一种凸轮轮廓线生成仪及生成方法

摘要

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。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。本发明令凸轮教学的传授更加简单明了、方便直观，令学者享受到实践的乐趣，可以通过对凸轮的各个参数的调节，实现绘制任何不同参数的凸轮轮廓线的可能，具有操作性好、演示性强的优点。

主权项

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；所述等加速等减速曲线组件包括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；凸轮槽的轨迹方程为：$\left\{\begin{array}{ccc}x=182-91t,& y=71-35.5t^2,& 0\le t\le 1;\\ x=91t,& y=35.5t^2,& 0\le t\le 1;\end{array}\right.,$其中x为移动凸轮在x轴方向上的移动距离，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，上滑块在上导轨上滑动；且上导轨与下导轨的夹角为α满足其中0°≤α≤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减速曲线导轨所成的安装夹角β满足：0°<β≤45°，β为常数；所述摆线曲线组件包括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啮合，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；第一十字槽滑块与曲线选择组件中的第二连接件相连接；摆线运动的方程为：$\left\{\begin{array}{c}z=r_3(\Omega -sin\Omega )\\ u=r_3(1-\cos \Omega )\end{array}\right.,$其中z为第一十字槽滑块沿着第一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，r₃为第一曲柄的半径，长度单位为mm，Ω为第一曲柄相对于电机轴转过的角度，0≤Ω≤2π，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，应满足其中h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安装在机架上的等加速等减速曲线滑块、摆线曲线滑块、匀速曲线滑块、简谐曲线滑块和画笔支座；在等加速等减速曲线滑块、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减速曲线导轨、摆线曲线导轨、匀速曲线导轨、简谐曲线导轨；在等加速等减速曲线导轨、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；所述曲线绘制平台包括在机架上从下至上依次布置的抽出层、基圆层、偏心距层和绘图板；抽出层通过抽出滑轨与机架滑动配合，底部设置有支撑轮；在抽出层上布置有基圆丝杆螺母机构，基圆丝杆螺母机构中的螺母与基圆层连接，丝杆上设有基圆手轮，抽出层与基圆层间设置有基圆滑轨；在基圆层上布置有偏心距丝杆螺母机构，偏心距丝杆螺母机构中的螺母与偏心距层连接，丝杆上设有偏心距手轮，基圆层与偏心距层设置有偏心距滑轨，偏心距滑轨与基圆滑轨的布置方向相互垂直；绘图板固定在传动转盘上，传动转盘通过同步带由同步轮带动，同步轮由第五电机驱动，第五电机和传动转盘安装在偏心距层上；所述控制操作系统包括有显示屏、数字键盘、电源开关、启动按钮，所述显示屏、数字键盘、电源开关、启动按钮安装在控制柜上，控制柜分别与第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁、第四电磁铁、第一后行程开关、第一前行程开关、第二前行程开关、第二后行程开关、第三前行程开关、第三后行程开关、第四前行程开关、第四后行程开关电连接。