CN107657134A - 一种基于Creo的弧面分度凸轮建模方法 - Google Patents
一种基于Creo的弧面分度凸轮建模方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于Creo的弧面分度凸轮建模方法,建模包括如下步骤:建立弧面分度机构的动坐标系和静坐标系;根据间歇运动规律及弧面分度凸轮和分度盘的啮合原理建立啮合点的RPY变换矩阵;建立并求解矩阵变换方程,得出啮合点在定坐标系中的笛卡尔坐标值;根据所求取的啮合点的空间坐标值,在Creo软件中编制弧面分度凸轮建模程序,绘制啮合曲线;将曲线分别拟合,修正填充凸轮实体,得到弧面分度凸轮三维模型。本发明所提供的技术方案借助Creo软件强大的CAD曲面建模功能,提供了精确建立弧面分度凸轮模型的方法,此种方法可以大幅提高弧面分度凸轮的设计效率和正确性。
Description
技术领域
本发明属于凸轮建模方法技术领域,特别是涉及一种基于Creo的弧面分度凸轮建模方法。
背景技术
弧面分度凸轮传动机构的结构简单,刚性好,轴向空间小,承载能力强,而弧面凸轮在高速高精度传动和分度运动中有着不可替代的优越性。弧面分度凸轮工作廓面的准确性将直接影响传动与分度的精度、导致机构磨损以及缩短使用寿命,所以弧面分度凸轮工作廓面模型的准确绘制对整个机构的传动来说至关重要,由于其工作廓面是空间不可展曲面,很难用常规的机械制图等方法进行测量或表达,目前弧面凸轮的主要加工方法为应用传统范成法对凸轮进行加工修形,通过对其工作廓面进行多切避让的方法来实现对弧面分度凸轮轮廓的修行加工,此种建模的方法需要花费大量的时间,周期长,效率低,通用性差。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于Creo的弧面分度凸轮建模方法。该建模方法解决了现有弧面分度凸轮建模效率低下的问题;为弧面凸轮分度机构系统的设计、制造和模拟运动作业提供了理论依据,大幅提高弧面分度凸轮的设计效率和正确性;为弧面分度凸轮三维模型提供了一套有效的建模方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
一种基于Creo的弧面分度凸轮建模方法,其特征是按如下步骤进行:
步骤1、弧面凸轮机构坐标系的建立:分别建立弧面分度凸轮机构的固定坐标系O1-X1Y1Z1和固定坐标系O2-X2Y2Z2,固定坐标系O1-X1Y1Z1的原点O1位于凸轮转动中心处,固定坐标系O2-X2Y2Z2的原点O2位于分度盘的转动中心处;其中固定坐标系O1-X1Y1Z1中坐标轴X1的方向平行于O2O1且与其同向,Z1的方向由右手定则确定,即右手紧握凸轮轴,四指指向与凸轮转向相同,此时拇指所指方向即为Z1方向;固定坐标系O2-X2Y2Z2中坐标轴X2的方向平行于O2O1且与其同向平行于O2O1且与其同向,Y2的方向平行于Z1且与其同向;建立动坐标系o1-x1y1z1和动坐标系o2-x2y2z2,动坐标系o1-x1y1z1固连于凸轮并随凸轮的转动而转动,动坐标系o1-x1y1z1的原点o1位于凸轮的转动中心处,动坐标系o1-x1y1z1坐标轴x1、y1、z1的初始方向分别与固定坐标系O1-X1Y1Z1的坐标轴X1、Y1、Z1相同;动坐标系o2-x2y2z2固连于分度盘并随分度盘的转动而转动,动坐标系o2-x2y2z2的原点o2位于分度盘的转动中心处,动坐标系o2-x2y2z2坐标轴x2与分度盘转子No.2的自转轴线共线,方向由o2指向分度盘转子No.2,坐标轴z2平行于Z2且与其同向;当凸轮转动角度为θ时,x1与X1之间的夹角为θ;x2与X2之间的夹角为;
步骤2、建立坐标系间的RPY旋转坐标变换矩阵:
动坐标系o1-x1y1z1在定坐标系O1-X1Y1Z1中的RPY旋转坐标变换矩阵为:其中sθ表示sinθ,cθ表示cosθ,其余同理;动坐标系o2-x2y2z2在定坐标系O2-X2Y2Z2中的RPY旋转坐标变换矩阵为:定坐标系O2-X2Y2Z2在定坐标系O1-X1Y1Z1中的RPY旋转坐标变换矩阵为
步骤3、建立弧面分度凸轮啮合点的坐标变换约束方程并求解
建立分度盘上啮合点P2在定坐标系O2-X2Y2Z2中的坐标变换约束方程:
其中,为分度盘上的啮合点P2在动坐标系o2-x2y2z2中的直角坐标值;
建立分度盘上啮合点P2在定坐标系O1-X1Y1Z1中的坐标变换约束方程
P1=R(X1,90°)·P2+T (2)
其中,P1为凸轮上的啮合点在定坐标系O1-X1Y1Z1中的表示,为P1在动坐标系o1-x1y1z1中的坐标值;T=[-|O1O2| 0 0]T=[-a 0 0],a为凸轮中心与分度盘中心之间的距离;
将坐标变换约束方程(1)带入(2)中,求解矩阵方程,得到凸轮工作廓线上啮合点的坐标值:
步骤4、建立弧面分度凸轮三维模型,并以标准格式保存输出
通过步骤3所得的工作廓线上啮合点的坐标值建立工作廓线三维曲线,借助Creo软件的曲线拟合功能,将工作廓线拟合成曲面,对上述曲面进行缝合,得到凸轮三维实体模型,最后以PRT标准格式保存输出。
本发明具有的优点和积极效果是:本发明所提供的技术方案借助Creo软件强大的CAD曲面建模功能,提供了精确建立弧面分度凸轮的模型的方法,此种方法可以大幅提高弧面分度凸轮的设计效率和正确性;解决了现有弧面分度凸轮建模效率低下的问题;为弧面凸轮分度机构系统的设计、制造和模拟运动作业提供了理论依据。
附图说明
图1是弧面分度凸轮建模方法流程图;
图2是弧面分度凸轮机构原理图;
图3是弧面分度凸轮工作廓线三维曲线图;
图4是弧面分度凸轮工作廓线拟合实体图;
图5是弧面分度凸轮三维模型图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
请参阅图1至图5,一种基于Creo的弧面分度凸轮建模方法,按如下步骤进行:
步骤1、弧面凸轮机构坐标系的建立:分别建立弧面分度凸轮机构的固定坐标系O1-X1Y1Z1和固定坐标系O2-X2Y2Z2,固定坐标系O1-X1Y1Z1的原点O1位于凸轮转动中心处,固定坐标系O2-X2Y2Z2的原点O2位于分度盘的转动中心处;其中固定坐标系O1-X1Y1Z1中坐标轴X1的方向平行于O2O1且与其同向,Z1的方向由右手定则确定,即右手紧握凸轮轴,四指指向与凸轮转向相同,此时拇指所指方向即为Z1方向;固定坐标系O2-X2Y2Z2中坐标轴X2的方向平行于O2O1且与其同向平行于O2O1且与其同向,Y2的方向平行于Z1且与其同向;建立动坐标系o1-x1y1z1和动坐标系o2-x2y2z2,动坐标系o1-x1y1z1固连于凸轮并随凸轮的转动而转动,动坐标系o1-x1y1z1的原点o1位于凸轮的转动中心处,动坐标系o1-x1y1z1坐标轴x1、y1、z1的初始方向分别与固定坐标系O1-X1Y1Z1的坐标轴X1、Y1、Z1相同;动坐标系o2-x2y2z2固连于分度盘并随分度盘的转动而转动,动坐标系o2-x2y2z2的原点o2位于分度盘的转动中心处,动坐标系o2-x2y2z2坐标轴x2与分度盘转子No.2的自转轴线共线,方向由o2指向分度盘转子No.2,坐标轴z2平行于Z2且与其同向;当凸轮转动角度为θ时,x1与X1之间的夹角为θ;x2与X2之间的夹角为;
步骤2、建立坐标系间的RPY旋转坐标变换矩阵:
动坐标系o1-x1y1z1在定坐标系O1-X1Y1Z1中的RPY旋转坐标变换矩阵为:其中sθ表示sinθ,cθ表示cosθ,其余同理;动坐标系o2-x2y2z2在定坐标系O2-X2Y2Z2中的RPY旋转坐标变换矩阵为:定坐标系O2-X2Y2Z2在定坐标系O1-X1Y1Z1中的RPY旋转坐标变换矩阵为
步骤3、建立弧面分度凸轮啮合点的坐标变换约束方程并求解
建立分度盘上啮合点P2在定坐标系O2-X2Y2Z2中的坐标变换约束方程:
其中,为分度盘上的啮合点P2在动坐标系o2-x2y2z2中的直角坐标值;
建立分度盘上啮合点P2在定坐标系O1-X1Y1Z1中的坐标变换约束方程
P1=R(X1,90°)·P2+T (2)
其中,P1为凸轮上的啮合点在定坐标系O1-X1Y1Z1中的表示,为P1在动坐标系o1-x1y1z1中的坐标值;T=[-|O1O2| 0 0]T=[-a 0 0],a为凸轮中心与分度盘中心之间的距离;
将坐标变换约束方程(1)带入(2)中,求解矩阵方程,得到凸轮工作廓线上啮合点的坐标值:
步骤4、建立弧面分度凸轮三维模型,并以标准格式保存输出
通过步骤3所得的工作廓线上啮合点的坐标值建立工作廓线三维曲线,借助Creo软件的曲线拟合功能,将工作廓线拟合成曲面,对上述曲面进行缝合,得到凸轮三维实体模型,最后以PRT标准格式保存输出。
本发明所提供的技术方案借助Creo软件强大的CAD曲面建模功能,提供了精确建立弧面分度凸轮的模型的方法,此种方法可以大幅提高弧面分度凸轮的设计效率和正确性;解决了现有弧面分度凸轮建模效率低下的问题;为弧面凸轮分度机构系统的设计、制造和模拟运动作业提供了理论依据。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (1)
1.一种基于Creo的弧面分度凸轮建模方法,其特征是按如下步骤进行:
步骤1、弧面凸轮机构坐标系的建立:分别建立弧面分度凸轮机构的固定坐标系O1-X1Y1Z1和固定坐标系O2-X2Y2Z2,固定坐标系O1-X1Y1Z1的原点O1位于凸轮转动中心处,固定坐标系O2-X2Y2Z2的原点O2位于分度盘的转动中心处;其中固定坐标系O1-X1Y1Z1中坐标轴X1的方向平行于O2O1且与其同向,Z1的方向由右手定则确定,即右手紧握凸轮轴,四指指向与凸轮转向相同,此时拇指所指方向即为Z1方向;固定坐标系O2-X2Y2Z2中坐标轴X2的方向平行于O2O1且与其同向平行于O2O1且与其同向,Y2的方向平行于Z1且与其同向;建立动坐标系o1-x1y1z1和动坐标系o2-x2y2z2,动坐标系o1-x1y1z1固连于凸轮并随凸轮的转动而转动,动坐标系o1-x1y1z1的原点o1位于凸轮的转动中心处,动坐标系o1-x1y1z1坐标轴x1、y1、z1的初始方向分别与固定坐标系O1-X1Y1Z1的坐标轴X1、Y1、Z1相同;动坐标系o2-x2y2z2固连于分度盘并随分度盘的转动而转动,动坐标系o2-x2y2z2的原点o2位于分度盘的转动中心处,动坐标系o2-x2y2z2坐标轴x2与分度盘转子No.2的自转轴线共线,方向由o2指向分度盘转子No.2,坐标轴z2平行于Z2且与其同向;当凸轮转动角度为θ时,x1与X1之间的夹角为θ;x2与X2之间的夹角为;
步骤2、建立坐标系间的RPY旋转坐标变换矩阵:
动坐标系o1-x1y1z1在定坐标系O1-X1Y1Z1中的RPY旋转坐标变换矩阵为:其中sθ表示sinθ,cθ表示cosθ,其余同理;动坐标系o2-x2y2z2在定坐标系O2-X2Y2Z2中的RPY旋转坐标变换矩阵为:定坐标系O2-X2Y2Z2在定坐标系O1-X1Y1Z1中的RPY旋转坐标变换矩阵为
步骤3、建立弧面分度凸轮啮合点的坐标变换约束方程并求解
建立分度盘上啮合点P2在定坐标系O2-X2Y2Z2中的坐标变换约束方程:
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其中,为分度盘上的啮合点P2在动坐标系o2-x2y2z2中的直角坐标值;
建立分度盘上啮合点P2在定坐标系O1-X1Y1Z1中的坐标变换约束方程
P1=R(X1,90°)·P2+T (2)
其中,P1为凸轮上的啮合点在定坐标系O1-X1Y1Z1中的表示, 为P1在动坐标系o1-x1y1z1中的坐标值;T=[-|O1O2| 0 0]T=[-a 0 0],a为凸轮中心与分度盘中心之间的距离;
将坐标变换约束方程(1)带入(2)中,求解矩阵方程,得到凸轮工作廓线上啮合点的坐标值:
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步骤4、建立弧面分度凸轮三维模型,并以标准格式保存输出
通过步骤3所得的工作廓线上啮合点的坐标值建立工作廓线三维曲线,借助Creo软件的曲线拟合功能,将工作廓线拟合成曲面,对上述曲面进行缝合,得到凸轮三维实体模型,最后以PRT标准格式保存输出。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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