一种凸轮轮廓线生成仪及生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于教学仪器领域，具体涉及一种凸轮轮廓线生成仪及生成方法。
【背景技术】
[0002] 凸轮机构在机械设计中扮演着重要的角色，凸轮只需设计适当的凸轮轮廓，便可 使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便，因此在自动机床、轻工机 械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中得到广泛应用；凸轮机构 主要作用是使从动件按照工作要求完成各种复杂的运动，包括直线运动、摆动、等速运动和 不等速运动。
[0003] 凸轮机构一般是由凸轮，从动件和机架三个构件组成的高副机构；凸轮通常作连 续等速转动，从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动.凸轮机构能实现复杂的 运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中。
[0004] 在对凸轮进行教学研究的过程中，往往会选择盘形凸轮，如图2所示，盘形凸轮的 参数包括有推程角Φ 1、远休止角Φ2、回程角Φ3、近休止角Φ4、行程h、基圆半径r、偏心距 e和构成凸轮轮廓线的推程曲线、远休止曲线、回程曲线、近休止曲线，以及偏心圆和作用在 凸轮轮廓线上的从动件，行程h为盘形凸轮旋转一周从动件运动的位移，对应为凸轮上凸 轮轮廓线与凸轮基圆间的距离，偏心距为从动件运动中偏离基圆圆心的距离，运动过程中 从动件的延长线始终与偏心距构成的偏心圆相切，推程曲线为凸轮轮廓线上行程h增加的 那段曲线，远休止曲线为行程h保持最大且不变的那段凸轮轮廓线，回程曲线为行程h逐渐 减小的那段凸轮轮廓线，近休止曲线为从动件行程h保持最小且不变的那段凸轮轮廓线， 即远休止曲线和近休止曲线是圆弧曲线。
[0005] 推程曲线和回程曲线会选择几种具体的特殊凸轮轮廓线的其中一种进行研究，t匕 如，能实现凸轮从动件作匀速直线运动的凸轮轮廓线，实现凸轮从动件按简谐运动规律加 减速的凸轮轮廓线，实现凸轮从动件按等加速等减速的规律运动的凸轮轮廓线，实现凸轮 从动件按摆线的规律运动的凸轮轮廓线；这四种轮廓线具有从有无穷大的冲击到无冲击的 过渡的性质，适用于轻载至重载等所有的工作环境，对于凸轮的教学研究来讲具有极强的 代表性；在对应的曲线规律下，通过图解法或解析法，去研究凸轮的压力角、推程角、回程 角、远休止角、近休止角、偏心距、基圆及行程就可以找到其中的各种关系。
[0006] 在目前的教学研究中，抽象的图解法及难懂的解析法一直作为教学过程中的不二 之选，不论是针对哪种曲线来讲，通过这两种方法去总结凸轮的特性都不容易，因为对于机 械学科来讲，单纯的书面表达和口头描述并无益于学习者达到很好的学习效果，所以，为了 达到更好的教学效果，在对凸轮的了解过程中，有必要增加一种更加直观、操作性好和演示 性强的辅助教学仪器，以帮助学习者更加深入的了解凸轮的特性，同时也为机械教学的传 授变得更加简单明了、方便直观。
【发明内容】
[0007] (1)要解决的技术问题
[0008] 本发明为了克服凸轮教学过程中抽象难懂、实践性不强的缺点，提供一种凸轮轮 廓线生成仪及生成方法，使得凸轮教学的传授更加简单明了、方便直观，操作性好且演示性 强。
[0009] (2)技术方案
[0010] 一种凸轮轮廓线生成仪，包括有机架，安装于机架上的等加速等减速曲线组件、摆 线曲线组件、匀速曲线组件、简谐曲线组件、曲线选择组件、曲线绘制平台、控制操作系统；
[0011] 所述等加速等减速曲线组件包括有第一电机、第一齿轮、第一齿条、第一后行程开 关、移动凸轮、凸轮滑轨、凸轮滚轮、第一前行程开关、推杆、上滑块、行程调节转盘、下滑块、 上导轨、下导轨；所述的第一电机、凸轮滑轨、下导轨固定安装在机架上，第一齿轮安装在第 一电机上，第一齿条与第一齿轮哨合，第一齿条安装在移动凸轮上，在移动凸轮上开设有凸 轮槽，凸轮槽的轨迹方程为：
【主权项】
1. 一种凸轮轮廓线生成仪，其特征是：包括有机架，安装于机架上的等加速等減速曲 线组件、摆线曲线组件、匀速曲线组件、简谐曲线组件、曲线选择组件、曲线绘制平台、控制 操作系统； 所述等加速等減速曲线组件包括机架，安装于机架上的相互垂直的凸轮滑轨和下导 轨；移动凸轮通过滑块与凸轮滑轨滑动配合，在移动凸轮上固定有第一齿条，第一齿条与固 定在机架上的第一电机上的第一齿轮啮合；移动凸轮上设置有凸轮槽，凸轮槽的前端布置 有第一前行程开关，后端布置有第一后行程开关，凸轮槽通过凸轮滚轮与推杆的一端连接；
方向上的移动距离，单位为mm,y为移动凸轮在y轴方向上的移动距离，单位为mm,t为时 间，t的单位为s，X轴平行于移动凸轮上的第一齿条移动方向，由第一后行程开关指向第 一前行程开关方向为正方向，y轴垂直于移动凸轮上的第一齿条的移动方向，远离第一齿 条的方向为正方向，原点在第一后行程开关上；行程调节转盘为上、下盘结构，上、下盘之间 在松开紧固件后可以相互转动；行程调节转盘的下盘与推杆的另一端连接，下盘的底部固 定在下滑块上，下滑块在下导轨上滑动；行程调节转盘的上盘与上滑块固定，上滑块在上导
0° <a<45°，h为从动件行程；上导轨与曲线选择组件中的第一连接件相连接；推杆与 曲线选择组件中的等加速等減速曲线导轨所成的安装夹角P满足：0°〈0 <45°，@为 常数； 所述摆线曲线组件包括机架，固定于机架上的电机移动导轨、第二齿条、导轨支座；第 二电机安装在电机移动滑块上，电机移动滑块与电机移动导轨滑动配合，第二电机的轴上 安装有第二齿轮和第一曲柄，第二齿轮与第二齿条哨合，第一曲柄和第一连杆的一端转动 副连接；在导轨支座上设置有第一直线导轨，导轨支座的两端分别固定有第二前行程开关、 第二后行程开关；第一十字槽滑块上的下滑槽与第一直线导轨滑动配合，上滑槽与第一连 杆的另一端滑动配合，上滑槽与下滑槽相互垂直；第一^h字槽滑块与曲线选择组件中的第
直线滑轨滑动的距离，U为第一连杆沿着第一十字槽滑块滑动的距离，1"3为第一曲柄的半 径，长度单位为mm，Q为第一曲柄相对于电机轴转过的角度，0彡Q彡2ji，z轴平行于第 二齿条且与之共线，u轴垂直于第二齿条； 所述匀速曲线组件包括机架，安装在机架上的第三电机、匀速曲线丝杆，匀速曲线丝杆 由第三电机驱动，匀速曲线丝杆上配有匀速曲线螺母，在匀速曲线丝杆的两端分别设置有 第三前行程开关、第三后行程开关，且第三前行程开关与第三后行程开关间的距离、匀速曲 线螺母的行程及从动件行程三者相等，匀速曲线螺母与曲线选择组件中的第三连接件相连 接； 所述简谐曲线组件包括机架，固定于机架上第四电机、第二直线导轨，在第四电机的轴 上连接有第二曲杆，第二曲杆的另一端与行程调节滑块连接，在松开紧固件后第二曲杆可 以在行程调节滑块上滑动，行程调节滑块与第四电机轴的距离为r2，
为从动件行程；在第二曲杆摆动行程的两端分别布置有第四前行程开关、第四后行程开关； 在行程调节滑块的另一端铰接有第二连杆，第二连杆的另一端与第二十字槽滑块的上滑槽 滑动配合，第二十字槽滑块的下滑槽与第二直线导轨滑动配合，第二十字槽滑块的上滑槽 与下滑槽相互垂直；第二十字槽滑块与曲线选择组件中的第四连接件相连接； 所述曲线选择组件包括机架，安装在机架上的等加速等減速曲线滑块、摆线曲线滑块、 匀速曲线滑块、简谐曲线滑块和画笔支座；在等加速等減速曲线滑块、摆线曲线滑块、匀速 曲线滑块、简谐曲线滑块上对应滑动配合有等加速等減速曲线导轨、摆线曲线导轨、匀速曲 线导轨、简谐曲线导轨；在等加速等減速曲线导轨、摆线曲线导轨、匀速曲线导轨、简谐曲线 导轨的一端分别连接有第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件，另一端对应安 装有第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁、第四电磁铁；在电磁铁的下方布置有一推板，推 板上开设有四个卡孔，四个卡孔分别位于第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁、第四电磁 铁的正下方，推板上安装有笔夹；推板通过画笔滑块与画笔导杆滑动配合，画笔导杆固定在 画笔支座上； 所述