运动特性和动力特性，振动、冲击、噪声比较小。特别是当滚子为锥形时，可消除滚子与凸轮廓面接触时的侧隙，实现准确定位。且与弧面分度凸轮机构相比其分度数大，最大可选100，而弧面分度凸轮机构的分度数一般不超过12。由于这些特点，使其广泛应用在轻工、电子、医药等自动化设备中。传统的圆柱凸轮分度装置设计周期长、成本高，已有许多的学者对圆柱凸轮参数化进行了大量的研究，实现了基于各种造型软件圆柱凸轮的参数，这些研究大都集中在摆或直动从动件圆柱凸轮的参数化设计，其凸轮的参数化方法和思路具有一定的参考价值，但对于圆柱分度凸轮的参数化和圆柱凸轮分度装置整体的参数化研究的较少。我们基于面向对象的设计思想，利用Pro/E实现了装置的参数化，有利于圆柱凸分度装置设计的标准化。

1、装置的基本原理

　　圆柱凸轮分度装置的作用是将圆柱凸轮的连续或周期性的旋转运动变为从动件的间歇转动。图1为圆柱分度凸轮机构的结构示意图，凸轮呈圆柱状，凸轮轴线与分度盘轴线垂直交错，滚子轴线与分度盘轴线平行。圆柱分度凸轮是由凸轮廓面与滚子啮合实现分度运动的，凸轮作为主动轴，分度盘作为从动轴旋转。由于凸轮曲线是由曲线部分和直线部分组成，因而形成了分度盘的间歇运动。

2、装置的结构设计

　　2.1、确定圆柱凸轮机构基本参数

图1 圆柱凸轮分度机构的示意图

　　设计圆柱凸轮机构时，设计者需根据工作要求确定该机构的一系列基本参数。圆柱凸轮机构的主要参数包括圆柱凸轮的节圆半径、动程角、分度盘直径及中心距、分度数以及动静比等。

　　由于这些参数之间有着互相联系的各种复杂的函数关系，不能同时都为优先数(优先数由公比分别为10的5、10、20、40、80次方根，且项值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列)，所以在这种情况下，首先应将在经济性和配套互换上有重要影响的参数为优先数。标准时选取了中心距作为系列设计时圆柱凸轮机构的优先数系(优先数系是国际上统一的数值分级制度，优先数系中有任一个相值均称为优先数，优先数系运用的主要目的在于通用化，标准化和系列化)的自变量，同时，其他参数也尽量采用优先数，这样可以达到制造、使用的最佳经济效果。

　　2.2、确定圆柱凸轮在轴上的固定方式

　　圆柱凸轮在轴上的固定方式如图2所示，即凸轮在轴上周向用平键连接，轴向一端用轴肩定位另一端用套筒定位，整个轴系用一对圆锥滚子轴承支撑。

图2 圆柱凸轮在轴上的固定

　　2.3、装置总体设计结果

　　轴输出圆柱凸轮分度装置的最终装配示意图如图3所示。

图3 轴输出圆柱凸轮分度装置

5、总结

　　针对圆柱凸轮分度装置应用的广泛性，设计的复杂性，从参数化和可视化的数字化设计技术出发，基于Pro/E大型CAD软件，利用Program实现了圆柱凸轮分度装置的参数化设计，提高了圆柱凸轮分度装置设计的标准化、集成化、数字化和自动化的程度，从而为圆柱凸轮分度装置的性能研究和企业的系列化产品设计，提供了强有力的保证。同时，也对开发专用的工程设计软件，提供了有价值的设计思想和方法。