【知识目标】

1.各种凸轮机构的基本原理。

2.偏心距和滚子直径对推杆运动规律的影响。

【技能目标】

1.能使用计算机对凸轮机构动态参数进行采集、处理,作出实测的动态参数曲线,并通过计算机对该机构的运动进行数模仿真,作出相应的动态参数曲线。

2.能使用计算机对凸轮机构结构参数进行优化设计,并对凸轮机构的运动进行仿真和测试分析。

2.3.1　实验设备

CQPS-A/3 多种凸轮机构动态测试及设计实验台如图2.5 所示。

2.3.2　实验内容

①对盘形凸轮机构进行仿真与测试。

②对圆柱凸轮机构进行仿真与测试。

2.3.3　实验原理

(1)凸轮机构的工作原理

图2.5　凸轮机构动态测试及设计实验台

凸轮机构是一种常见的运动机构。它是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。当从动件的位移、速度和加速度必须严格地按照预定规律变化,尤其当原动件作连续运动而从动件必须作间歇运动时,则以采用凸轮机构最为简便。凸轮从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓线或凹槽的形状,凸轮可将连续的旋转运动转化为往复的直线运动,可实现复杂的运动规律。凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用,主要是凸轮机构可实现各种复杂的运动要求,而且结构简单、紧凑,可准确实现要求的运动规律。只要适当地设计凸轮的轮廓曲线,就可使推杆得到各种预期的运动规律。

凸轮具有曲线轮廓或凹槽,有盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等。其中,圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线,因而属于空间凸轮。凸轮轮廓曲线决定于位移曲线的形状,曲线的形状则由设计者选定,可以有多种运动规律。常见的凸轮运动规律有等速、等加速-等减速、余弦加速度及正弦加速度等。

(2)凸轮机构实验台的主要参数

盘形凸轮机构主要参数见表2.5。

表2.5　盘形凸轮机构主要参数

续表

圆柱凸轮机构主要参数见表2.6。

表2.6　圆柱凸轮机构主要参数

(3)实验台测试原理图

如图2.6 所示为实验台测试原理图。

2.3.4　实验步骤

(1)盘形凸轮机构实验

①单击“凸轮机构”图标,进入凸轮机构运动测试设计仿真综合试验台软件系统的封面。单击左键,进入盘形凸轮机构动画演示界面,如图2.7 所示。

图2.6　实验台测试原理图

图2.7　软件演示界面

②在盘形凸轮机构动画演示界面左下方单击“盘形凸轮”键,进入盘形凸轮机构原始参数输入界面,如图2.8 所示。

③在盘形凸轮机构原始参数输入界面的左下方单击“凸轮机构设计”键,弹出凸轮机构设计对话框;输入必要的原始参数,单击“设计”按钮,弹出一个“选择运动规律”对话框;选定推程和回程运动规律,在该界面上,单击“确定”按钮,返回凸轮机构设计对话框;待计算结果出来后,在该界面上,单击“确定”按钮,计算机自动将设计好的盘形凸轮机构的尺寸填写在参数输入界面的对应的参数框内。也可以自行设计,然后按设计的尺寸调整推杆偏距,如图2.9所示。

图2.8　盘形凸轮机构原始参数输入界面(www.daowen.com)

图2.9　凸轮机构参数输入

④启动实验台的电动机,待盘形凸轮机构运转平稳后,测定电动机的功率,填入参数输入界面的对应参数框内。

⑤在盘形凸轮机构原始参数输入界面左下方单击选定的实验内容(凸轮运动仿真,推杆运动仿真),进入选定实验的界面,如图2.10 所示。

⑥在选定的实验内容的界面左下方单击“仿真”按钮,动态显示机构即时位置和动态的速度、加速度曲线图。单击“实测”按钮,进行数据采集和传输,显示实测的速度、加速度曲线图,如图2.11 所示。若动态参数不满足要求或速度波动过大,有关实验界面均会弹出提示“不满足!”及有关参数的修正值。

图2.10　盘形凸轮机构推杆运动规律仿真与实测界面

图2.11　盘形凸轮机构凸轮运动规律仿真与实测界面

⑦如果要打印仿真和实测的速度、加速度曲线图,在选定的实验内容的界面下方单击“打印”按钮,打印机自动打印出仿真和实测的速度、加速度曲线图。

⑧如果要做其他实验,或动态参数不满足要求,在选定的实验内容的界面下方单击“返回”按钮,返回盘形凸轮机构原始参数输入界面,校对所有参数并修改有关参数,单击选定的实验内容键,进入有关实验界面。

⑨如果实验结束,单击“退出”按钮,返回Windows 界面。

(2)圆柱凸轮机构实验步骤

①单击“凸轮机构”图标,进入盘形凸轮机构运动测试设计仿真综合试验台软件系统的界面,如图2.7 所示。单击左键,进入盘形凸轮机构动画演示界面。在盘形凸轮机构动画演示界面左下方单击“圆柱凸轮机构”键,进入圆柱凸轮机构动画演示界面。

②在圆柱凸轮机构动画演示界面左下方单击“圆柱凸轮”键,进入圆柱凸轮机构原始参数输入界面,如图2.12 所示。

图2.12　圆柱凸轮机构原始参数输入界面

③在圆柱凸轮机构原始参数输入界面的左下方单击“凸轮机构设计”键,弹出凸轮机构设计对话框,输入必要的原始参数,单击“设计”按钮,弹出一个“选择运动规律”对话框;选定推程和回程运动规律,在该界面上,单击“确定”按钮,返回凸轮机构设计对话框;待计算结果出来后,在该界面上,单击“确定”按钮,计算机自动将设计好的圆柱凸轮机构的尺寸填写在参数输入界面的对应的参数框内。也可以自行设计,然后按设计的尺寸调整推杆偏距。

④启动实验台的电动机,待圆柱凸轮机构运转平稳后,测定电动机的功率,并填入参数输入界面的对应参数框内。

⑤在圆柱凸轮机构原始参数输入界面左下方单击选定“凸轮运动仿真”,进入选定圆柱凸轮机构的凸轮运动仿真及测试分析界面,如图2.13 所示。

⑥在凸轮运动仿真及测试分析的界面左下方单击“仿真”按钮,动态显示机构即时位置和凸轮动态的角速度、角加速度曲线图。单击“实测”按钮,进行数据采集和传输,显示实测的角速度、角加速度曲线图。若动态参数不满足要求或速度波动过大,有关实验界面均会弹出提示“不满足!”及有关参数的修正值。

图2.13　圆柱凸轮机构凸轮运动仿真与实测界面

⑦如果要打印仿真和实测的角速度、角加速度曲线图,在凸轮运动仿真及测试分析的界面下方单击“打印”按钮,打印机自动打印出仿真和实测的角速度、角加速度曲线图。

⑧如果要做其他实验,或动态参数不满足要求,在凸轮运动仿真及测试分析的界面下方单击“返回”按钮,返回圆柱凸轮机构原始参数输入界面,校对所有参数并修改有关参数,单击选定的实验内容键,进入有关实验界面。

⑨如果实验结束,单击“退出”按钮,返回Windows 界面。

2.3.5　注意事项

①开机前,将面板上调速旋钮逆时针旋到底(转速最低)。

②用手转动飞轮盘1~2 周,检查各运动构件的运行状况,各螺母紧固件应无松动,各运动构件应无卡死现象。

③开机后,人不要太靠近实验台,更不能用手触摸运动构件。

④调速稳定后,才能用软件测试。测试过程中不能调速,否则测试曲线会混乱,不能反映周期性。

⑤测试时,转速不能太快或太慢,否则超过传感器量程,软件采集不到数据,将自动退出系统或死机。

⑥如需调整实验机构杆长的位置,应特别注意,在各项调整工作完成后,一定要用扳手将该拧紧的螺母全部检查一遍,转动曲柄盘,并检查机构的运转情况,再进行下一步操作。

2.3.6　思考题

凸轮基圆直径、滚子直径、偏心距对其轮廓线有什么影响?