应用CAD图解法设计凸轮轮廓曲线的新方法

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摘要： 本文论证应用cad图解法设计凸轮轮廓曲线的新方法，详叙了应用CAD软件设计凸轮轮廓曲线的作图步骤，彻底解决了传统手工作图不精确的问题。

Abstract： This paper demonstrates the new method of using CAD graphic method to design the cam profile curve， expounds the drawing steps of using CAD graphic method to design the cam profile curve and completely solves the inaccurate traditional manual plotting.

关键词： CAD；图解法；凸轮轮廓曲线

Key words： CAD；graphic method；cam profile curve

中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）24-0189-02

0 引言

根据机器的工作要求，在确定了凸轮机构的类型，选定了从动件的运动规律、凸轮的基圆半径和凸轮的转动方向后，就可设计凸轮的轮廓曲线了，本文应用CAD软件图解法设计凸轮轮廓曲线，图解法简单易行直观，精确度很高。

1 图解法绘制凸轮轮廓曲线工作原理

图解法绘制凸轮轮廓曲线是利用相对运动原理完成的，当凸轮机构工作时，凸轮和从动件都是运动的，而绘制凸轮轮廓时，应使凸轮相对静止。设想给整个机构加一个与凸轮角速度ω大小相等、方向相反的公共角速度“-ω”，使凸轮处于静止状态，而从动件一方面按原定运动规律相对于机架导路作往复移动，另一方面随同机架以“-ω”角速度围绕O点转动。由于从动件尖底始终与凸轮轮廓保持接触，所以从动件在反转行程中，其尖底的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线，这就是凸轮轮廓曲线设计的反转法原理。

本文以设计一尖底对心直动从动件盘形凸轮机构为例，凸轮顺时针匀速转动，基圆半径rb=40mm，从动件升程h=50mm，推程运动角δ0=150°，远休止角δs=30°，回程运动角δ0’=120°，近休止角δs’=60°，从动件运动规律为：等加速等减速运动规律上升，等速运动规律下降。

2 应用CAD图解法设计凸轮轮廓曲线作图步骤

①以1：1的比例，作出从动件位移线图，凸轮相位按1°=1 mm比例作图；

②以1：1的比例，以rb=40mm为半径作基圆，基圆与导路的交点0即为从动件尖顶的起始位置；

③在基圆上，自O0开始，沿“-ω”方向依次作出δ0、δs、δ0’、δs’4个角度。方法是：取直线命令，以O为起点，输入@100

④在基圆上分别对推程运动角、回程运动角细分，凸轮轮廓曲线的作图精度就取决于细分的程度，分得越细，凸轮轮廓曲线的作图精度就越高，一般细分程度为3-8等分。本题以6等分为例，推程运动角δ0=150°，6等分后，每等分夹角为25°，采用CAD的旋转阵列命令，以O0射线为对象作出O1、O2、O3、O4、O5；同理，回程运动角δ0’=120°，6等分后，每等分夹角为20°，采用CAD的旋转阵列命令，以O7射线为对象作出O8、O9、O10、O11、O12、O13，如图1所示；

⑤基圆的推程、回程细分了，然后对位移线图上的推程运动角、回程运动角细分，细分数目与基圆上推程运动角、回程运动角细分数目相同，所以同样是6等分，采用CAD的偏移命令，推程运动角偏移距离是25mm，回程运动角偏移距离是20mm，在相位坐标轴上分别作出1、2、3…各点，位移线图上的1、2、3…图1推程、回程运动角细分各点与基圆上的1、2、3…各点是对应的；

⑥在位移线图上作各细分点的行程，分别是11’、22’、33’…

⑦在位移线图上以分别1、2、3…各点为圆心，以11’、22’、33’…行程为半径作行程系列圆，如图2所示；

⑧把位移线图上的行程系列圆移动到基圆的对应点上，位移线图上的圆心1、2、3…各点就是基圆上的1、2、3…各点；

⑨以行程系列圆为边界，把各射线修剪掉出头，留下1’、2’、3’…各点，1’、2’、3’…各点就是凸轮轮廓曲线上的点，凸轮轮廓曲线上找的点越多越密，精度就越高，而11’、22’、33’…就是从动件的行程，是从位移线图上转移过来的，如图3所示；

⑩用CAD的样条曲线命令，把1’、2’、3’…各点光滑连接，即得到所要求的凸轮轮廓曲线，如图4所示。

3 CAD图解法对作图精确度的保证

把上述作图方法与传统的手工凸轮轮廓曲线作图法进行比较，至少有两点大的改进：

①推程运动角、回程运动角细分：用CAD的旋转阵列，解决了传统手工作图不精确的问题，解决了传统手工作图不能分得太细的问题，而推程运动角、回程运动角的细分点数，决定了图解法设计凸轮轮廓曲线的精确度；

②在位移线图上作行程系列圆，然后移动到基圆的对应点上，解决了传统手工作图测量不准确的问题，测量不准确同样影响到凸轮轮廓曲线的作图精确度。

综上，应用CAD图解法设计凸轮轮廓曲线是一种新的方法，新方法从作图及测量两个方面在根本上解决了传统手工作图精确度不高的问题，这是CAD软件本身的功能来保证的。CAD图解法设计凸轮轮廓曲线的精确度完全可以与解析法设计凸轮轮廓曲线相媲美，解析法计算可以精确到小数点后面4、5位，CAD图解法同样可以精确到小数点后面4、5位，甚至更多位数，这是CAD软件本身的精度来保证的。应用CAD图解法设计凸轮轮廓曲线作图精确度高，完全是由作图步骤、CAD软件的功能、CAD软件的精度决定的，这种精度完全可以保证企业工程实践所需。

参考文献：

[1]郑红.论高职机械设计课程“教学做”合一的课堂[J].才智，2012（5）.

[2]胡家秀.机械设计基础[M].机械工业出版社，2014.

[3]郑红.再论机械设计基础课程改革[J].才智，2012（11）.