李雪軍 李 林

（衡陽財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002）

引 言

Auto LISP是由Autodesk公司開發(fā)的一種LISP程序語言(LISP是List Processor的縮寫)。Auto LISP語言作為嵌入在AutoCAD內(nèi)部的具有智能特點(diǎn)的編程語言，通過Auto LISP編程，可對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)，使得AutoCAD通常無法完成的或較為復(fù)雜的繪圖也變得簡(jiǎn)單。

Pro/Engineer是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。本文利用Auto LISP編程功能，在AutoCAD可繪制出復(fù)雜的凸輪輪廓曲線，再把該曲線文件導(dǎo)入Pro/Engineer中，借助Pro/Engineer強(qiáng)大的三維建模功能和仿真模塊，仿真凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，分析其位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 利用Auto LISP編程在AutoCAD中繪制簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪輪廓曲線

1.1 Auto LISP編程

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪輪廓曲線比較復(fù)雜，AutoCAD中一般是繪制不出來的，必須利用 Auto LISP編程，然后在AutoCAD中裝載該程序，程序運(yùn)行后并可自動(dòng)獲得凸輪輪廓曲線。

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律（又余弦加速度運(yùn)動(dòng)）凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是它的加速度正比于其位移，而方向相反。

S=(h/2)*(1-cosθ)

θ=π* (δ/δ0)

推程時(shí)推桿的運(yùn)動(dòng)方程為：

位移方程：S=(h/2)*[1-cos(π* (δ/δ0))]；

速度方程：v=(πhω/2δ0)*sin(π* (δ/δ0))；

加速度方程：а=(π2hω2/2δ02)*cos(π* (δ/δ0))；

回程時(shí)推桿的運(yùn)動(dòng)方程為：

位移方程：S=(h/2)*[1+cos(π* (δ/δˊ0))]；

速度方程： v=-(πhω/2δˊ0)*sin(π* (δ/δˊ0))；

加速度方程：а=-(π2hω2/2δ02)*cos(π* (δ/δˊ0))；

設(shè) h=35, r=50, 0?！?30。推程, 130。～190。遠(yuǎn)程休止，190?！?20?；爻蹋?20?！?60。近程休止。

Auto LISP程序清單如下(用auto LISP繪制簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律的凸輪輪廓線)：

在AutoCAD 2008中，打開菜單【工具】【/AutoLISP(I )】/【Visual LISP編輯器（V）】窗口，在Visual LISP編輯窗口中輸入Auto LISP源程序，然后檢查程序編寫的正確性，檢查無誤后保存文件，加載該程序，并在Visual LISP控制臺(tái)中輸入函數(shù)c：outline，再進(jìn)入AutoCAD的命令窗口輸入outline,就可以在AutoCAD中畫出要畫的凸輪輪廓曲線，如圖1所示。并把僅把凸輪輪廓曲線保存為cam.dxf文件。

圖1

1.2 在Pro/E中創(chuàng)建凸輪的三維模型

（1）運(yùn)行Pro/，在Pro/E中，打開【文件】/【新建】，在彈出的對(duì)話框中選擇【零件】、【實(shí)體】，在名稱欄內(nèi)輸入cam,不選中使用缺省模板，在新文件選項(xiàng)中選用mns_part_solid為模板，單擊【確定】，進(jìn)入Pro/E三維建模環(huán)境。接著再選擇菜單欄【插入】/【共享數(shù)據(jù)】/【自文件】，選擇在 AutoCAD中畫出并保存的 cam.dxf文件，再選擇Pro/E三維建模環(huán)境中的坐標(biāo)系。結(jié)果如圖2所示。

（2）根據(jù)凸輪的幾何尺寸，利用 Pro/E強(qiáng)大的三維建模功能，創(chuàng)建好凸輪的三維模型，如圖3所示。

圖2

圖3

圖 4

2 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

2.1 凸輪機(jī)構(gòu)的裝配

機(jī)構(gòu)裝配是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的前提條件，裝配關(guān)系的正確與否直接影響著運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果。在Pro/E中，打開【文件】/【新建】，在彈出的對(duì)話框中選擇【組件】、【設(shè)計(jì)】，在名稱欄內(nèi)輸入asmcam,不選中使用缺省模板，在新文件選項(xiàng)中選用mns_asm_design為模板，單擊【確定】，進(jìn)入Pro/E機(jī)構(gòu)裝配環(huán)境。接著按照機(jī)構(gòu)裝配法則和各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)副相應(yīng)的約束規(guī)則，把各構(gòu)件進(jìn)行正確的連接，結(jié)果如圖4所示。

2.2 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

在凸輪機(jī)構(gòu)裝配完成后就可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)置了。首先單擊【應(yīng)用程序】/【機(jī)構(gòu)】進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)置環(huán)境，首先向模型中添加伺服電動(dòng)機(jī)，單擊【伺服電動(dòng)機(jī)】按鈕，打開【伺服電動(dòng)機(jī)定義】對(duì)話框，在【類型】選項(xiàng)卡中【從動(dòng)圖元】選擇【運(yùn)動(dòng)軸】，并選擇凸輪回轉(zhuǎn)中心線作為連接伺服電動(dòng)機(jī)人軸；在【輪廓】選項(xiàng)卡中【規(guī)范】組框中選擇“速度”，【初始位置】選擇“當(dāng)前”，【?！窟x擇“常數(shù)”，【A】框中輸入伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為36，【圖形】√選“位置”、“速度”、“加速度”和“在單獨(dú)圖形中”，對(duì)話框內(nèi)容設(shè)置好后，單擊“確定”。接著就可以執(zhí)行運(yùn)動(dòng)分析，單擊【機(jī)構(gòu)分析】，打開【分析定義】對(duì)話框，在【名稱】欄內(nèi)自動(dòng)填寫（如AnalysisDefinition9），在【類型】欄內(nèi)選擇“位置”，確定凸輪運(yùn)動(dòng)的開始時(shí)間為0，中止時(shí)間為10，初始位置選擇“當(dāng)前”，其他選項(xiàng)默認(rèn)系統(tǒng)設(shè)置，單擊【運(yùn)行】按鈕，就可以看到凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情形，單擊點(diǎn)拖動(dòng)工具，就可以拍下機(jī)構(gòu)在某個(gè)位置時(shí)的快照。對(duì)于運(yùn)動(dòng)仿真的過程，還可以進(jìn)行回放，并制成多媒體動(dòng)畫視頻文件，在其他視頻播放軟件中播放。

2.3 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)結(jié)果分析

選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)分析類型，單擊運(yùn)行按鈕可以觀察凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況。單擊【測(cè)量】按鈕，系統(tǒng)彈出【測(cè)量結(jié)果】對(duì)話框，在【圖形類型】欄內(nèi)選擇“測(cè)量與時(shí)間”，在【測(cè)量】欄內(nèi)新建三個(gè)測(cè)量 measure1、 measure2、measure3，分別對(duì)應(yīng)“推桿頂點(diǎn)位移”、“推桿頂點(diǎn)速度”、“推桿頂點(diǎn)加速度”，并按【測(cè)量定義】對(duì)話框的要求一一設(shè)置好，這樣就可以得到分析結(jié)果了。下面圖5是推桿頂點(diǎn)位移曲線、圖6是速度曲線、圖7是加速度曲線，它們都與理論計(jì)算值一致，說明仿真正確。

圖 5

圖 6

圖 7

3 結(jié)論

本文使用Auto LISP與Pro/E軟件聯(lián)合建立了凸輪機(jī)構(gòu)的三維模型，并應(yīng)用 Pro/E軟件的機(jī)構(gòu)模塊（Mechanics）完成了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真。通過對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析可以研究其上各點(diǎn)的軌跡、位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，不僅可以評(píng)價(jià)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是否滿足工作要求，機(jī)構(gòu)是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，而且還可以通過仿真方案，修改凸輪的曲線參數(shù)來改變從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通過改變更新裝配主模型達(dá)到對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為凸輪機(jī)構(gòu)的研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供一種全新而可靠的方法。

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