凸轮设计工具的创新设计

缪丹云,陈权明,张长鸿,潘健怡（华南理工大学广州学院,广州 510800）

凸轮设计工具的创新设计

缪丹云,陈权明,张长鸿,潘健怡
（华南理工大学广州学院,广州 510800）

利用图解法设计凸轮廓线是凸轮机构设计中最为常用的方法，在《机械原理》课堂教学中也向学生重点介绍该方法,其中，绘制工具必不可少。而传统的凸轮廓线绘制工具是圆规、直尺、量角器等，本文针对传统绘制工具的缺点，提出了一种全新设计。本设计汇集圆规、直尺、量角器等多种绘图功能，操作简单，误差小，有助于教师的讲解与学生的理解。当然本设计还可用于需要同时用到圆规、直尺、量角器等作图工具的其他场合。

机械原理;凸轮设计;工具;创新设计

1 传统绘制凸轮廓线的图解法

已知凸轮基圆半径、偏心距、凸轮旋转方向、推杆运动规律、各过程的运动角，设计凸轮廓线。其图解法的设计过程如下：

第一步：用圆规画出基圆、推杆、偏距圆；

第二步：朝凸轮运动的相反方向用量角器根据推程、远休、回程、近休等运动角把基圆分成若干等分，作等分线交基圆于若干点，标注1、2、3等；

第三步：过各交点用直尺作偏距圆的切线；

第四步：根据推杆运动规律，计算出各位置的位移，在相应位置的基圆以外切线上用直尺量出各位移大小，并有了一系列新的点，标注为1/、2/、3/等；

第五步：将各新点连接成光滑的曲线，便得到所求的凸轮轮廓曲线，如图1所示。

图1 凸轮廓线的设计过程

传统的凸轮廓线图解法存在以下不足之处：1.画图工具种类多，包括圆规、量角器、直尺，作图繁杂；2.操作不方便；3、作图误差大；4.老师讲解困难，学生理解也较费劲。

2 凸轮廓线绘制工具的创新设计

针对传统凸轮廓线图解法存在的缺点，本文提出了绘制工具的创新设计，其整体结构如图2所示，主要由角度圆盘、长刻度尺旋转及滑动结构、粉笔套滑动结构等几部分构成。

2.1 角度圆盘

角度圆盘作为整个结构的支架部分，具有磁性，可吸附在黑板上，圆盘上分布着详细的角度刻度，其结构如图3所示。

2.2 长刻度尺旋转及滑动结构

长刻度尺旋转及滑动结构由长刻度尺、偏心距刻度尺（作为滑轨）、滑块、锁定螺栓等零件组成，如图4所示，偏心距刻度尺可绕角度圆盘中心旋转，长刻度尺通过滑块可在偏心距刻度尺上滑动，长刻度尺与偏心距刻度尺一直保持垂直状态。

2.3 粉笔套滑动结构

粉笔套滑动结构由锁定环、粉笔套滑块和锁定螺栓组成，如图5所示。粉笔套滑块可在长刻度尺滑动。

图 2 凸轮廓线绘制工具整体结构

图3 角度圆盘

图4 长刻度尺旋转及滑动结构

3 凸轮廓线绘制工具的工作过程

（1）将带磁性的圆盘支架吸附在黑板上，把长刻度尺锁定在圆心，粉笔夹滑块锁定在规定尺寸，画出基圆，同理可画出偏距圆，如图6（a）所示。

（2）旋转长刻度尺，按照圆盘角度刻度把基圆分成若干等分，并作等分线交基圆于若干点，标注为1、2、3等，如图6（b）所示。

（3）根据偏心距偏移长刻度尺，锁定，分别过上个步骤中的各交点作偏距圆的切线，并在基圆以外切线上量出各位移大小，移动粉笔滑块，作出1/、2/、3/等标记，如图6（c）所示。

（4）用光滑的曲线连接1/、2/、3/等各点，便得到所求的凸轮轮廓曲线，如图6（d）所示。

图6 凸轮廓线绘制工具的工作过程

4 小结

在机械原理课程的教学中，凸轮廓线的图解法是一个比较抽象和繁琐的过程，老师讲解比较困难，同学理解比较费劲。而此种新型工具，在设计上结合了圆规、直尺、量角器的特点，即可提高老师的教学效率，也可加强同学对凸轮廓线设计方法的理解。相对于传统的凸轮廓线绘制方式，本设计具有以下优势：

（1）可轻易绘制出两种凸轮廓线（对心式和偏心式）；

（2）可实现量角器、直尺、圆规等多种作图工具的功能；

（3）结构简单、材料种类较少、制作成本较低；

（4）操作方便；

（5）绘图误差小；

（6）绘图过程连贯性好，使教师讲解廓线设计方法时更加顺畅，有助于学生的理解。

该产品已用于本人的实际教学中，效果明显。当然本设计不局限用于凸轮廓线的设计，还可用于需要同时用到圆规、直尺、量角器等作图工具的其他场合。

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