凸輪設(shè)計(jì)工具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

繆丹云,陳權(quán)明,張長(zhǎng)鴻,潘健怡（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院,廣州 510800）

凸輪設(shè)計(jì)工具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

繆丹云,陳權(quán)明,張長(zhǎng)鴻,潘健怡
（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院,廣州 510800）

利用圖解法設(shè)計(jì)凸輪廓線是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為常用的方法，在《機(jī)械原理》課堂教學(xué)中也向?qū)W生重點(diǎn)介紹該方法,其中，繪制工具必不可少。而傳統(tǒng)的凸輪廓線繪制工具是圓規(guī)、直尺、量角器等，本文針對(duì)傳統(tǒng)繪制工具的缺點(diǎn)，提出了一種全新設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)匯集圓規(guī)、直尺、量角器等多種繪圖功能，操作簡(jiǎn)單，誤差小，有助于教師的講解與學(xué)生的理解。當(dāng)然本設(shè)計(jì)還可用于需要同時(shí)用到圓規(guī)、直尺、量角器等作圖工具的其他場(chǎng)合。

機(jī)械原理;凸輪設(shè)計(jì);工具;創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1 傳統(tǒng)繪制凸輪廓線的圖解法

已知凸輪基圓半徑、偏心距、凸輪旋轉(zhuǎn)方向、推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律、各過(guò)程的運(yùn)動(dòng)角，設(shè)計(jì)凸輪廓線。其圖解法的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

第一步：用圓規(guī)畫(huà)出基圓、推桿、偏距圓；

第二步：朝凸輪運(yùn)動(dòng)的相反方向用量角器根據(jù)推程、遠(yuǎn)休、回程、近休等運(yùn)動(dòng)角把基圓分成若干等分，作等分線交基圓于若干點(diǎn)，標(biāo)注1、2、3等；

第三步：過(guò)各交點(diǎn)用直尺作偏距圓的切線；

第四步：根據(jù)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，計(jì)算出各位置的位移，在相應(yīng)位置的基圓以外切線上用直尺量出各位移大小，并有了一系列新的點(diǎn)，標(biāo)注為1/、2/、3/等；

第五步：將各新點(diǎn)連接成光滑的曲線，便得到所求的凸輪輪廓曲線，如圖1所示。

圖1 凸輪廓線的設(shè)計(jì)過(guò)程

傳統(tǒng)的凸輪廓線圖解法存在以下不足之處：1.畫(huà)圖工具種類多，包括圓規(guī)、量角器、直尺，作圖繁雜；2.操作不方便；3、作圖誤差大；4.老師講解困難，學(xué)生理解也較費(fèi)勁。

2 凸輪廓線繪制工具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)凸輪廓線圖解法存在的缺點(diǎn)，本文提出了繪制工具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由角度圓盤、長(zhǎng)刻度尺旋轉(zhuǎn)及滑動(dòng)結(jié)構(gòu)、粉筆套滑動(dòng)結(jié)構(gòu)等幾部分構(gòu)成。

2.1 角度圓盤

角度圓盤作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的支架部分，具有磁性，可吸附在黑板上，圓盤上分布著詳細(xì)的角度刻度，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2 長(zhǎng)刻度尺旋轉(zhuǎn)及滑動(dòng)結(jié)構(gòu)

長(zhǎng)刻度尺旋轉(zhuǎn)及滑動(dòng)結(jié)構(gòu)由長(zhǎng)刻度尺、偏心距刻度尺（作為滑軌）、滑塊、鎖定螺栓等零件組成，如圖4所示，偏心距刻度尺可繞角度圓盤中心旋轉(zhuǎn)，長(zhǎng)刻度尺通過(guò)滑塊可在偏心距刻度尺上滑動(dòng)，長(zhǎng)刻度尺與偏心距刻度尺一直保持垂直狀態(tài)。

2.3 粉筆套滑動(dòng)結(jié)構(gòu)

粉筆套滑動(dòng)結(jié)構(gòu)由鎖定環(huán)、粉筆套滑塊和鎖定螺栓組成，如圖5所示。粉筆套滑塊可在長(zhǎng)刻度尺滑動(dòng)。

圖 2 凸輪廓線繪制工具整體結(jié)構(gòu)

圖3 角度圓盤

圖4 長(zhǎng)刻度尺旋轉(zhuǎn)及滑動(dòng)結(jié)構(gòu)

3 凸輪廓線繪制工具的工作過(guò)程

（1）將帶磁性的圓盤支架吸附在黑板上，把長(zhǎng)刻度尺鎖定在圓心，粉筆夾滑塊鎖定在規(guī)定尺寸，畫(huà)出基圓，同理可畫(huà)出偏距圓，如圖6（a）所示。

（2）旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)刻度尺，按照?qǐng)A盤角度刻度把基圓分成若干等分，并作等分線交基圓于若干點(diǎn)，標(biāo)注為1、2、3等，如圖6（b）所示。

（3）根據(jù)偏心距偏移長(zhǎng)刻度尺，鎖定，分別過(guò)上個(gè)步驟中的各交點(diǎn)作偏距圓的切線，并在基圓以外切線上量出各位移大小，移動(dòng)粉筆滑塊，作出1/、2/、3/等標(biāo)記，如圖6（c）所示。

（4）用光滑的曲線連接1/、2/、3/等各點(diǎn)，便得到所求的凸輪輪廓曲線，如圖6（d）所示。

圖6 凸輪廓線繪制工具的工作過(guò)程

4 小結(jié)

在機(jī)械原理課程的教學(xué)中，凸輪廓線的圖解法是一個(gè)比較抽象和繁瑣的過(guò)程，老師講解比較困難，同學(xué)理解比較費(fèi)勁。而此種新型工具，在設(shè)計(jì)上結(jié)合了圓規(guī)、直尺、量角器的特點(diǎn)，即可提高老師的教學(xué)效率，也可加強(qiáng)同學(xué)對(duì)凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的理解。相對(duì)于傳統(tǒng)的凸輪廓線繪制方式，本設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）可輕易繪制出兩種凸輪廓線（對(duì)心式和偏心式）；

（2）可實(shí)現(xiàn)量角器、直尺、圓規(guī)等多種作圖工具的功能；

（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料種類較少、制作成本較低；

（4）操作方便；

（5）繪圖誤差??；

（6）繪圖過(guò)程連貫性好，使教師講解廓線設(shè)計(jì)方法時(shí)更加順暢，有助于學(xué)生的理解。

該產(chǎn)品已用于本人的實(shí)際教學(xué)中，效果明顯。當(dāng)然本設(shè)計(jì)不局限用于凸輪廓線的設(shè)計(jì)，還可用于需要同時(shí)用到圓規(guī)、直尺、量角器等作圖工具的其他場(chǎng)合。

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