高玉鸿　沈承楠

摘要：凸轮机构广泛运用于各种机械，特别是自动机和自动控制装置。传统的凸轮设计方法有图解法和解析法两种。图解法简单、直观，但设计的精度有限；解析法设计精度高，但计算量大，往往需要编写复杂的计算机程序。利用ADAMS/View强大的分析仿真能力，以负半径滚子推杆盘形凸轮机构为例，通过推杆的运动规律设计出凸轮的轮廓，最后进行运动仿真，验证设计的正确性。

关键词：凸轮轮廓；虚拟样机；运动仿真

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）04-0096-02

凸轮机构广泛运用于各种机械，特别是自动机和自动控制装置。传统的凸轮设计方法有图解法和解析法两种。图解法简单、直观，但设计的精度有限；解析法设计精度高，但计算量大，往往需要编写复杂的计算机程序。

负半径滚子推杆盘形凸轮机构因凸轮、推杆呈凹-凸形态内接触，显著增加了综合曲率半径，降低接触应力且易形成润滑油膜；故其在承载、润滑、减摩耐磨、传动效率和使用寿命等诸多方面，较传统凸轮机构皆具有显著、大幅度的改善提高。许多学者对该类凸轮的设计运用做了系统的研究，得到许多卓有成效的成果。对轮廓设计而言，鉴于凸轮构型诸多，公式复杂，传统解法难以满足实际运用。借助ADAMS/View的强大分析仿真能力，依托传统图解法的思想，本文对该类新型凸轮机构的轮廓设计提出一种全新方法，具体以一例题详尽展开。

一、设计实例

二、凸轮轮廓求解

传统解析法求解凸轮轮廓曲线是根据运动规律曲线推导出凸轮轮廓线上点的坐标与凸轮转角之间的关系方程，其关系方程复杂，计算量大，且需编程进行数据计算。现为简化传统数学建模方法及计算过程，提高设计效率，本文借鉴传统图解法思路，利用ADAMS/View中的建模功能，定义推杆的运动轨迹，应用ADAMS的Create Trace Spline功能快速准确地在凸轮板上自动生成凸轮轮廓曲线。

1.机构模型建立。依托ADAMS/View中的建模模块，建立凸轮机构及凸轮板（用于生成凸轮轮廓曲线），如图1所示。

2.添加约束。现为确定零件连接方式，凸轮板与大地之间设为转动副（Revolute），推杆与大地设为移动副（Tranlate），如图1所示。

3.添加驱动。添加转动副驱动MOTION_R、移动副驱动MOTION_T，以确定零件间相对运动。其中转动副驱动转速为10°/s，移动副驱动用函数定义。

函数公式为：

式中，s1～s4分别指推程运动规律，远休止段，回程运动规律，近休止段。

4.凸轮理论轮廓曲線生成。应用ADAMS的Create Trace Spline模块，在凸轮板上生成轨迹曲线。鉴于可能会出现失真现象，借助ADAMS自动修改功能对凸轮的轮廓曲线进行一定的修改，修正步骤如下：

Spline→NewPart→Closed→Curve→SplinedPionts，得到凸轮轨迹曲线如图2所示。

5.建立凸轮约束。得到凸轮曲线后，去除推杆驱动，建立凸轮与推杆之间的点接触高副约束，并重新进行仿真验证，凸轮轮廓线出现交叉，如图3所示。依照经验，增大滚子半径，取R=340mm，重复上述步骤，得出满足条件的凸轮轮廓。

6.导出凸轮轮廓数据。选中得到的凸轮轮廓曲线，并点击鼠标右键，执行Modify→Values→Location Table→Write步骤，得到文本格式下的轮廓曲线数据，如图4所示。

7.在PRO/E中生成凸轮。打开凸轮轮廓曲线数据，另存为ibl格式，并在文件开头加入以下四行命令：Closed→Arclength→Begin Section→Begin Curve，导入PRO/E生成凸轮实体。

三、凸轮机构运动仿真

得到凸轮实体后，再次导入ADAMS/View中，建立凸轮与推杆的高副约束，并重新进行仿真验证。在Adams/PostProcessor中，导出数据依次为：位移曲线、速度曲线、加速度曲线。

四、结论

基于ADAMS/View软件平台，以直动滚子从动件盘形凸轮机构为例进行凸轮机构设计。在凸轮理论轮廓曲线生成之后导出至Pro/E里进行编辑，得到凸轮的三维模型。再次导入ADAMS进行运动仿真。验证了设计要求，若轮廓出现交叉失真，则仿真出错，并得到凸轮的三维CAD模型。由于已得到凸轮的三维模型，故只须将其导入数控机床，就可生成凸轮零件，降低了设计与加工过程的人力成本，提高了生产效率。

参考文献：

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[6]郑建荣.ADAMS——虚拟样机技术入门与提高[M].北京：机械工业出版社，2002.

Abstracts：Cam mechanism is widely used in all kinds of mechanisms，especially in automatic machine and automatic control device.The traditional cam design method has two kinds of graphic method and analytic method.Graphic method is simple and intuitive，but the precision of the design is limited.The advantage of the analytical method is that the design precision is high，but the computation is large.So it is often required to write complex computer programs.Based on the powerful analysis and simulation function of ADAMS，taking roller translating follower disc cam mechanism for example，the cam contour is designed via the motion pattern of bar.Then simulation is carried out to verify the correctness of the design.

Key words：cam contour；virtual prototype；motion simulation