凸輪設計工具的創新設計

繆丹云,陳權明,張長鴻,潘健怡（華南理工大學廣州學院,廣州 510800）

凸輪設計工具的創新設計

繆丹云,陳權明,張長鴻,潘健怡
（華南理工大學廣州學院,廣州 510800）

利用圖解法設計凸輪廓線是凸輪機構設計中最為常用的方法，在《機械原理》課堂教學中也向學生重點介紹該方法,其中，繪制工具必不可少。而傳統的凸輪廓線繪制工具是圓規、直尺、量角器等，本文針對傳統繪制工具的缺點，提出了一種全新設計。本設計匯集圓規、直尺、量角器等多種繪圖功能，操作簡單，誤差小，有助于教師的講解與學生的理解。當然本設計還可用于需要同時用到圓規、直尺、量角器等作圖工具的其他場合。

機械原理;凸輪設計;工具;創新設計

1 傳統繪制凸輪廓線的圖解法

已知凸輪基圓半徑、偏心距、凸輪旋轉方向、推桿運動規律、各過程的運動角，設計凸輪廓線。其圖解法的設計過程如下：

第一步：用圓規畫出基圓、推桿、偏距圓；

第二步：朝凸輪運動的相反方向用量角器根據推程、遠休、回程、近休等運動角把基圓分成若干等分，作等分線交基圓于若干點，標注1、2、3等；

第三步：過各交點用直尺作偏距圓的切線；

第四步：根據推桿運動規律，計算出各位置的位移，在相應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，標注為1/、2/、3/等；

第五步：將各新點連接成光滑的曲線，便得到所求的凸輪輪廓曲線，如圖1所示。

圖1 凸輪廓線的設計過程

傳統的凸輪廓線圖解法存在以下不足之處：1.畫圖工具種類多，包括圓規、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，學生理解也較費勁。

2 凸輪廓線繪制工具的創新設計

針對傳統凸輪廓線圖解法存在的缺點，本文提出了繪制工具的創新設計，其整體結構如圖2所示，主要由角度圓盤、長刻度尺旋轉及滑動結構、粉筆套滑動結構等幾部分構成。

2.1 角度圓盤

角度圓盤作為整個結構的支架部分，具有磁性，可吸附在黑板上，圓盤上分布著詳細的角度刻度，其結構如圖3所示。

2.2 長刻度尺旋轉及滑動結構

長刻度尺旋轉及滑動結構由長刻度尺、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，長刻度尺通過滑塊可在偏心距刻度尺上滑動，長刻度尺與偏心距刻度尺一直保持垂直狀態。

2.3 粉筆套滑動結構

粉筆套滑動結構由鎖定環、粉筆套滑塊和鎖定螺栓組成，如圖5所示。粉筆套滑塊可在長刻度尺滑動。

圖 2 凸輪廓線繪制工具整體結構

圖3 角度圓盤

圖4 長刻度尺旋轉及滑動結構

3 凸輪廓線繪制工具的工作過程

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

（2）旋轉長刻度尺，按照圓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，標注為1、2、3等，如圖6（b）所示。

（3）根據偏心距偏移長刻度尺，鎖定，分別過上個步驟中的各交點作偏距圓的切線，并在基圓以外切線上量出各位移大小，移動粉筆滑塊，作出1/、2/、3/等標記，如圖6（c）所示。

（4）用光滑的曲線連接1/、2/、3/等各點，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程

4 小結

在機械原理課程的教學中，凸輪廓線的圖解法是一個比較抽象和繁瑣的過程，老師講解比較困難，同學理解比較費勁。而此種新型工具，在設計上結合了圓規、直尺、量角器的特點，即可提高老師的教學效率，也可加強同學對凸輪廓線設計方法的理解。相對于傳統的凸輪廓線繪制方式，本設計具有以下優勢：

（1）可輕易繪制出兩種凸輪廓線（對心式和偏心式）；

（2）可實現量角器、直尺、圓規等多種作圖工具的功能；

（3）結構簡單、材料種類較少、制作成本較低；

（4）操作方便；

（5）繪圖誤差?。?/p>

（6）繪圖過程連貫性好，使教師講解廓線設計方法時更加順暢，有助于學生的理解。

該產品已用于本人的實際教學中，效果明顯。當然本設計不局限用于凸輪廓線的設計，還可用于需要同時用到圓規、直尺、量角器等作圖工具的其他場合。

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