平面機構創(chuàng)新實驗臺開展凸輪輪廓曲線優(yōu)化的方法

榮治明 丁堃

摘 要：平面機構運動創(chuàng)新設計實驗臺根據機構組成原理和桿組（包括高副桿組）迭加原理設計，可以讓學生在拼接中進一步掌握機構組成理論，通過動手實驗靈活運用機械傳動的基礎知識，實現機構的創(chuàng)新設計。運用Pro/E建立產品數字化裝配模型，運用“機構”模塊來進行運動仿真，按比例完成凸輪機構各組件的加工，形成教學模型。

關鍵詞：創(chuàng)新設計；數字化裝配模型；教學模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.221

平面機構運動創(chuàng)新設計實驗臺配有數據采集傳感器并與計算機相連，通常包含角度傳感器和位移傳感器，設備以串口通訊方式傳送測試數據，具有精度高，速度快、穩(wěn)定性好的特點。平面機構運動創(chuàng)新設計實驗臺對開展的設計前提要求是保證機構中相關的運動構件在運動中不發(fā)生干涉，機架立柱可進行橫向滑移，滑塊的高度可在立柱上調節(jié)高度，連桿件的桿長為多尺寸，用于組裝機構的通用零件特征是種類少，模塊化程度高，可實現機構方案拼裝高效率， 教師可開發(fā)出綜合性、設計性實驗時，學生亦可方便實驗操作，使學生的機構創(chuàng)新能力得以鍛煉提高。

1 實驗概述

JYCS-Ⅱ機構運動方案創(chuàng)新設計實驗儀內部由單片機控制，它可同時完成對機構主傳動軸轉速、回轉不勻率；擺動從動件擺動角位移、角速度、角加速度；以及直動從動件直線位移、速度、加速度的輸出信號數據采集和預處理，并將采集數據傳送到計算機進行數據處理、顯示、打開等，如圖1所示。

凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構件，從動件與凸輪利用高副形式連接，從動件在運動時是預期連續(xù)或不連續(xù)的運動，凸輪機構廣泛應用在機械傳動、儀器設備、操縱控制等裝置中， 是自動化生產中較為常見的驅動和控制機構。但由于凸輪機構自身的機構特點，高副易被磨損，在工作中存在柔性沖擊，因此凸輪的輪廓曲線優(yōu)化設計在相關的機械產品設計中至為重要。

雖然傳統(tǒng)的圖解法簡便易行，但存在作圖效率低下、輪廓曲線誤差偏大，在精度要求高的凸輪設計中往往不能滿足要求，同時存在分度間距較大、后期數據調整等方面的困難；解析法存在公式復雜，專業(yè)基礎知識要求高，直觀性差等特點。運用現代的計算機輔助設計手段，設定零件的形狀和尺寸、定位誤差等，預測裝配精度，評價裝配工藝，從而更全面地為產品設計和生產提供支持；運用平面機構運動搭接分析軟件通過計算機顯示運動曲線，傳感器檢測平面凸輪機構活動構件的位移、速度和加速度，并對分角度、分時段的計算數據，可了解機構運動規(guī)律及機構實時運動狀態(tài)，進行數據分析對比后，進行機構重新設計與裝配調整。

教學中依據課程設置安排，積極探討用機構創(chuàng)新搭接實驗臺開展凸輪輪廓曲線優(yōu)化的方法，實施中應滿足人才培養(yǎng)規(guī)律與課程進度相一致。按學期開展，首先使學生具有機械原理凸輪相關的專業(yè)知識，繼而課程設置上為三維造型軟件學習，最后機械加工，實現設計零件化生產，實踐中進行檢驗。

2 教學中解決方案的基本設計步驟

（1）在進行機械機構設計時，用Pro/E或其他三維軟件建立模型后通過手段，運用“機構”模塊在電腦上模擬所設計的機構來進行虛擬運動仿真，以實現在虛擬的環(huán)境中凸輪機構運動的目的。此方法可以充分發(fā)揮學生的想象力和創(chuàng)造力，彌補傳統(tǒng)教學方式中計算、繪圖能力的不足，激發(fā)學生的學習興趣，增強學生機構運動創(chuàng)新設計意識，對于提高設計效率、提升綜合設計的能力，降低成本有很大的作用。

（2）運用平面機構運動搭接實驗臺拼裝各類型平面?zhèn)鲃訖C構時，拼裝的后的機構能需保證配合精度，實現運動無卡滯，構件間無干涉現象，運動靈活自由，運用平面機構運動搭接分析軟件檢測凸輪機構運動中從動件的加速度曲線，判斷柔性沖擊量，優(yōu)化凸輪曲線設計參數，并將數值反饋給Pro/E軟件，完成產品數字化裝配模型的修改。促進平面機構運動搭接實驗臺及JYCS-Ⅱ軟件在機自專業(yè)學生《機械設計》課程設計、畢業(yè)設計中的應用。

（3）將機械加工設備（線切割、加工中心）資源運用到機械機構設計中，實現產品模型化展示，按比例完成凸輪機構各組件的加工，形成教學模型，實現凸輪機構的實物加工，探討加工工藝及其改進方法，實現自制簡單教具的推廣，豐富實驗室學習資源。

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