说明书《参数可调式凸轮轮廓曲线设计及绘制展示仪》

《参数可调式凸轮绘制展示仪》设计说明书参赛单位：江苏科技大学指导老师：申燚，王琪参赛选手：肖振楠，戚严文，周涛，王雯锦，杨鸿斌2014年1月16日江苏科技大学1目录1.作品简介.........................................................................22.系统组成及运动分析....................................................43.主要元件（组）..............................................................64.程序设计.......................................................................95.作品创新点..................................................................116.作品评价及应用前景...............................................12江苏科技大学2一、作品简介由蜗轮蜗杆装置，升降装置，伸缩装置，带传动装置构成的“参数可调式凸轮绘制展示仪”验证了《机械原理》中利用反转法绘制凸轮轮廓曲线的原理，《机械设计》课程中有关带传动的知识以及物理学中气体压强的知识点。该机构主要功能有：1、绘制不同参数下的凸轮轮廓曲线；2、利用带轮的传动作用实现纸张自动传递；3、利用气体压缩装置实现绘制成果的自动展示。整体外观如图1所示。图1整体外观江苏科技大学3不同参数凸轮轮廓曲线绘制效果如下图2，图3，图4。图2参数1凸轮轮廓曲线图3参数2凸轮轮廓曲线江苏科技大学4图4参数3凸轮轮廓曲线随着大学教学的多媒体化，学校更多地要求老师上课生动形象，将晦涩难懂的理论知识通过实际模型向学生展示，以便学生能够更加透彻的理解课本中的知识点，而对于凸轮这一部分教学内容，理论性强，学生难以理解，尤其是对凸轮的图形生成原理。同时在利用反转法绘制凸轮轮廓曲线的过程中，由于凸轮的轮廓曲线是无规律的平滑曲线不便于老师现场绘制演示，而且有时推杆所做的运动比较复杂更加大了绘制凸轮轮廓曲线的难度，所以设计了能够绘制不同参数凸轮轮廓曲线的机构，希望能够方便老师在课堂上实验演示以及学生的理解。二、系统组成及运动分析1、系统主要组成及其图片江苏科技大学5整个系统由以下三个主要功能部分组成，具体分别如图5，图6，图7所示。图5凸轮绘制装置图6带传送装置江苏科技大学6图7气体压缩及自动展示装置2、运动分析在该机构中，图5所示的凸轮绘制装置是主要部分，利用主装置中伸缩控制部分的调控，底板的圆周运动等相结合，绘制出不同参数的凸轮轮廓曲线。图6所示的带传送装置利用带的摩擦传送纸张，为绘制做准备，实现自动化。图7所示的气体压缩及展示装置则在凸轮轮廓曲线绘制完成后，利用气泵控制吸盘将图纸吸起并转动一定角度从而实现自动展示功能。除此之外，还可以在带传送纸张达不到预定位置时将其准确吸送至画板处。三、主要元件（组）主要元件组如表1所示。江苏科技大学7表1主要元件部分主要元件部分图片功能升降控制部分控制机架之间的距离,对画笔高度进行粗调伸缩控制部分控制笔与纸的相对位置,用以调整凸轮尺寸大小带传动部分把纸传送到固定位置江苏科技大学8蜗轮蜗杆部分位于转盘下部带动转盘转动控制开关部分控制升降臂运动范围气体压缩部分自动举起展示绘制完成的图片电机驱动各装置在该机构中,电机是主要的驱动装置。装置两边是对称的升降控制部分，在电机的驱机动下他们可以实现同步升降，当降到一定江苏科技大学9位置时停止，然后在电机的带动下传送带开始将纸运送到指定位置，这时伸缩控制部分开始将画笔伸至指定长度处，伸缩装置在控制开关的控制下到达最佳绘图位置处。最后3号电机驱动蜗轮蜗杆运动使转盘转动，转盘在圆周运动的同时伸缩臂开始带动画笔做回程运动，体现在画板上是凸轮的推程运动阶段。间隔一定时间后，伸缩臂伸长，体现在画板上是凸轮的回程运动，最后画笔回到起点处，完成凸轮轮廓曲线的绘制工作。此外,在转盘的两侧有气体压缩装置，在凸轮轮廓曲线绘制完成后，气泵控制吸盘将图纸吸起并转动一定角度从而实现自动展示功能。四、程序设计整个系统的控制程序如图8所示。江苏科技大学10江苏科技大学11图8控制程序五、作品创新点该凸轮绘制仪总共有三个主要的功用：1、绘制不同参数下的凸轮轮廓曲线；2、利用带轮的传动作用实现纸张自动传递；3、利用气体压缩装置实现绘制成果的自动展示。在绘制凸轮轮廓曲线时，该机构采用了机械原理书中所讲的反转法，利用相对运动画出凸轮轮廓曲线。在其中一块板上安装有蜗轮蜗杆机构，带动上面的面板做圆周运动，而另一块板上装有升降装置以及伸缩装置以控制机械手臂的移动，通过机械手臂的前后移动与面板的圆周运动即可画出凸轮轮廓曲线。凸轮参数的改变是通过机械手臂移动的速度以及在机构该开始时机械手臂的前移位置来实现的。带轮传送纸张实现了机构的自动化。用电机驱动带轮的运转，将纸放在带轮上，依靠摩擦力将纸传递到面板上。江苏科技大学12气体压缩装置利用气体压强将图纸吸起并旋转一定角度实现该机构的自动展示功能。六、作品评价及应用前景传统的凸轮仪一般是利用机械手臂的运动来实现的，面板并没有做任何的运动。还有就是其功能很单一，只是单纯的绘制凸轮，而没有任何其他的运动。凸轮绘制仪充分利用了相对原理，机械手臂的前移后退和面板的圆周运动很好地结合。外表类似于车架，上面板可进行上下移动，新颖且大方，易于勾起学生的兴趣。再次，该机构中不仅仅实现了凸轮的绘制同时也实现了纸张传送和展示的自动化。该凸轮仪形式新颖，不仅可以用应于课堂，同时还可以用应于实验，操作简单可行，可方便学生更好的掌握反转法绘制凸轮轮廓曲线，应用前景广泛。