APP下载

基于MFC的盘形凸轮机构设计研究

2016-07-21孙一平

现代机械 2016年3期
关键词:廓线滚子推杆

孙一平

(贵州职业技术学院,贵州贵阳550023)



基于MFC的盘形凸轮机构设计研究

孙一平

(贵州职业技术学院,贵州贵阳550023)

摘要:为了参数化设计凸轮机构,实现凸轮机构动画过程,设计了一种基于MFC的盘形凸轮机构人机交互系统。利用消息映射机制,完成了滚子直动从动件盘形凸轮的设计和凸轮运动过程的动画演示。结果表明:所设计系统达到了设计需求,完成了对凸轮机构的设计示教。

关键词:参数化人机交互动画示教

0引言

凸轮广泛运用于各种机械设备、自动装置,如机床、纺织机械和发动机配气机构等。盘形凸轮机构是机械设计的重要内容,平面凸轮的运动规律多种多样,一般可通过三维软件实体建模,如采用UG、Solidworks等[1],但此建模方法计算廓线参数表达式过程复杂,难以实现凸轮设计的多样性。

为解决上述问题,本设计利用VC++6.0编程环境下的MFC类库,采用面向对象的编程思想进行人机界面开发,实时根据对话框参数定制凸轮廓线,并查看其廓线对应的运动规律。应用基于MFC的技术方法,不但可以采用参数化设计盘形凸轮机构,同时,可对机构运动过程进行动画演示,弥补了传统凸轮机构设计的抽象性,更加形象生动地表达凸轮机构工作过程,实现设计过程的直观性,感观性和高效化[2]。

1凸轮廓线

1.1坐标计算

图1 凸轮廓线

(1)

式(1)即为理论凸轮廓线的方程式,也称为理论廓线方程。

对于滚子从动件凸轮机构,推杆在B处装有滚子,以提高推杆的使用寿命。显然,只要使滚子中心B沿理论廓线曲线上运动,即可保证推杆预期的运动规律。此时凸轮的轮廓曲线不是理论廓线,而是处处与滚子相切的另一条曲线,这条曲线称为凸轮的实际廓线。因为实际廓线与理论廓线在法线方向的距离处处相等,且等于滚子半径rr,故当已知廓线上任一点B(x,y),只要沿理论廓线在该点法线方向取距离为rr,即得实际廓线上相应点B′(x′,y′)。由此可见,理论廓线上作一系列滚子圆的包络线即为实际廓线。因此实际廓线是理论廓线的等距曲线,该等距曲线有两条,即内等距曲线和外等距曲线。

盘状槽形凸轮的廓线即为该两条等距曲线。由高等数学知识可求得理论廓线B点处法线n-n的斜率(与切线斜率互为负倒数)应为:

(2)

式(2)中的dx/dy与dy/dx可根据式(1)求出,代入式(2)后有:

(3)

式(3)中的θ角可在0°~360°变化,其值要根据分子、分母的正负号所决定的tanθ所在象限来计算。求出θ角后,可计算B′(x′,y′)的坐标值:

(4)

式中“-”号为内等距曲线,“+”号为外等距曲线。式(4)即为凸轮的实际廓线方程式。此时实际廓线的基圆半径r0等于理论廓线的基圆半径rb与滚子半径rr之差:r0=rb-rr。

1.2机构动画

当凸轮转动时,凸轮机构的坐标点相对于原点的坐标值要改变。设凸轮上一点原来坐标为(x,y),当凸轮转动θ角以后,其坐标变为(x′,y′)[4],则有以下关系:

在做机构运动仿真时,让θ角从0°到360°等量增加,则可以实现一系列凸轮的位置变换,形成连续的动画,并得到凸轮运动规律的位移、速度和加速度曲线。

2运动规律

凸轮机构是机械传动中一种常用的传动机构,一般是由主动件凸轮,从动件推杆和机架三个构件组成。凸轮通常作等速运动,推动推杆按一定的运动规律运动,推杆的运动规律是指其位移,速度和加速度三个运动参数随时间( 或凸轮转角) 变化规律[5]。推杆的运动规律是由凸轮的轮廓曲线决定的,反之,要设计出凸轮的廓线,必须先确定从动件的运动规律[6]。

对于推杆直动从动件盘形凸轮机构,在一个运动周期内一般会经历推程,远休止,回程和近休止四个阶段,不同的凸轮廓线,推杆的运动规律不同,正确理解凸轮机构推杆的运动规律、基圆半径的大小、偏心距、从动件滚子半径对凸轮廓线形状的影响是非常重要的。对常用的四种推杆从动件运动规律设计,如表1。

表1 从动件的运动方程式

3人机界面设计

VC++中的辅助软件开发包MFC是一个建立在Windows API之上的C++类库(C++ClassLibrary),对话框能简便地编写出处理能力强大、操作简单的人机交互式平台,这使得开发Windows应用程序变得简单而高效[7];它提供复杂的资源编辑器、窗口程序的界面和基本输入输出,可以编辑对话框、菜单、工具栏、图像和其它许多Windows应用程序的组成元素[8]。

基于MFC的盘形凸轮机构人机交互式平台包括对话框、菜单栏、和绘图区等操作区,其界面如图2所示。通过对话框栏能进行凸轮运动规律选择,并设定凸轮参数,执行菜单栏选项能调出对话框栏,并实现凸轮机构的动画演示过程。

图3 流程图

基于MFC的凸轮机构设计内容主要包括初始化凸轮参数,调用Ondraw函数绘制凸轮廓线以及执行OnSimuStart()函数使凸轮实时动作。流程图如图3所示。

启动Tulun.dsw应用程序后,从流程图知:首先配置正确的凸轮各参数,然后运行程序,绘图区得到凸轮廓线,执行凸轮机构仿真函数后,凸轮动画模拟。

根据盘形凸轮机构的特点在win32环境下,从VC++6.0开发工具提供的MFC类库为基础,结合C++的类继承特征,自定义新类实现绘图功能。对话框的主要作用是标定凸轮升程、回程运动规律;选定凸轮机构参数,包括推程角、回程角、远休止角、基圆半径、行程、偏距、推杆滚子半径和凸轮转速;对设计的凸轮参数作确认和撤销处理。构建盘形凸轮机构设计的对话框关键类如表2所示。

表2 对话框关键类

菜单栏的作用是通过凸轮机构运动参数菜单调出对话框栏,以及执行运动仿真菜单完成凸轮机构动画演示。为了实现菜单栏调出对话框和凸轮机构动画,本设计利用事件(EVENT)来实现。其中自定义了类CTulun的成员变量和成员函数,它包含由关键字修饰的句柄,用于唤醒同步事件对象。两个事件通过定义同一个CTulun类对象来访问上述事件对象。

通过凸轮参数机构菜单调出参数输入对话框的部分主要程序如下:

void CTulunView::OnInputSize()

{

//定义 CParameterDlg 类的一个对象

CParameterDlg CamDlg;

//初始化盘形凸轮参数输入对话框

CamDlg.m_Tui_Rule=2;

CamDlg.m_Hui_Rule=3;

CamDlg.m_Base_Radius=200;

CamDlg.m_Course=150;

CamDlg.m_Setover=80;

CamDlg.m_Hui_Angle=100;

CamDlg.m_Tui_Angle=150;

CamDlg.m_FarRest_Angle=60;

CamDlg.m_Roller_Radius=80;

CamDlg.m_Cam_Velocity=5;

//调用 OnDraw 函数按照输入的参数绘制凸轮

Invalidate(TRUE);

}

通过运动仿真菜单执行凸轮动画的部分主要程序如下:

void CTulunView::OnSimuStart()

{

SetTimer(1,100,NULL);

}

void CTulunView::OnSimuStop()

{

KillTimer(1);

}

Void CTulunView::OnTimer(UINT nIDEvent)

{

if (sita>360)

sita=sita-360; //当凸轮转动角度大于 360 °时,重新从 0 °开始旋转

sita=sita+m_Cam_Velocity;

// 凸轮每次转动角度

Invalidate(TRUE);

// 调用 OnDraw 函数,强制窗口重绘

CView::OnTimer(nIDEvent);

}

4应用实例

图4 应用实例

图4是一个在MFC下开发应用程序中实现滚子直动推杆盘形凸轮机构设计的实例,在Visiual C++.net中利用消息映射机制,实现了人机界面交互,实时监控凸轮机构运动情况。选取凸轮推程运动规律为余弦加速度,回程运动规律为正弦加速度,其中推程角为100°,回程角150°,远停角60°,基圆半径200 mm,升程100 mm,偏心距80 mm,凸轮转速5°/s 。

5结语

本文结合VC++6.0基于MFC的面向对象的编程技术,实现了滚子从动件盘形凸轮机构的参数化设计,对凸轮工作过程作了动画演示,实时监控滚子推杆的位移、速度和加速度运动规律。通过此设计更加直观解决凸轮机构设计中有关的问题,形象生动,让设计者和学习者可以实际体会到凸轮机构的运动过程与原理。同时,此设计可以在各大院校的课堂教学中推广使用,对机械原理教学具有较强的实用性。

参考文献

[1]李涛.基于SolidWorks的凸轮建模及模拟仿真[J].科技研究,2013(11)7-12.

[2]袁苑,郎朗.基于MFC的单柱液压机监控系统设计[J].安徽工程大学学报,2014,29(4):45-48.

[3]毕艳.机械原理[M].北京:清华大学出版社,2014.

[4]焉利群,高路.机械设计基础[M].北京:化学工业出版社,2012.

[5]柏子刚,陈计军.凸轮机构廓线精确设计与运动仿真[J].现代机械,2010(5)15-17.

[6]王烜钦,崔宣.凸轮反求设计研究[J].中国机械,2015(3)175-176.

[7]辛勤,郭烈恩,颜颖.基于VC和UG的圆柱分度凸轮参数化设计[J].煤矿机械,2013,34(4)271-273.

[8]刘文生,包宗明.基于VC和Pro/Toolkit凸轮实体模型的参数化二次开发[J].制造业自动化,2010(11)76-78.

中图分类号:TH112.2

文献标识码:A

文章编号:1002-6886(2016)03-0042-04

作者简介:孙一平 (1987-),男,汉,贵州三穗人,硕士 ,研究方向:工艺及其装备。

收稿日期:2015-05-10

Design of a disc cam mechanism based on MFC

SUN Yiping

Abstract:To realize parameterized design of the cam mechanism and the animation of the process, we designed a human-computer interaction system of the cam mechanism based on MFC. Using the message map facility of MFC, we completed the design of the roller follower disc cam and the animated demonstration of its motion. The results showed that the system could meet the design requirements, and could be used in the teaching of the design of cam mechanism.

Keywords:parameterization; human-computer interaction; animation; teaching

展开全文▼
展开全文▼

猜你喜欢

廓线滚子推杆
一种多通溜槽
起重机自动抓具模拟体研究★
特大型调心滚子硬车削工艺试验探究
圆锥滚子轴承半凸滚子的优化研究
仿真模拟在多联推力滚子轴承研发中的应用
圆柱滚子轴承失效分析
风速廓线形式对HDPE板高立式沙障风沙流场的差异性研究
先进多孔径视宁度廓线仪数值模拟研究∗
利用CrIS红外高光谱卫星数据反演大气温湿度廓线的研究
高光谱红外探测仪温湿度廓线在华东地区的真实性检验