凸轮机构轮廓设计及从动件运动特性测绘平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明主要应用于高校理工科类机械原理教学，属于凸轮运用、教学仪器技术等领域。
【背景技术】
[0002]凸轮机构的最大优点是能使从动件(推杆)获得各种预期的运动规律，便于与其他机构协调配合工作，因而应用广泛。凸轮机构的学习主要是凸轮机构中从动件的基本运动规律与其组合设计、反转法基本原理、平面凸轮轮廓曲线的设计方法，凸轮机构基本尺寸的确定和凸轮机构的受力分析等。
[0003]虽然不少的工程师投入到教具的改进与设计研制中，但是在高校机械类课堂中却缺少一种集实物展示、运动分析、实验探宄、多知识点讲解、学生自主设计组装的新型教具。现阶段无外乎就是两种教学手段:一种是利用光学投影设备展现机构的运动特点；第二种是单个实物模型展示。第一种方法不能直观的感受机构运动，带来的视觉冲击也无法比拟实物演示；第二种方法只是纯粹的展示单个机构模型，且大多为静态展示，不利于学生对知识点的深入思考与探宄，限制了学生的创新思维。
[0004]我们设计的凸轮机构轮廓设计及从动件运动特性测绘平台，以学生为主导，以启迪学生的创新思维、锻炼学生的动手实践能力为根本目的，此套教具通过已知凸轮画从动件运动特性曲线，已知从动件运动特性曲线反求凸轮结构，讲述了凸轮机构从动件的基本规律、平面凸轮轮廓曲线的设计、凸轮运动特性曲线的分析等知识点和实验环节。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于设计一款凸轮机构轮廓设计及从动件运动特性测绘平台，解决现有教具存在的结构单一、知识点设计面少、体积庞大、质量笨重的问题，重点讲述凸轮机构从动件的基本规律、平面凸轮轮廓曲线的设计、凸轮运动特性曲线的分析。此套教具可以已知凸轮画从动件运动特性曲线，已知从动件运动特性曲线反求凸轮结构。
[0006]为实现上述目的，本发明由机电一体动力输入系统、动力分流系统、输出端凸轮绘制系统等组成。输出端凸轮绘制系统可以分为已知凸轮绘制从动件特性曲线模块、已知从动件曲线绘制凸轮模块。
[0007]本发明的一个工作周期只需要凸轮转动一圈，便可以完成绘制从动件特性曲线和绘制凸轮两个步骤。所述机电一体动力输入系统中，我们使用了一个低转速的电机，通过电磁开关实现电机的正反转，保证运动件能够准确复位；
[0008]所述动力分流系统由斜齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、齿轮啮合传动、带传动、齿轮齿条传动组成。所述斜齿轮传动将电机动力实现转向，一对斜齿轮安装在齿轮传动箱内，齿轮传动箱固定在铝型材的滑道上；所述轴的一端支撑在齿轮传动箱上，另一端依靠轴承座支撑起来；所述蜗轮蜗杆将以较大的减速比实现减速(传动比为20)，蜗轮固定在轴I上，轴I通过两个轴承座支承起来，且与轴II的一端共用一个轴承座；所述齿轮啮合传动，将轴I的动力传递给轴II，保证两轴有共同的圆周速度；所述同步带轮传动，将轴I的动力传递给轴III，保证两轴有共同的圆周速度，这样轴1、IIJII的圆周速度就都相等了 ；所述齿轮齿条传动中，齿轮与轴II固连在一起，轴向位置限定，其中齿条固定在两个滑块上，滑块在导轨上滑动，导轨固定在底板上。
[0009]所述已知凸轮绘制从动件特性曲线模块，由凸轮、凸轮滚子、凸轮从动件、画笔、滑块、导轨、轴承座、从动件特性曲线画板、画板支承架等构成。所述凸轮的基圆是确定的，可以更换不同形式的凸轮；所述轴承座下端是用来支承轴I的，上面的延伸部分固定的有导轨，滑块在导轨上运动；所述滑块固定在从动件上；所述凸轮滚子，放置在凸轮上，将随着凸轮的转动而上下运动；所述凸轮从动件与凸轮滚子固连在一起，随着凸轮滚子一起做上下运动；所述画笔固定在凸轮从动件上，这样滚子、凸轮从动件、画笔都保持运动一致了 ；所述画板支承架固定在齿条上面，随齿条做水平运动；所述从动件特性曲线画板放在画板支承架上，便于更换不同形式的画板；通过齿轮齿条传动带动画板的水平运动，齿轮转动一周的周长，正好是画板走完一周的行程，这样就达到了所有运动构件的同步，实现了运动特性曲线的绘制。
[0010]所述已知从动件特性曲线绘制凸轮模块，由凸轮画板、画笔凸轮从动件、滑块、导轨、支撑座、画板等组成。所述凸轮画板与轴I固连在一起，随轴I做圆周运动；所述支承座上面固定的有导轨，滑块在导轨上运动；所述滑块固定在凸轮从动件上；所述从动件轨迹导杆，一端放置在凸轮特性曲线槽画板的凹槽中，另一端与凸轮从动件固连，将随着凸轮特性曲线槽画板的水平运动在凹槽内上下运动，从而带动凸轮从动件进行上下运动；所述凸轮画笔固定在凸轮从动件上，这样凸轮特性曲线槽滚子、凸轮从动件、画笔都保持运动一致了 ；所述凸轮特性曲线槽画板放在画板支承架上，便于更换不同形式的画板；通过齿轮齿条传动带动凸轮特性曲线槽画板的水平运动，齿轮转动一周的周长，正好是画板走完一周的行程，这样就达到了所有运动构件的同步，实现了凸轮的绘制。
[0011]有益效果:
[0012]1、通过一套简易可行的传动装置，巧妙地实现了圆周运动到水平运动、水平运动到圆周运动的转化，同时完成了 2个工作过程对不同运动转化的要求。
[0013]2、实现了两个对比，此装置工作中两个逆过程所需要的凸轮以及运动特性曲线是相同的，根据凸轮画出来的位移曲线可以和已有的位移曲线进行对比，根据位移曲线画凸轮轮廓线可以和已有的凸轮进行对比，这样就实现了两种不同的比较，便于同学们从不同的角度对知识进行理解。
[0014]3、我们设计的两个过程中所需要的凸轮、位移曲线板，都是能够可拆卸的，这样可以有机组合不同的凸轮和运动特性曲线板，便于同学们对不同形式凸轮的学习。
[0015]4、它既能作为课堂教学与实验操作展示，又能由学生自主设计组装，培养学生动手实践能力和创新能力。
[0016]5、本发明的制作材料都使用市场是可见的标准件、常用件等，体积小、质量轻、成本低、知识点集成度高，并且方便教师携带。
[0017]本发明能使学生掌握机械原理的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有确定机械运动方案、分析和设计机构的能力。在培养机械类高级工程技术人才的全局中起重要作用，为学生今后从事机械设计、研宄和开发创新奠定必要的基础，并具有增强学生对机械技术工作适应能力的作用。因此可广泛推广应用，可市场化。
【附图说明】
[0018]图1为本发明凸轮机构轮廓设计及从动件运动特性测绘平台整体结构示意图；
[0019]图2为本发明的动力分流系统结构示意图；
[0020]图3为本发明的输出端凸轮绘制系统结构示意图；(其中A3为本发明的已知凸轮绘制从动件特性曲线模块结构示意图；B3为本发明的已知从动件曲线绘制凸轮模块结构示意图。)
[0021]其中:1-机电一体动力输入系统、2-动力分流系统、3-输出端凸轮绘制系统201-齿轮传动箱、202-轴A、203-斜齿轮、204-共用轴承座、205-蜗轮蜗杆、205A-齿轮、205B-齿条、206-轴1、207_轴II ,208-支承蜗轮轴承座、209- —对齿轮、210-齿轮齿条、211-导轨、212-两个滑块、213-同步带轮、214-轴III
[0022]301-从动件特性曲线画板与从动件轨迹板、302-画笔1、303_导轨1、304_凸轮从动件1、305_滑块1、306-凸轮滚子、307-凸轮、308-轴承座、309-支承座、310-画板支承架、311-凸轮画板、312-画笔II ,313-滑块II ,314-导轨II ,315-凸轮从动件II ,316-从动件轨迹导杆
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0024]参见附图1，本发明由机电一体动力输入系统1、动力分流系统2、输出端凸轮绘制系统3等组成。输出端凸轮绘制系统可以分为已知凸轮绘制从动件特性曲线模块A3、B已知从动件曲线绘制凸轮模块B3。本发明的一个工作周期只需要凸轮转动一圈，便可以完成绘制从动件特性曲线和绘制凸轮两个步骤。
[0025]参见附图1，所述机电一体动力输入系统中，我们使用了一个低转速的电机101，通过电磁开关实现电机的正反转，保证运动件能够准确复位。
[0026]参见附图2，所述动力分流系统2由齿轮传动箱201、轴A202、斜齿轮203、共用轴承座204、蜗轮蜗杆205、齿轮205A、齿条205B、轴I 206、轴II 207、支承蜗轮轴承座208、一对齿轮209、齿轮齿条210、导轨211、两个滑块212、同步带轮213、轴III 214组成，构成了斜齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、齿轮啮合传动、带传动、齿轮齿条传动。所述斜齿轮203传递电机动力实现转向，一对斜齿轮203安装在齿轮传动箱201内，齿轮传动箱201固定在铝型材底板的滑道上。所述轴A202的一端支撑在齿轮传动箱20