本文探討研究了對設計平行分度凸輪機構(gòu)的專家系統(tǒng)的開發(fā)和運動仿真相關內(nèi)容。

　　本文所述的該系統(tǒng)給出了界面友好的參數(shù)輸入對話框，能夠完成機構(gòu)參數(shù)的自動綜合和凸輪輪廓的自動生成，實現(xiàn)了直接在Pro/E環(huán)境下進行仿真。

　　平行分度凸輪機構(gòu)是一種較為復雜的平面共軛凸輪機構(gòu)，其運動過程如圖1所示。該機構(gòu)可將凸輪軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為輸出軸的間歇轉(zhuǎn)動或移動。由于該機構(gòu)與棘輪、槽輪等傳統(tǒng)間歇機構(gòu)相比，具有高轉(zhuǎn)速與高分度精度等優(yōu)點，目前被廣泛應用于各類自動化機械產(chǎn)品中。

圖1 平行分度凸輪機構(gòu)運動簡圖

　　分度凸輪機構(gòu)是靠其工作輪廓曲線來實現(xiàn)預定的分度盤分度轉(zhuǎn)動，其輪廓是根據(jù)最佳的運動規(guī)律包絡而成，通常是由大量的離散點經(jīng)過處理而形成的直紋曲面。如果能夠在加工前，基于三維虛擬設計環(huán)境將平行分度凸輪機構(gòu)的三維實體直觀地繪制出來，實現(xiàn)平行分度凸輪機構(gòu)的三維參數(shù)化設計與運動仿真，將能幫助設計者及時地發(fā)現(xiàn)由于壓力角過大而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動困難、曲率半徑過小而產(chǎn)生的運動失真和加工時產(chǎn)生冗切等問題，以便及時進行修改，提高設計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。對于平行分度凸輪的三維設計與仿真，目前只有基于VC++6.0調(diào)用OpenGL函數(shù)開發(fā)的設計與仿真系統(tǒng)，但是用這種系統(tǒng)要實現(xiàn)仿真需要編制大量的程序來實現(xiàn)。而對于通用的3D設計軟件，如Solidworks、Pro/ENGINEER和CATIA等，由于分度凸輪廓面的特殊性均不能直接滿足設計要求。為了能夠利用Pro/ENGINEER自帶的仿真功能以及后續(xù)的數(shù)控加工功能，本文提出一種在AutoCAD環(huán)境下開發(fā)的生成

　　凸輪二維廓面的系統(tǒng)，然后調(diào)入Pro/ENGINEER環(huán)境生成凸輪的三維實體，與在Pro/ENGINEER環(huán)境下生成的轉(zhuǎn)盤進行裝配與仿真，還可以在此基礎上利用Pro/ENGINEER自帶的數(shù)控加工功能，生成凸輪的數(shù)控加工代碼。

　　一、平行分度凸輪設計專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　本專家系統(tǒng)主要由知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)庫、方法庫和知識庫管理系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　系統(tǒng)采用目前流行的向?qū)υ捒蜻M行參數(shù)的輸入，從而簡化了設計的任務，使用戶能夠很快地使用本專家系統(tǒng)。當用專家系統(tǒng)進行設計時，系統(tǒng)會根據(jù)用戶輸入的事實運用推理機在知識庫中尋找相匹配的規(guī)則，之后在方法庫中調(diào)用相應的方法進行設計。

圖2 平行分度凸輪機構(gòu)專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　二、計算和繪制凸輪輪廓曲線

　　在平行分度凸輪設計系統(tǒng)中，理論輪廓線、壓力角和實際廓線按以下公式設計。

　　1.凸輪理論工作廓面方程為：

　　2.凸輪的壓力角為：

　　轉(zhuǎn)盤分度期的角速度。

　　3.凸輪實際工作廓面方程為：

　　根據(jù)上述公式分別計算出與前排第一個和第三個滾子接觸的凸輪廓線，采用這兩條曲線中向徑較短的部分，該部分即為凸輪分度期的廓線，其余為停歇期廓線，用相切的圓弧來封閉即可。計算并繪制凸輪廓線的方法均是在“確定”按鈕的單擊事件里實現(xiàn)。相關代碼如下所示：

　　Private Sub cmdOk_Click()

　　……

　　計算并繪制凸輪廓線

　　……

　　End Sub

　　三、專家系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)對平行分度凸輪以及凸輪轉(zhuǎn)盤分別設計了出直觀的參數(shù)輸入對話框，設計人員只要在該對話框中輸入相應的參數(shù)即可設計出所要求的凸輪與轉(zhuǎn)盤。

　　1.平行分度凸輪的對話框設計

　　在經(jīng)過了繪制了輪廓曲線之后，利用VBA語言對AutoCAD進行開發(fā)，編制出如圖3所示的平行分度凸輪參數(shù)輸入對話框，其中機構(gòu)頭數(shù)和從動件運動規(guī)律是通過下拉式組合框來選取的，其余參數(shù)通過在文本框輸入數(shù)據(jù)來確定。

圖3 凸輪參數(shù)輸入對話框

　　2.轉(zhuǎn)盤的對話框設計

　　接下來利用VC語言對Pro/ENGINEER進行二次開發(fā)，編制出如圖4所示的轉(zhuǎn)盤參數(shù)輸入對話框。

圖4 轉(zhuǎn)盤參數(shù)輸入對話框

　　四、動態(tài)仿真的實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)直接利用Pro/ENGINEER提供的機構(gòu)仿真功能，而無需編寫大量的源程序。在Pro/ENGINEER的裝配模式下進行元件連接后，添加“驅(qū)動器”即可進行“運動分析”并創(chuàng)建運動記錄，選擇“結(jié)果回放”可以重新演示機械運動、檢驗干涉和定性分析從動運動特性等操作和分析。

　　五、設計實例

　　某平行分度凸輪機構(gòu)，頭數(shù) 1，分度數(shù)10 ，中心距C=160 ，動成角，轉(zhuǎn)盤的運動規(guī)律選用修正正弦曲線。

　　在平行分度凸輪設計的對話框中輸入指定參數(shù)即可在AutoCAD環(huán)境下生成凸輪的二維廓線，將所生成的凸輪二維廓線保存為.dxf格式，然后在Pro/ENGINEER環(huán)境下新建一個Part模塊，點擊“插入→共享數(shù)據(jù)→自文件”打開所保存的.dxf文件，此時會出現(xiàn)一個信息窗口提示用戶保存文件，用戶可選擇坐標系統(tǒng)或缺省，確定后即可將二維廓線調(diào)入Pro/ENGINEER環(huán)境生成三維模型，如圖5所示。

圖5 平行分度凸輪三維模型

　　然后利用轉(zhuǎn)盤設計對話框，輸入指定的參數(shù)，生成的凸輪轉(zhuǎn)盤如圖6所示。

圖6 平行分度凸輪轉(zhuǎn)盤

　　最后在Pro/ENGINEER環(huán)境下完成裝配和仿真，如圖7所示。

圖7 平行分度凸輪機構(gòu)的仿真

　　六、結(jié)論

　　本文對二維及三維設計和訪真軟件進行了綜合運用，開發(fā)了平行分度凸輪機構(gòu)的設計與仿真系統(tǒng)。該機構(gòu)能完成機構(gòu)參數(shù)的自動綜合和凸輪輪廓的自動生成，并且在Pro/ENGINEER環(huán)境下實現(xiàn)了運動仿真而無需編寫大量的源程序。事實證明本系統(tǒng)能夠驗證機構(gòu)設計方案的合理性和各構(gòu)件在運動過程是否發(fā)生干涉，以便設計人員及時改正，提高了機構(gòu)產(chǎn)品設計的效率和質(zhì)量。