运用AutoCAD设计凸轮轮廓曲线(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)武汉职业技术学院 作者:齐真

  凸轮机构是机械传动中的一种常用机构,广泛应用于自动化和半自动化机械中。根据使用要求确定凸轮机构的类型、基本参数和从动件的运动规律后,即可进行凸轮轮廓曲线的设计。设计方法有图解法和解析法。解析法精度较高,但计算繁琐;图解法虽然直观、方便,但手工作图误差较大,一般用于低速和不重要的场合。所幸的是,计算机的普及为我们精确地绘制凸轮轮廓曲线提供了便捷的工具。运用AutoCAD软件,我们可以精确地绘制出凸轮轮廓曲线。

1、图解法设计原理

  图解法利用反转法原理:设想给整个机构上一个反向转动,则凸轮处于相对静止状态,而从动件一方面随机架以角速度(-ω)绕O点转动,另一方面按给定的运动规律在机架导路中作往复运动或摆动。其结果是凸轮机构中各构件之间的相对运动关系并不改变。对于尖顶从动件,由于它的尖端始终与凸轮轮廓相接触,所以反转过程中从动件尖端的运动轨迹就是凸轮轮廓。因此,凸轮轮廓曲线的设计,就是将凸轮视作固定的,作出从动件在反转过程中尖顶的各位置,将各点连成光滑曲线,即得凸轮轮廓曲线。图1 即为反转法原理。

反转法原理

图1 反转法原理

2、用AutoCAD设计凸轮轮廓曲线

  现举例说明设计方法。设计命题如下:一偏置滚子直动从动件盘形凸轮机构,已知从动件的升程,凸轮基圆半径rb=60mm,偏距(右偏)e=10mm,滚子半径rT=15mm。凸轮按逆时针方向转动,其运动规律见表1:


表1 滚子从动件的运动规律

滚子从动件的运动规律

  说明:表中的φ和S 分别表示凸轮的转角和从动件的位移。

2.1、绘制位移线图

  (1)进入AutoCAD2009绘图界面,进行基本的环境设置。包括设置图形界限、设置点样式、设置文字样式、创建图层等。其中至少要创建粗实线、细实线和中心线三个图层。

  (2)绘制坐标轴。取长度比例μs=1∶1 在S轴上量取h=30mm;取角度比例μδ=3°/mm 在φ轴上分别量取φ0=90°、φs=60°、φ0'=180°、φs'=30°。

  (3)将φ0=90°、φ0'=180°等分。调用定数等分命令。本文将φ0 等分成4 等分、φ0'等分成偶数等分(此处为8 等分)则得等分点1、2…13。

  (4)绘制升程的位移线图。打开“正交”,调用直线命令,捕捉4 点,光标向上移动,输入30,即可画出44',捕捉O 点和4'点画直线,O4'线即为绘制升程的位移曲线。然后用复制命令,以4 点为基点,将44'复制到3、2、1 点与O4'分别交与1'、2'、3',用修剪命令修剪O4'以上的线。

  (5)绘制回程的位移线图。用复制命令,以4点为基点,将44'复制到5、6…13 点;用定数等分命令将95"等分成8 等分(注意应与角φ0'的等分数相同),得各等分点如前半回程的5"、6"…8"、9'点;用直线命令作5'6"、5'7"5'9'线分别与过6、7、…9 点所作的φ 轴的垂线交于的6'、7'、…9'点;同理可得后半回程的10'、11'、…13 点,最后用样条曲线命令将5'、6'、…13 点连成光滑曲线即为回程的位移线图。如图2 所示。

位移线图

图 2 位移线图

2.2、绘制凸轮理论廓线

  将滚子中心视为从动件的尖顶。选比例ui= 1:1 。(注:该作图比例应与位移曲线的作图比例一致)

  (1)绘制基圆、偏距圆:用画圆命令以O 为圆心,分别以80、20 为半径画圆;

  (2)确定初始位置:过B0 点作偏距圆的切线A0B0,A0 即为凸轮轮廓曲线的起点;

  (3)在基圆上依次量取四个角度:连OA0,从OA0开始,沿—ω(顺时针)方向依次量取φ0=90°、φs=60°、φ0'=180°、φs'=30°,得各分点A4、A5、A13;

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