CN105513486A - 一种机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，属于机械工程技术领域；该系统包括摆动凸轮性能对比器、直动凸轮性能对比器、控制器和PC端；本发明将传统的机械凸轮机构与电子凸轮机构集成于一体，在机械课堂中，可以拓展学生视野和对知识点的理解，增强学生的创新意识，了解电子凸轮的优越性，避免学生在实际设计过程中不分工况，盲目的使用电子凸轮代替机械凸轮，也方便教师课堂教学，为凸轮及其它机构方案设计提供了新的思路；本系统便于携带，具有非常好的实用价值；本教学系统的相关电子凸轮技术可以广泛应用于实际工业生产中，能够使工业生产提高效率，节省成本，实现技术的最大价值。

Description

一种机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统。

背景技术

凸轮机构是机械工程领域重要传动形式之一，保证从动件实现要求的运动规律是凸轮机构参数设计的关键；因此，在机械类课程的教学过程中，借助于凸轮机构教具阐述其设计理论，使学生深入理解其运动特性并开拓设计思路具有重要意义，但现有的凸轮教具还有很大的局限性，不能满足现代机械工程教学的需要。

例如授权公告号为CN204102452U的“一种直动从动件凸轮机构教具”，虽然其能演示多种形式从动件的运动规律，但是此教具形式单一，因为只有一种廓线，所以只有一种运动规律，要实现不同的运动规律，就要重新加工新的凸轮，非常繁琐。

申请公布号为CN102825196A的“一种新型电子凸轮机构”，虽然此种电子凸轮结构新颖，但是应用于教学上，因为没有传统机械凸轮作对比，不能给学生这样一种清晰的认识-电子凸轮和机械凸轮各自的适应工况是什么，它们何时可以互换。

综上所述，现有凸轮教学装置只是运动形式的演示，因一种凸轮廓线只能对应一种运动规律，要改变运动规律，就必须加工新的凸轮，费时费力、成本较高；电子凸轮与机械凸轮从动件的运动规律有何差异、各适用于何种工况、何种条件下可以互换均是需要深入研究的课题，而对于现有的电子凸轮，由于缺少机械凸轮作对比，难以使学生对其适用性有清晰准确的认识。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，以达到拓展学生视野、增强学生创新意识、方便课堂教学和对知识点的理解的目的。

一种机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，该系统包括摆动凸轮性能对比器、直动凸轮性能对比器、控制器和PC端；

所述摆动凸轮对比器包括第一山字形支架、第一步进电机、第二步进电机、第一凸轮、从动件连接件、机械摆动凸轮从动件、电子摆动凸轮从动件和第一传感器；所述第一山字形支架的一侧竖直架设置有用于控制机械摆动凸轮从动件运动的第一步进电机，第一步进电机的输出轴设置有第一凸轮，第一凸轮上设置有从动件连接件，从动件连接件与机械摆动凸轮从动件的一端相连接，机械摆动凸轮从动件的另一端与第一山字形支架的中间竖直架相连接；第一山字形支架的另一侧竖直架设置有用于控制电子摆动凸轮从动件运动的第二步进电机，第二步进电机的输出轴设置有与PC端相连接的第一传感器和电子摆动凸轮从动件；

所述直动凸轮对比器包括第二山字形支架、直动步进电机、第三步进电机、第二凸轮、机械直动凸轮从动件、电子直动凸轮从动件、第一支撑件、第二支撑件和第二传感器；所述第二山字形支架的一侧竖直架设置有用于控制电子直动凸轮从动件运动的直动步进电机，直动步进电机的螺旋杆的上部设置有第一支撑件，第一支撑件的上端设置有电子直动凸轮从动件，电子直动凸轮从动件的顶端设置有与PC端相连接的第二传感器；第二山字形支架的另一侧竖直架设置有用于控制第二凸轮运动的第三步进电机，第三步进电机的输出轴设置有第二凸轮，第二凸轮的上端设置有第二支撑件，第二支撑件的上端设置有机械直动凸轮从动件。

所述控制器包括驱动器、单片机和电源；所述驱动器的输入端连接单片机，输出端连接第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机和直动步进电机，所述电源为驱动器和单片机供电。

所述机械直动凸轮从动件和电子直动凸轮从动件大小相等，相互平行设置并且高度相等。

所述机械摆动凸轮从动件和电子摆动凸轮从动件大小相等并且相互平行设置。

所述第一传感器采用角度传感器。

所述第二传感器采用加速度传感器。

本发明的优点：

本发明提供一种机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，将传统的机械凸轮机构与电子凸轮机构集成于一体，在机械课堂中，引入了电子凸轮的概念，只需要改变控制参数，就可以走出不同的凸轮廓线，可以拓展学生视野和对知识点的理解，增强学生的创新意识，了解电子凸轮的优越性，可以避免学生在实际设计过程中不分工况，盲目的使用电子凸轮代替机械凸轮，也方便教师课堂教学，为凸轮及其它机构方案设计提供了新的思路；本系统便于携带，具有非常好的实用价值；本教学系统的相关电子凸轮技术可以广泛应用于实际工业生产中，能够使工业生产提高效率，节省成本，实现技术的最大价值。

附图说明

图1为本发明一种实施例的机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统的结构框图；

图2为本发明一种实施例的摆动凸轮性能对比器和直动凸轮性能对比器组合的立体图；

图3为图2的后部的结构示意图；

图4为本发明一种实施例的摆动凸轮性能对比器的正视图；

图5为本发明一种实施例的摆动凸轮性能对比器的左视图；

图6为本发明一种实施例的摆动凸轮性能对比器的俯视图；

图7为本发明一种实施例的直动凸轮性能对比器的正视图；

图8为本发明一种实施例的直动凸轮性能对比器的右视图；

图9为本发明一种实施例的直动凸轮性能对比器的俯视图；

图中，1为第一山字形支架，2为第二山字形支架，3为第一步进电机，4为第二步进电机，5为第一凸轮，6为从动件连接件，7为机械摆动凸轮从动件，8为电子摆动凸轮从动件，9为第一传感器，10为直动步进电机，11为第三步进电机，12为第二凸轮，13为机械直动凸轮从动件，14为电子直动凸轮从动件，15为第一支撑件，16为第二支撑件，17为第二传感器，18为圆盘，19为直线轴承，20为螺旋杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

本发明实施例中，如图1～图3所示，一种机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，该系统包括摆动凸轮性能对比器、直动凸轮性能对比器、控制器和PC端；所述摆动凸轮性能对比器和直动凸轮性能对比器连接控制器和PC端；

本发明实施例中，所述控制器包括驱动器、单片机和电源；所述驱动器的输入端连接单片机，输出端连接第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机和直动步进电机，驱动器用于精确控制上述4个步进电机，所述电源为驱动器和单片机供电；

本发明实施例中，驱动器采用具有16细分功能的TB6560驱动器，单片机采用STC单片机；

本发明实施例中，将摆动凸轮性能对比器和直动凸轮性能对比器组合在一起作为一个装置，方便放置在讲桌上进行凸轮性能对比演示；

本发明实施例中，如图4～图6所示，所述摆动凸轮对比器包括第一山字形支架1、第一步进电机3、第二步进电机4、第一凸轮5、从动件连接件6、机械摆动凸轮从动件7、电子摆动凸轮从动件8和第一传感器9；其中，

所述第一山字形支架1的一侧竖直架设置有控制机械摆动凸轮从动件7运动的第一步进电机3，第一步进电机3的输出轴设置有第一凸轮5，第一凸轮5上设置有用于配合机械摆动凸轮从动件7运动的从动件连接件6，从动件连接件6与机械摆动凸轮从动件7的一端相连接，机械摆动凸轮从动件7的另一端与第一山字形支架1的中间竖直架相连接；第一山字形支架1的另一侧竖直架设置有用于控制电子摆动凸轮从动件8运动的第二步进电机4，第二步进电机4的输出轴设置有用于固定电子摆动凸轮从动件8的圆盘18、与PC端相连接的第一传感器9和电子摆动凸轮从动件8；

本发明实施例中，所述机械摆动凸轮从动件7和电子摆动凸轮从动件8均倾斜设置，机械摆动凸轮从动件7和电子摆动凸轮从动件8大小相等并且相互平行设置；

本发明实施例中，如图7～图9所示，所述直动凸轮对比器包括第二山字形支架2、直动步进电机10、第三步进电机11、第二凸轮12、机械直动凸轮从动件13、电子直动凸轮从动件14、第一支撑件15、第二支撑件16和第二传感器17；其中，

所述第二山字形支架2的一侧竖直架设置有用于控制电子直动凸轮从动件14运动的直动步进电机10，并使直动步进电机10的螺旋杆20竖直向上设置，直动步进电机10的螺旋杆20的上部设置有第一支撑件15，第一支撑件15的上端设置有电子直动凸轮从动件14，电子直动凸轮从动件14的顶端设置有与PC端相连接的第二传感器17；第二山字形支架2的另一侧竖直架设置有用于控制第二凸轮12运动的第三步进电机11，第三步进电机11的输出轴设置有用于带动机械直动凸轮从动件13运动的第二凸轮12，第二凸轮12的上端设置有第二支撑件16，第二支撑件16的上端设置有机械直动凸轮从动件13；

本发明实施例中，所述第二山字形支架2的中间竖直架的两侧分别设置有直线轴承19，用于使机械直动凸轮从动件13和电子直动凸轮从动件14更精确的进行上下直线运动；所述机械直动凸轮从动件13和电子直动凸轮从动件14大小相等，相互平行设置并且高度相等；

本发明实施例中，所述第一山字形支架1和第二山字形支架2均包括底部支架和三个竖直架，正面呈山字形，上述两个支架均采用多段铝型材拼接而成，并且底部支架采用铝型材进行加固，从而使两个支架能够进行拆装折叠，方便携带和保存；

本发明实施例中，所述第一传感器9采用角度传感器，第二传感器17采用六轴加速度传感器；

本发明实施例中，电子凸轮采用单片机控制步进电机的转动，进而驱动电子凸轮从动件做与机械凸轮从动件相同的运动；

本发明实施例中，进行机械凸轮与电子凸轮性能对比，机械凸轮以特定规律运转，对单片机进行编程，控制电子凸轮使其与机械凸轮具有相同的运动规律，既可以直观观察从动件来了解两者的运动轨迹，也可以通过传感器采集信号，在PC端对两者的运动规律进行精确定量分析，并同过改变步进电机控制程序，实现在不同转速下，机械凸轮与电子凸轮的运动参数对比，即转动角度和加速度，了解各自的局限性，既可以拓宽学生视野，了解电子凸轮的优越性，又可以避免学生在实际设计过程中不分工况，盲目的使用电子凸轮代替机械凸轮。

Claims (6)

1.一种机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，其特征在于：该系统包括摆动凸轮性能对比器、直动凸轮性能对比器、控制器和PC端；

所述摆动凸轮对比器包括第一山字形支架、第一步进电机、第二步进电机、第一凸轮、从动件连接件、机械摆动凸轮从动件、电子摆动凸轮从动件和第一传感器；所述第一山字形支架的一侧竖直架设置有用于控制机械摆动凸轮从动件运动的第一步进电机，第一步进电机的输出轴设置有第一凸轮，第一凸轮上设置有从动件连接件，从动件连接件与机械摆动凸轮从动件的一端相连接，机械摆动凸轮从动件的另一端与第一山字形支架的中间竖直架相连接；第一山字形支架的另一侧竖直架设置有用于控制电子摆动凸轮从动件运动的第二步进电机，第二步进电机的输出轴设置有与PC端相连接的第一传感器和电子摆动凸轮从动件；

所述直动凸轮对比器包括第二山字形支架、直动步进电机、第三步进电机、第二凸轮、机械直动凸轮从动件、电子直动凸轮从动件、第一支撑件、第二支撑件和第二传感器；所述第二山字形支架的一侧竖直架设置有用于控制电子直动凸轮从动件运动的直动步进电机，直动步进电机的螺旋杆的上部设置有第一支撑件，第一支撑件的上端设置有电子直动凸轮从动件，电子直动凸轮从动件的顶端设置有与PC端相连接的第二传感器；第二山字形支架的另一侧竖直架设置有用于控制第二凸轮运动的第三步进电机，第三步进电机的输出轴设置有第二凸轮，第二凸轮的上端设置有第二支撑件，第二支撑件的上端设置有机械直动凸轮从动件。

2.根据权利要求1所述的机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，其特征在于：所述控制器包括驱动器、单片机和电源；所述驱动器的输入端连接单片机，输出端连接第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机和直动步进电机，所述电源为驱动器和单片机供电。

3.根据权利要求1所述的机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，其特征在于：所述机械直动凸轮从动件和电子直动凸轮从动件大小相等，相互平行设置并且高度相等。

4.根据权利要求1所述的机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，其特征在于：所述机械摆动凸轮从动件和电子摆动凸轮从动件大小相等并且相互平行设置。

5.根据权利要求1所述的机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，其特征在于：所述第一传感器采用角度传感器。

6.根据权利要求1所述的机械凸轮与电子凸轮性能对比教学系统，其特征在于：所述第二传感器采用加速度传感器。