《凸轮式间歇运动机构》讲解大纲 (UG NX版)

适用对象：已掌握UG基础建模，希望理解复杂机构并通过运动仿真进行验证的学习者。
核心目标：理解三种典型凸轮间歇机构原理，掌握在UG中完成“建模-装配-仿真-分析”全流程。

第一部分：概念与运动原理 (理论铺垫)

什么是间歇运动？

定义：主动件连续运动→ 从动件“转-停-转”的周期性运动。

应用场景：转盘工位机、电影放映机、机床刀架转位。

凸轮式间歇机构的特点

优点：精度高、高速性能好、运动规律可设计（区别于槽轮机构）。

分类：圆柱分度凸轮、弧面分度凸轮、平面凸轮。

核心参数（需在UG表达式中体现）

分度期/停歇期 (Φh / Φf)

分度数 (如从动盘有6个滚子 → 每转1/6圈停一次)

滚子数 z、中心距 C、凸轮转速 ω、压力角 α (关键校核项)

第二部分：典型结构设计 (UG建模篇)

(推荐选择：弧面分度凸轮 - 难度适中且最具代表性)

模块2.1 参数化建模准备（重中之重）

在UG 表达式 (工具→表达式) 中定义全局变量：

C=80 (中心距), R=20 (滚子半径), L=60 (转臂长)

N=6 (滚子数), Phi_h=120 (分度期转角), Phi_f=60 (停歇期)

核心公式：凸轮的极径与相位角之间的函数关系（提供两种常见运动规律）：

正弦加速度：s=Phi_h*(t/T - sin(2π*t/T)/(2π)) → 适用于中高速、无刚性冲击。

修正梯形：综合性能更好，但计算稍复杂。

模块2.2 从动件（转盘）建模

造型：圆盘 + 绕圆心分布的 N 个圆孔/圆柱滚子。

关联性：滚子中心分布圆直径 d = 2*L，利用阵列特征并与表达式 N 链接。

模块2.3 凸轮轮廓曲面建模（难点 + 核心）

方法 A (最直观)：使用 “整体变形” (Insert → Home →曲面 → 整体变形)。

思路：先画一个规则圆柱体，将“分度期滚子中心运动轨迹”作为变形曲线，生成凸轮曲面。

方法 B (更精确，推荐)：使用 “根据方程创建规律曲线” (Curve → Law Curve)。

步骤：根据选定的运动规律（如正弦加速度），编写 x(t), y(t), z(t) 方程，生成 “从动件滚子中心的接触线”。

然后：用这条曲线作为引导线，通过 “扫掠” (Swept) 或 “网格曲面” (Through Curve Mesh) 修剪出凸轮实体。

模块2.4 校核与修正

检查压力角是否过陡（软件测量曲面法向与运动方向夹角）。

若干涉，返回表达式修改 中心距C 或 从动件转角，实现参数驱动设计。

第三部分：运动仿真与验证 (UG 运动仿真篇)

模块3.1 装配与运动副定义

导入零件：凸轮(主动)、转盘(从动)、机架(大地)。

运动副：

凸轮→ 旋转副，施加恒定驱动速度 (如 360 deg/s)。

转盘→ 旋转副，无驱动。

模块3.2 关键——接触与耦合

方法 1 (刚体接触，耗CPU)：对每个滚子和凸轮曲面定义 3D 接触。适合观察冲击，但计算慢。

方法 2 (耦合副，推荐)：使用 “线缆副” 思路或 “齿轮齿条副” 变体，或直接在 “函数驱动” 中将转盘转角定义为凸轮转角的函数 f(θ)。

实操演示：解算后输出 “转盘角位移 vs 时间” 曲线，验证其是否在一个周期内台阶式上升。

模块3.3 结果分析

检查 速度/加速度曲线 是否连续（判断是否存在冲击）。

制作对比方案：修改运动规律（正弦加速度 vs 等速），观察加速度曲线的突变点。

第四部分：总结与拓展

UG 工具回顾

表达式 如何驱动整个机构变参数。

规律曲线 如何解决复杂凸轮曲面建模难题。

运动仿真 如何替代实物样机验证运动可行性。

常见工程问题

凸轮曲面加工：如何导出点云数据 (IGES/STL) 对接数控编程。

动力学补充：如需校核力矩和振动，可引入 “ReCurDyn” 等专业多体动力学软件（可简单介绍与UG的协同）。

课后延伸思考

如果要求 “高速且大扭矩” ，应该选择圆柱还是弧面分度凸轮？

如何设计 “可调停歇比” 的凸轮？（提示：修改滚子半径分布或凸轮曲线槽）