精密測量的凸輪機(jī)構(gòu)從動件運(yùn)動分析軟件開發(fā)應(yīng)用分析

唐 曉

(桂林機(jī)床股份有限公司，廣西 桂林 541002)

從動件是機(jī)構(gòu)中除了主動件以外隨著主動件運(yùn)動的其余可動構(gòu)件。在一個機(jī)構(gòu)中，凡是能夠推動其他機(jī)件者，稱為原動件(Driver);凡是被其他機(jī)件影響而運(yùn)動者，稱為從動件(Follower)。有時候我們可以直接觀察互相連接之機(jī)件，當(dāng)發(fā)生運(yùn)動時，其主動者則為原動件，后動者則謂之從動件。從動件主要分為尖底從動件、滾子從動件、平底從動件三個型式。

1 介紹凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動件和機(jī)架三個基本構(gòu)件組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，一般為主動件，作等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動或往復(fù)直線運(yùn)動。與凸輪輪廓接觸，并傳遞動力和實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動規(guī)律的構(gòu)件，一般做往復(fù)直線運(yùn)動或擺動，稱為從動件。

由凸輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動或往復(fù)運(yùn)動推動從動件作規(guī)定往復(fù)移動或擺動。凸輪具有曲線輪廓或凹槽，有盤形凸輪、圓柱凸輪和移動凸輪等，其中圓柱凸輪的凹槽曲線是空間曲線，因而屬于空間凸輪。從動件與凸輪作點(diǎn)接觸或線接觸，有滾子從動件、平底從動件和尖端從動件等。尖端從動件能與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，可實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動，但尖端容易磨損，適用于傳力較小的低速機(jī)構(gòu)中。為了使從動件與凸輪始終保持接觸，可采用彈簧或施加重力。具有凹槽的凸輪可使從動件傳遞確定的運(yùn)動，為確動凸輪的一種。一般情況下凸輪是主動的，但也有從動或固定的凸輪。多數(shù)凸輪是單自由度的，但也有雙自由度的劈錐凸輪。凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，最適用于要求從動件作間歇運(yùn)動的場合。它與液壓和氣動的類似機(jī)構(gòu)比較，運(yùn)動可靠，因此在自動機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)、印刷機(jī)和紡織機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。但凸輪機(jī)構(gòu)易磨損，有噪聲，高速凸輪的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，制造要求較高。總的來說，凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便，可實(shí)現(xiàn)從動件任意預(yù)期運(yùn)動，因此在機(jī)床、紡織機(jī)械、輕工機(jī)械、印刷機(jī)械、機(jī)電一體化裝配中大量應(yīng)用。

2 運(yùn)動規(guī)律分析

凸輪機(jī)構(gòu)從動件的運(yùn)動規(guī)律比較復(fù)雜，有很多個不同的運(yùn)動形式組成。如推桿式運(yùn)動規(guī)律：推桿在推程或回程時，其位移S、速度v和加速度a隨時間t的變化規(guī)律。運(yùn)動規(guī)律大致分為以下幾類：多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律：1.等速運(yùn)動運(yùn)動規(guī)律;2.等加等減速(二次多項(xiàng)式)運(yùn)動規(guī)律;3.五次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律。三角函數(shù)運(yùn)動規(guī)律：1.余弦加速度(簡諧)運(yùn)動規(guī)律;2.正弦加速度(擺線)運(yùn)動規(guī)律。

3 人工分析與軟件分析的對比

傳統(tǒng)的分析方式，主要靠的是人工來進(jìn)行，工具輔助。對從動件的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行分析，是一個十分龐大的工程，首先要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)本身就十分龐大，要想完全準(zhǔn)確的對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，是很難做到的;再就是數(shù)據(jù)的處理了，要想使用數(shù)據(jù)，就要對其進(jìn)行相關(guān)的處理，這樣可以排除一些多余數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度;之后是建立數(shù)學(xué)模型，這里的模型就是指通過數(shù)學(xué)公式，把從動件的運(yùn)動規(guī)律表示出來，再繪制成圖形，這樣人們就可以直接的觀察從動件的運(yùn)動規(guī)律了;最后才是對數(shù)據(jù)的使用，這個過程包括了代值、計(jì)算和對比，數(shù)據(jù)本身很多，一個個的代入到公式當(dāng)中，工作量就十分大，也會消耗大量的時間。

傳統(tǒng)的分析方式，需要消耗大量的人力，而且還需要大量的時間，卻無法保證分析的結(jié)構(gòu)完全準(zhǔn)確。這種方式在消耗人力的同時，還提高了分析的成本，且無法提供較高的工作效率。而采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)一個分析從動件運(yùn)動規(guī)律的軟件，投入的成本將比傳統(tǒng)的方式少很多。而且，設(shè)計(jì)出來的軟件，可以在以后的工作當(dāng)中重復(fù)的使用，避免了人力分析的很多弊端。通過計(jì)算機(jī)軟件對運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行分析，按照預(yù)先寫入的計(jì)算過程，對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的處理，不會像人工分析那樣出現(xiàn)不必要的錯誤;而且計(jì)算機(jī)運(yùn)算的速度是人的很多倍，所以用它對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，時間就會縮短很多。

總的來說，通過計(jì)算機(jī)軟件對從動件的運(yùn)動進(jìn)行分析，比其它的方式要好很多。

4 軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題

4.1 參數(shù)的寫入

在軟件設(shè)計(jì)的過程，要使用到常見的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)VB6.0，通過對話框，將要用到的部分?jǐn)?shù)據(jù)輸入到軟件當(dāng)中。這個過程會消耗很多的精力與時間，而且要求不能出現(xiàn)較大的錯誤。

4.2 VB與Matlab接口技術(shù)的應(yīng)用

利用與Matlab相似的函數(shù)和語法嵌入到VB中，可以像使用VB的函數(shù)和命令一樣使用Matlab，用以完成復(fù)雜的計(jì)算和繪圖。這種方法的語法和函數(shù)使用都相對比較簡單，編程效率很高，幾乎完全融入VB語言，特別對圖形的處理非常方便，彌補(bǔ)了其他方法在圖形處理上的弱點(diǎn)。

4.3 從動件位移線圖局部放大功能的實(shí)現(xiàn)

對實(shí)際凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行從動件運(yùn)動規(guī)律分析時，由于制造誤差、測量誤差和磨損等因素的存在，較難得到理想狀態(tài)的從動件運(yùn)動線圖，很難在不進(jìn)行人工干涉的情況下分析出原凸輪機(jī)構(gòu)的從動件運(yùn)動規(guī)律。這個時候，就要利用從動件位移線圖局部放大功能來實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動規(guī)律的觀察了。

5 結(jié)語

軟件分析從動件運(yùn)動技術(shù)的應(yīng)用，將使機(jī)械的發(fā)展得到更大的提高，為未來打下良好的基礎(chǔ)。

[1]金曉怡，鈕冬科，張向偉.基于精密測量的凸輪機(jī)構(gòu)從動件運(yùn)動分析軟件開發(fā)[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報.2012(04)：26

[2]錢力郭，天松，王韻，王良文，李安生.基于VB的凸輪機(jī)構(gòu)從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)系統(tǒng)[J].機(jī)械傳動.2010(10)：34