運用AutoCAD設計凸輪輪廓曲線

AutoCAD教程 齊真 武漢職業技術學院

  凸輪機構是機械傳動中的一種常用機構,廣泛應用于自動化和半自動化機械中。根據使用要求確定凸輪機構的類型、基本參數和從動件的運動規律后,即可進行凸輪輪廓曲線的設計。設計方法有圖解法和解析法。解析法精度較高,但計算繁瑣;圖解法雖然直觀、方便,但手工作圖誤差較大,一般用于低速和不重要的場合。所幸的是,計算機的普及為我們精確地繪制凸輪輪廓曲線提供了便捷的工具。運用AutoCAD軟件,我們可以精確地繪制出凸輪輪廓曲線。

1、圖解法設計原理

  圖解法利用反轉法原理:設想給整個機構上一個反向轉動,則凸輪處于相對靜止狀態,而從動件一方面隨機架以角速度(-ω)繞O點轉動,另一方面按給定的運動規律在機架導路中作往復運動或擺動。其結果是凸輪機構中各構件之間的相對運動關系并不改變。對于尖頂從動件,由于它的尖端始終與凸輪輪廓相接觸,所以反轉過程中從動件尖端的運動軌跡就是凸輪輪廓。因此,凸輪輪廓曲線的設計,就是將凸輪視作固定的,作出從動件在反轉過程中尖頂的各位置,將各點連成光滑曲線,即得凸輪輪廓曲線。圖1 即為反轉法原理。

反轉法原理

圖1 反轉法原理

2、用AutoCAD設計凸輪輪廓曲線

  現舉例說明設計方法。設計命題如下:一偏置滾子直動從動件盤形凸輪機構,已知從動件的升程,凸輪基圓半徑rb=60mm,偏距(右偏)e=10mm,滾子半徑rT=15mm。凸輪按逆時針方向轉動,其運動規律見表1:


表1 滾子從動件的運動規律

滾子從動件的運動規律

  說明:表中的φ和S 分別表示凸輪的轉角和從動件的位移。

2.1、繪制位移線圖

  (1)進入AutoCAD2009繪圖界面,進行基本的環境設置。包括設置圖形界限、設置點樣式、設置文字樣式、創建圖層等。其中至少要創建粗實線、細實線和中心線三個圖層。

  (2)繪制坐標軸。取長度比例μs=1∶1 在S軸上量取h=30mm;取角度比例μδ=3°/mm 在φ軸上分別量取φ0=90°、φs=60°、φ0'=180°、φs'=30°。

  (3)將φ0=90°、φ0'=180°等分。調用定數等分命令。本文將φ0 等分成4 等分、φ0'等分成偶數等分(此處為8 等分)則得等分點1、2…13。

  (4)繪制升程的位移線圖。打開“正交”,調用直線命令,捕捉4 點,光標向上移動,輸入30,即可畫出44',捕捉O 點和4'點畫直線,O4'線即為繪制升程的位移曲線。然后用復制命令,以4 點為基點,將44'復制到3、2、1 點與O4'分別交與1'、2'、3',用修剪命令修剪O4'以上的線。

  (5)繪制回程的位移線圖。用復制命令,以4點為基點,將44'復制到5、6…13 點;用定數等分命令將95"等分成8 等分(注意應與角φ0'的等分數相同),得各等分點如前半回程的5"、6"…8"、9'點;用直線命令作5'6"、5'7"5'9'線分別與過6、7、…9 點所作的φ 軸的垂線交于的6'、7'、…9'點;同理可得后半回程的10'、11'、…13 點,最后用樣條曲線命令將5'、6'、…13 點連成光滑曲線即為回程的位移線圖。如圖2 所示。

位移線圖

圖 2 位移線圖

2.2、繪制凸輪理論廓線

  將滾子中心視為從動件的尖頂。選比例ui= 1:1 。(注:該作圖比例應與位移曲線的作圖比例一致)

  (1)繪制基圓、偏距圓:用畫圓命令以O 為圓心,分別以80、20 為半徑畫圓;

  (2)確定初始位置:過B0 點作偏距圓的切線A0B0,A0 即為凸輪輪廓曲線的起點;

  (3)在基圓上依次量取四個角度:連OA0,從OA0開始,沿—ω(順時針)方向依次量取φ0=90°、φs=60°、φ0'=180°、φs'=30°,得各分點A4、A5、A13;