凸轮廓线生成实验仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种凸轮廓线生成实验仪，包括一个可转动的凸轮圆盘、一个能够在其表面上贴附从动件位移线图的位移图块、以及两支画笔，所述凸轮圆盘上设置有圆形纸片，所述的两支画笔竖直地设置在联动机构的两端，并且两支画笔分别位于凸轮圆盘和位移图块的上方，其中一支画笔可沿位移线图的坐标轨迹移动，当此画笔沿位移线图的起点位置移动到终点位置时，凸轮圆盘转动，联动的另一支画笔在凸轮圆盘上的圆形纸片上绘出相应的凸轮廓线。采用本实验仪进行教学可以帮助学生了解凸轮廓线对从动件运动规律的影响，加深学生对凸轮机构理论知识的理解，掌握凸轮机构的设计方法。
【专利说明】凸轮廓线生成实验仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种教学设备，特别是涉及一种凸轮廓线生成实验仪。
[0002]
【背景技术】
[0003]凸轮机构是由凸轮、从动件、机架组成的一种高副机构，其中，凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，通常作连续的转动；从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地使用着凸轮机构，譬如:在汽车发动机和其它自动化机械、精密仪器、印刷机械、食品机械、包装机械以及自动化控制系统中都有着广泛的应用。
[0004]凸轮机构也是机械原理教学中的一个重要内容，学习这部分的知识，就是要学生掌握凸轮机构的特点和应用，并能根据选定的凸轮类型和从动件运动规律设计出相应的凸轮轮廓曲线。在凸轮机构中，从动件的运动规律和凸轮廓线的生成是密切相关的，因此，设计一种凸轮廓线生成实验仪，让学生亲手绘制从动件运动规律线图，通过操作实验仪绘出相应的凸轮廓线，对于学生加深对凸轮机构理论知识的理解、掌握凸轮轮廓和从动件位移的关系与设计方法、了解凸轮廓线对从动件运动规律的影响等均有十分重要的意义。
[0005]凸轮机构主要是由凸轮旋转带动从动推杆进行工作的，所以设计凸轮机构时，首先就是要根据实际工作要求确定从动件的运动规律，然后依据这一运动规律设计出凸轮轮廓曲线。为了说明凸轮廓线设计方法的基本原理，我们首先对已有的凸轮机构进行分析，如图1a所示为一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构，当凸轮以角速度ω绕轴心O等速逆时针回转时，将推动推杆上下运动。如图1b为凸轮回转角度Θ时，推杆发生相应位移量的位移线图。设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度_ω，使其绕凸轮轴心O转动，根据相对运动原理，我们知道凸轮与推杆间的相对运动关系并不发生改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面和机架一起以角速度_ω绕凸轮轴心O转动，同时又在其导轨内按预期的运动规律运动。由此可知，从动推杆在复合运动过程中，其尖顶的轨迹就是凸轮廓线。
[0006]根据图1a和图1b的对心直动盘形凸轮机构凸轮与从动推杆之间的相对运动分析可知，推杆相对于凸轮的运动一是相对于凸轮轴心O的转动，二是相对于沿导路的移动，位移线图的形成是相对于凸轮转动的X坐标(即水平坐标)和沿导路移动的y坐标(即垂直坐标)构成，这两者的运动就是凸轮廓线与从动件位移线图的关联运动。若将已有的位移线图水平移动，同时使凸轮转动，则位移线图的垂直坐标移动量与推杆相对于凸轮沿导路的移动量是完全相同的，因此，在位移线图水平移动和凸轮相应转动的同时，采用联动的两支笔，保证其沿垂直导路的移动，当一支笔按照已有位移线图的y坐标移动时，联动的另一端的笔则在转动的圆盘上绘制出凸轮的廓线，本发明正是基于此原理而设计的一种凸轮廓线生成实验仪。
[0007]
【发明内容】
[0008]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种凸轮廓线生成实验仪，通过操作实验仪能够帮助学生了解凸轮廓线对从动件运动规律的影响，加深学生对凸轮机构理论知识的理解，掌握凸轮机构的设计方法。
[0009]为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案:
一种凸轮廓线生成实验仪，其特征在于，包括一个可转动的凸轮圆盘、一个能够在其表面上贴附从动件位移线图的位移图块、以及两支画笔，所述凸轮圆盘上设置有圆形纸片，所述的两支画笔竖直地设置在联动机构的两端，并且两支画笔分别位于凸轮圆盘和位移图块的上方，其中一支画笔可沿位移线图的坐标轨迹移动，当此画笔沿位移线图的起点位置移动到终点位置时，凸轮圆盘转动，联动的另一支画笔在凸轮圆盘上的圆形纸片上绘出相应的凸轮廓线。
[0010]进一步，本发明还包括水平驱动机构，所述水平驱动机构包括滑动设置的连接板、设置在连接板下方的螺杆以及设置在螺杆上的螺母，所述位移图块固定在连接板上，所述螺母与连接板连接起来，当螺杆转动时，螺母在螺杆上运动并带动连接板沿位移线图的水平坐标方向滑动。
[0011]进一步，本发明还包括齿轮齿条机构，所述齿轮齿条机构包括齿条、齿轮和转轴，所述齿条固定在连接板上，所述齿轮和凸轮圆盘设置在转轴上，齿轮与齿条啮合，当连接板滑动时，齿条随连接板滑动并带动齿轮转动，齿轮带动转轴转动，转轴带动凸轮圆盘转动。
[0012]进一步，所述联动机构包括设置在凸轮圆盘与位移图块之间并可沿位移线图垂直坐标方向滑动的移动滑架、固定在移动滑架上的笔架支承立柱、以及两根相互平行的上笔架杆和下笔架杆，所述上笔架杆和下笔架杆两者均由两根横杆相互铰接而成，上笔架杆与下笔架杆的端部之间设置有笔夹，两支画笔分别被夹持在位于两端的笔夹上；所述移动滑架上端的凸台上具有圆柱形凸起，该圆柱形凸起设置有弹簧以及可上下滑动的滑块，所述弹簧位于滑块与移动滑架上端的凸台之间；所述滑块的两端各设置有一根呈倾斜状态的连杆，连杆的一端铰接在滑块上，连杆的另一端连接在上笔架杆上。
[0013]本发明的显著效果在于:本发明设计巧妙，利用螺旋机构和齿轮齿条机构实现了位移图块和凸轮圆盘的联动，利用联动机构实现了两支画笔的联动，在操作实验仪时，首先根据从动件的运动规律，按照要求绘出位移线图，并将位移线图贴附在位移图块上；然后调整仪器，使其中一支画笔对准位移线图的起点；最后压下此画笔，使此画笔沿位移线图的坐标轨迹移动，此时联动的另一支画笔随之下压，并在凸轮圆盘上的圆形纸片上绘制出相应的凸轮廓线。在对凸轮机构的相关知识点进行教学时，学生可通过本实验仪进行实验，在进行实验时，学生需要预先根据从动件的运动规律绘制位移线图，同时学生又需要亲手操作，根据位移线图绘制出相应的凸轮廓线，这样可以帮助学生了解凸轮廓线对从动件运动规律的影响，加深学生对凸轮机构理论知识的理解，掌握凸轮机构的设计方法。
[0014]
【专利附图】
【附图说明】
图1a为一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的结构示意图，其中，凸轮以角速度ω绕轴心O等速逆时针转动；
图1b为图1a中的凸轮回转角度Θ时，推杆发生相应位移量的位移线图；
图2为本发明凸轮廓线生成实验仪的立体图； 图3为本发明凸轮廓线生成实验仪的后视图；
图4为本发明凸轮廓线生成实验仪的右视图；
图5为图3的D-D剖面图；
图6为本发明位移图块和凸轮圆盘关联运动的设计简图；
图7为本发明画笔联动机构的设计简图。
[0015]图中，I 一底座，2—底座支撑立柱，3—凸轮圆盘，4 一位移图块，5—齿条连接板，51一矩形孔，52一矩形窗口，6—螺杆，7—螺母，8—滚子，9一齿条,10一齿轮,11一转轴，12—压板，13—面板，14 一画笔，15—导杆支承座，16—移动滑架，17—笔架支承立柱，18—上笔架杆，19一下笔架杆，20—笔夹，21—弹簧，22—滑块，23—连杆。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0018]参见附图，一种凸轮廓线生成实验仪，包括底座I以及用于支撑底座I的四根底座支撑立柱2，底座I上设置有一个凸轮圆盘3和一个位移图块4，位移图块4呈矩形，位移图块4的上表面能够用于贴附从动件位移线图(如图1b所示)，位移图块4能够在水平驱动机构的带动下沿位移线图的X轴(即水平坐标轴，也即代表凸轮旋转角度的坐标轴)方向滑动，水平驱动机构包括可滑动地设置在底座I上的齿条连接板5、设置在齿条连接板5下方的螺杆6以及设置在螺杆6上的螺母7，位移图块4固定在齿条连接板5上，齿条连接板5的中部具有一个矩形孔51，螺母7的上半部分嵌入矩形孔51中，从而将齿条连接板5与螺母7连接起来；当螺杆6转动时，螺母7在螺杆6上运动并带动齿条连接板5沿位移线图的水平坐标轴方向滑动。
[0019]底座I的两侧设置有向上延伸的翻边，齿条连接板5呈矩形，齿条连接板5的一侧与底座I 一侧的翻边贴合，齿条连接板5的另一侧设置有齿轮齿条机构，由于齿条连接板5的一侧贴合在底座I 一侧的翻边上，因此在齿条连接板5滑动时，齿条连接板5就可以沿底座I的翻边的水平滑动，避免其出现歪斜的情况；当然为了减小摩擦，可在齿条连接板5的一侧设置若干个滚子8，滚子8与底座I 一侧的翻边接触；齿轮齿条机构包括齿条9、齿轮10和转轴11，齿条9通过三个螺钉和一个定位销连接在齿条连接板5的侧面上，为了方便连接，齿条连接板5上具有一个矩形窗口 52，矩形窗口 52是为了实现与齿条9连接而留出的扳手空间，在连接时，操作者可通过手将齿条9压紧在齿条连接板5的侧面上，然后装上先装上定位销，最后再将三个螺钉拧入；凸轮圆盘3和齿轮10由上至下安装在转轴11上，并且两者通过键与转轴11转动连接，同时齿轮10与齿条9啮合。当齿条连接板5滑动时，齿条9随之滑动并带动齿轮10转动，齿轮10带动转轴11转动，转轴11带动凸轮圆盘3转动。
[0020]凸轮圆盘3的上表面设置有圆形纸片，为了将圆形纸片压紧，本实施例还包括压板12，转轴11的顶部具有螺钉孔，压板12通过螺钉锁紧在凸轮圆盘3上并将圆形纸片压紧；为了使实验仪的结构更加紧凑，本实施例还包括面板13，面板13通过螺钉固定在底座I上表面两侧的翻边上；面板13上具有一个与凸轮圆盘3匹配的圆形孔和一个与位移图块4匹配的条形孔，凸轮圆盘3嵌设在面板13的圆形孔中，位移图块4位于面板13的条形孔中，并且位移图块4可沿面板13的条形孔来回滑动。
[0021]本发明还包括竖直设置在联动机构两端的两支画笔14，联动机构包括导杆支承座
15、移动滑架16、笔架支承立柱17、上笔架杆18和下笔架杆19，导杆支承座15通过螺钉固定在面板13上，并且导杆支承座15位于凸轮圆盘3与位移图块4之间；导杆支承座15上设置有沿位移线图的y轴(即垂直坐标轴，也即代表从动件位移的坐标轴)方向延伸的导杆，移动滑架16可滑动地设置在导杆上；笔架支承立柱17通过螺钉固定在移动滑架16上，笔架支承立柱17上设置有两根相互平行的上笔架杆18和下笔架杆19，上笔架杆18和下笔架杆19两者均是由两根横杆相互铰接而成；上笔架杆18与下笔架杆的端部之间设置有笔夹20，两支画笔14分别被夹持在位于两端的笔夹20上；移动滑架16上端的凸台上具有圆柱形凸起，该圆柱形凸起设置有弹簧21以及可上下滑动的滑块22，弹簧21位于滑块22与移动滑架16上端的凸台之间；滑块22的两端各设置有一根呈45°倾斜的连杆23，连杆23的一端铰接在滑块22上，连杆23的另一端连接在上笔架杆18上。
[0022]本实验仪的操作过程如下:(1)根据从动件的运动规律，按照要求绘出位移线图并将位移线图贴附在位移图块4上；(2)调整仪器，使其中一支画笔对准位移线图的起点；
(3)压下此画笔，通过转动螺杆6和调节移动滑架16，使此画笔沿位移线图的坐标轨迹移动，此时凸轮圆盘3转动，当此画笔由位移线图的起点位置移动到终点位置时，凸轮圆盘3刚好转动一圈(位移图块4的单向位移量等于齿轮10分度圆周长)，此时联动的另一支画笔随之下压，并在凸轮圆盘3上表面的圆形纸片上绘出相应的凸轮廓线。
[0023]最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管 申请人:参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种凸轮廓线生成实验仪，其特征在于，包括一个可转动的凸轮圆盘、一个能够在其表面上贴附从动件位移线图的位移图块、以及两支画笔，所述凸轮圆盘上设置有圆形纸片，所述的两支画笔竖直地设置在联动机构的两端，并且两支画笔分别位于凸轮圆盘和位移图块的上方，其中一支画笔可沿位移线图的坐标轨迹移动，当此画笔沿位移线图的起点位置移动到终点位置时，凸轮圆盘转动，联动的另一支画笔在凸轮圆盘上的圆形纸片上绘出相应的凸轮廓线。
2.根据权利要求1所述的凸轮廓线生成实验仪，其特征在于，还包括水平驱动机构，所述水平驱动机构包括滑动设置的连接板、设置在连接板下方的螺杆以及设置在螺杆上的螺母，所述位移图块固定在连接板上，所述螺母与连接板连接起来，当螺杆转动时，螺母在螺杆上运动并带动连接板沿位移线图的水平坐标方向滑动。
3.根据权利要求2所述的凸轮廓线生成实验仪，其特征在于，还包括齿轮齿条机构，所述齿轮齿条机构包括齿条、齿轮和转轴，所述齿条固定在连接板上，所述齿轮和凸轮圆盘设置在转轴上，齿轮与齿条啮合，当连接板滑动时，齿条随连接板滑动并带动齿轮转动，齿轮带动转轴转动，转轴带动凸轮圆盘转动。
4.根据权利要求1所述的凸轮廓线生成实验仪，其特征在于，所述联动机构包括设置在凸轮圆盘与位移图块之间并可沿位移线图垂直坐标方向滑动的移动滑架、固定在移动滑架上的笔架支承立柱、以及两根相互平行的上笔架杆和下笔架杆，所述上笔架杆和下笔架杆两者均由两根横杆相互铰接而成，上笔架杆与下笔架杆的端部之间设置有笔夹，两支画笔分别被夹持在位于两端的笔夹上；所述移动滑架上端的凸台上具有圆柱形凸起，该圆柱形凸起设置有弹簧以及可上下滑动的滑块，所述弹簧位于滑块与移动滑架上端的凸台之间；所述滑块的两端各设置有一根呈倾斜状态的连杆，连杆的一端铰接在滑块上，连杆的另一端连接在上笔架杆上。
【文档编号】G09B25/02GK104134391SQ201410361824
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】林昌华, 杨岩, 黄霞 申请人:重庆理工大学