煤矿机械CoalMineMachineryVol.36No.03Mar.2015第36卷第03期2015年03月系统发热，对各密封元件的保护和液压油的黏度控制都起到了积极作用。（3）联轴器的选用联轴器也是电机泵组内部设计的重点内容之一。在联轴器的选择上，考虑过多种型式，原MK系列全液压分体钻机常采用的弹性套式联轴器，具有一定的抗冲击性，且易损件减震垫更换方便等优点，但也存在同轴性要求较高等缺点。全液压履带钻机选用了梅花型弹性联轴器，抗冲击性好，对同轴性要求相对较低，且易损件寿命较长，对于部件紧凑设置的整体式机型意义明显。3.2油箱设计过滤系统设计是提高液压系统可靠性的重要环节，液压机械的很多故障就是由于油液中的杂质引起的。为了保证在煤矿井下恶劣条件下油液的清洁，在油箱上部设置空气滤清器，用于平衡油箱内外的气压差，同时也为灌装新油时过滤油液内的杂质，油箱上部设计有一个泄油集合块，所有泵、马达以及其他机构的泄油全部集中于此泄油块然后回到油箱。油箱内部设计有专门接收泄油的盒体，盒体上开有放油口，保证执行机构的泄油不会污染油箱。马达、操纵台的回油口设置了过滤精度很高的回油过滤器，将已经混入的杂质和机械磨损的铁屑阻止在此，防止再次进入液压系统。为了更好地过滤磨损的铁屑等杂质，油箱上设置了磁性滤油器，并在油箱中固定安放了永久性磁铁。吸油管的入口处装有100～200目的粗过滤器，它的通油能力大于相应泵流量的2倍。在油箱外的吸油管端装有截止阀，更换和维修泵时可以关闭截止阀，减少油液的浪费。每个泵单独配置吸油滤油器和截止阀，保证了每个泵吸油时互不干扰，同时，安装、检修、更换滤芯也都更加方便。油箱侧壁装有液位液温计，用于观察油箱内油液的量和脏污程度以及油温。为了便于清洗油箱以及安装吸油滤油器，油箱上盖的开口设计较大，周边安装密封圈保证外部液体不会进入油箱内。采用了以上手段后，油液的清洁度有了充分保证，不仅提高了油液的使用寿命，也降低了钻机的故障率。4结语履带式全液压钻机泵站的设计，不仅提高了系统工作的可靠性，而且结构更加合理，外形更加美观。该泵站采用了恒压变量轴向柱塞泵，不仅可以调节流量，而且结构紧凑、效率高。实践证明，该系列泵站系统在多个煤矿推广使用，各项性能稳定可靠，受到用户的好评。参考文献：［1］邬迪，孙保山，方鹏，等.ZDY850S型煤矿用全液压坑道钻机的设计［J］.煤矿机械，2011，32（12）：36-38.［2］何存兴，张铁华.液压传动与气压传动［M］.武汉：华中科技大学出版社，2000.［3］姚宁平，张杰，李乔乔.煤矿井下近水平定向钻进技术研究与应用［J］.煤炭科学技术，2011,39（10）:53-57.作者简介：刘智（1982-），内蒙古乌海人，助理研究员，硕士研究生，现从事煤矿坑道钻机的设计研发工作，电子信箱：liuzhi030191@sina.com.责任编辑：王海英收稿日期：2014－11－19!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!doi:10.13436/j.mkjx.201503018基于Matlab和Creo的圆柱分度凸轮的设计李建功，王晓月(河北联合大学机械工程学院，河北唐山063009)摘要：用空间解析几何这种容易理解的方法得到了凸轮廓面方程，避免了繁锁的数学推导和计算，再运用Matlab语言编程，绘制出廓面曲线，并将数据通过.ibl格式的文件导入到Creo中生成凸轮三维实体模型，有利于这种凸轮的设计和制造。关键词：圆柱分度凸轮；廓面方程；MATLAB；Creo中图分类号：TH132.47文献标志码：A文章编号：1003－0794（2015）03－0038－03DesignforCylindricalIndexingCamBasedonMatlabandCreoLIJian-gong，WANGXiao-yue(CollegeofMechanicalEngineering,HebeiUnitedUniversity,Tangshan063009,China)Abstract:Thepaperusedspaceanalyticgeometrytoobtaintheequationsofthecamprofiles.Avoidedtheabstrusemathematicaldeductionandcalculationofpredecessors.UsingMatlabprogramminglanguage,drawtheprofileofcamcurvewiththewaytographically.Putthe.iblfileintoCreotoobtaintheentitymodelofcam.Achievedthefunctiontodesignandmanufacturethiscamconveniently.Keywords:cylindricalindexingcam；contoursurfaceequation；Matlab；Creo38

0引言对于圆柱分度凸轮廓面的设计多采用包络理论等方法，需要具备深厚的数学理论基础才能完成，对此方法的推广和应用带来了一定的困难。通过采用空间解析几何这种新方法来建立同样适用于圆柱滚子和圆锥滚子的圆柱分度凸轮廓面方程，再利用Matlab语言简单的编程得到凸轮廓面曲线，导入到Creo中来生成凸轮实体，避免了要求专业知识很强的二次开发等手段，方便了圆柱分度凸轮机构的设计。1建立凸轮的廓面方程图1所示的圆柱分度凸轮机构中，凸轮以角速度ω1匀速转动。以凸轮轴线和W面的交点为原点，以凸轮轴线为Z轴建立坐标系。ψ02为分度盘静止时滚子2的初位角，rp为分度盘节圆半径，B为滚子宽度，C为中心距。圆柱分度凸轮轮廓展开图如图2所示，其动程段廓面由4部分组成，从上至下依次表示为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。下面以廓面Ⅲ为例，说明各廓面方程的建立过程。（a）（b）图1圆柱分度凸轮机构几何关系图1、2、3.分度盘上的圆锥形滚子4.凸轮5.分度盘6.圆锥滚子图2圆柱分度凸轮轮廓展开图选取运动规律，建立角位移方程ψ=ψ（δ）和角速度方程dψ/dδ=ψ′（δ）。利用“反转法”求解的过程中，滚子轴线的运动轨迹，即为凸轮的理论廓面。图3中，F为与XOZ面重合并与分度盘固定且一起反转的平面，e为滚子轴线上的任意点，H-H为过e点的滚子端面。当反转过δ角时，分度盘产生角位移ψ。（a）（b）图3圆柱分度凸轮机构剖视图由图3中几何关系可得e点的柱面坐标为φe=δ-Δδ=δ-arctanC-rpcos（ψ-ψ02）rre=r2+［C-rpcos（ψ-ψ02）］2姨ze=rpsin（ψ-ψ02姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨）（1）式中r———H-H面到z轴的距离；Δδ———e点的向径re与F面之间的夹角，Δδ＝arctanC-o1mr=arctanC-rpcos（ψ-ψ02）r（2）凸轮上e点的速度v1垂直于re，且v1=reω1。转盘上e点的速度v2垂直于rp，且v2=rpω2=rpdψ/dt=rp（dψ/dδ）（dδ/dt）=rpω1dψ/dδ。如图3所示v1H=v1cosΔδ=reω1cosΔδ（3）θ=90°-λ=90°-ψ+ψ02（4）v12H=v1H2+v22-2v1Hv2cosθ姨（5）图3中，由正弦定理得：v12H与v1H之间的夹角β=arcsinv2v12Hsinθ（6）将v2=rpω1dψ/dδ和式（3）、式（4）、式（5）代入式（6）并整理得β=arcsinrp（dψ/dδ）cos（ψ-ψ02）re2cos2Δδ+rp2（dψ/dδ）2－2rerpcosΔδdψ/dδsin（ψ-ψ02）姨（7）图3中，t3为H-H面内过凸轮廓面Ⅲ与滚子2的接触点，n-n为该面内廓面Ⅲ与滚子2的公法线，rr为该面内的滚子半径，由图1可得rr=rg-（A－r）tanμ（8）注：当取式（8）中μ=0时，则可用于对圆柱型滚子圆柱分度凸轮的设计。又有:∠d3et3=β，设t3点到F面的距离为l3。可得l3=o1m+d3t3-C=rpcos（ψ-ψ02）+rrsinβ-C而图3中Δφ=arctan（l3/r）（9）rt3=r2+l32姨由上述各式整理得t3点，即凸轮廓面Ⅲ的柱面坐标方程为φt3=δ+Δφ=δ+arctanrpcos（ψ-ψ02）+rrsinβ-Crrt3=r2+（rpcos（ψ-ψ02）+rrsinβ-C）2姨zt3=ze-ed3=rpsin（ψ-ψ02）-rrcos姨姨姨姨姨姨姨∠姨姨姨姨姨姨姨β（10）图3中t2为廓面Ⅱ与滚子2的接触点，按照与上述相同的方法可得t2点的柱面坐标为φt2=δ-arctan2rrsinβrrt2=r2+（2rrsinβ）2姨zt2=ze-ed2=rpsin（ψ-ψ02）+rrcos姨姨姨姨姨姨姨∠姨姨姨姨姨姨姨β（11）由图2可见，廓面Ⅰ为滚子1的共轭曲面，其第36卷第03期Vol.36No.03基于Matlab和Creo的圆柱分度凸轮的设计———李建功，等12312223ⅠⅡⅢⅣrertΔδFet2Xv1yrHHδΔδt3ΔφV1HOv1HO1Zmαβψ02λψβθCV2nt2rrt3d3mFZH-H旋转nrpd2ev12H123ZWOO1Yψ02rprrOω1ABXCreFB2rgY45639

廓面方程与廓面Ⅲ的方程基本相同，差别仅在于滚子1的位置角ψ01=-ψ02。廓面Ⅳ为滚子3的共轭曲面，其廓面方程与廓面Ⅱ的方程基本相同，差别仅在于滚子3的位置角ψ03=ψ02+ψm。2绘制凸轮的轮廓曲面取凸轮机构中:中心距C=90mm；位置尺寸A=87mm；滚子宽度B=14mm；分度盘节圆半径rp=92mm；滚子数z=12；分度盘分度期转位角ψm=π/6；滚子位置角ψ0=ψm/2；动程角δ0=2π/3；圆锥滚子大端半径rg=14mm；滚子锥角μ=π/24；凸轮旋向选择右旋；选取余弦加速度运动规律为该机构的运动规律。根据已推导的方程和给定的参数，利用Matlab语言编制程序，得到圆柱分度凸轮轮廓曲面，如图4所示。图4Matlab中凸轮廓面曲线3创建凸轮三维实体建模将分度期和停歇期凸轮廓面的程序保存成一个.M文件。在Matlab中运行之后，计算出每段廓面上的坐标点，生成符合Creo格式的.ibl文件，再导入Creo中实现圆柱分度凸轮的三维参数化建模。（1）.ibl文件的生成与修改通过把下列程序加入到原有的M文件中来建立.ibl文件，并将M文件所产生的坐标数据直接保存到.ibl文件中。从而完成符合Creo建模要求的.ibl文件的创建。M=[x;y;z]';[H,L]=size(M);M=[floor(1:H);M']';dlmwrite('data.ibl',M,'delimiter','\t','-append');到此已经完成了数据文件的生成，但不符合Creo输入文件的格式要求，需要用记事本将生成的.ibl文件打开，加入以下3行来完成最后的修改。openarclengthbeginsection！begincurve！至此完成了符合Creo输入格式的.ibl文件的创建。（2）在Creo中进行三维建模①建立凸轮轮廓面曲线打开Creo运行程序，选择【曲线】/【自文件】/【完成】，创建或选择一个曲线参照坐标系，在【打开】窗口中选择修改好之后的.ibl文件，点击确定后生成第一段的凸轮廓面曲线，如图5（a）所示。用类似的方法再建立凸轮分度期其它段的廓面曲线以及停歇期的廓面曲线，图5（b）表示的是一个完整的凸轮轮廓面曲线图。（a）（b）图5Creo中凸轮廓面曲线②建立凸轮曲面实体模型利用“边界混合”命令，依次选取凸轮分度期和停歇期各段廓面中的多条曲线，使其生成曲面。利用“合并”命令，依次选取各段曲面，将已经生成的曲面合并形成一个封闭的曲面。再利用“实体化”命令，将合并后的曲面进行实体化，完成后的模型如图6所示。最后创建凸轮的基体，通过简单的修整之后，最终建立的圆柱分度凸轮实体模型如图7所示。图6凸轮曲面实体模型图7圆柱分度凸轮实体模型4结语本文采用一种简单易懂的方法推导了圆柱分度凸轮的廓面方程，并结合Matlab和Creo软件实现了凸轮的三维实体建模，该方法容易理解，通用性强，方便工程设计人员掌握和使用。参考文献：［1］李建功,黄永强.用柱面坐标计算圆柱滚子直动从动件圆柱凸轮的轮廓曲面［J］.机械工程师,1997(6):23-24.［2］彭国勋,肖正扬.自动机械的凸轮机构设计［M］.北京:机械工业出版社,1990.［3］杜明华,李建功.圆柱滚子摆动从动件圆柱端面凸轮的解析设计［J］.机械设计,2002(11):21-22.［4］邹慧君，董师予.凸轮机构的现代设计［M］.上海：上海交通大学出版社，1991.［5］尚锐，张艳冬.圆锥滚子圆柱分度凸轮廓面的通用方程式［J］.辽宁工学院学报,1997,17(2):5-8.［6］郭飞,杨绿云.凸轮机构轮廓曲线在Matlab中的实现［J］.煤矿机械，2010,31(7):221-222.［7］蔡玉强．Creo2.0设计应用基础及精彩实例［M］.北京：机械工业出版社，2014.作者简介：李建功（1962-），河北唐山人，本科，主要研究方向：机构学与机械动力学，计算机辅助工程，电子信箱：hbldwxy1028@163.com.责任编辑：王海英收稿日期：2014－11－14第36卷第03期Vol.36No.03基于Matlab和Creo的圆柱分度凸轮的设计———李建功，等0-20-40-60-80-100-120-140100500-50-150-100-50-150-10010050015040