CN211699470U - 一种手动式平面凸轮轮廓采集实验教学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种手动式平面凸轮轮廓采集实验教学装置，它可以方便实现平面凸轮与从动件间的高副匹配，方便更换不同轮廓的平面凸轮和不同种类的从动件，可以根据需求调整从动件的偏置距离，通过手柄和连杆机构驱动棘轮机构单方向固定角度的运动驱动凸轮进行间歇运动，凸轮间歇运动间隔角度可以通过替换不同齿数的棘轮予以实现，同时改变曲柄支架在滑槽内的位置确保替换棘轮后实现准确的间歇角度。通过凸轮从动件上指针和从动件导路上刻度，方便获取从动件位移，该实验装置可以实现手动检测平面凸轮轮廓。

Description

一种手动式平面凸轮轮廓采集实验教学装置

技术领域

本实用新型属于机械原理机构学技术领域，特别涉及凸轮机构，具体为一种手动平面凸轮轮廓采集实验教学装置。

背景技术

凸轮机构是机械设备中最常用的机构之一，因其结构简单紧凑，且从动件能够实现预定规律变化，常被广泛应用在各类自动控制装备中。

凸轮机构的理论内容比较抽象，学生学习较为困难，特别涉及到凸轮轮廓设计和分析，以及凸轮机构综合运用。

目前，国内关于凸轮教学设备集成电机驱动和传感器采集于一体，结合计算机进行定量或者定性的测试分析，这些设备综合性强，对与学生学习和理解凸轮机构有一定帮助，但对学生对凸轮机构知识综合运用和设计分析反而效果平平。

这些凸轮机构实验设备一般无法更改系统参数，并且操作和安装复杂，且设备笨重，并不利于在凸轮机构教学实验中使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前凸轮机构实验教学中实际需求，结合目前凸轮教学设备不足，提供一种全新的手动式平面凸轮轮廓采集实验教学装置。该装置具有结构轻便简单、使用方便、可以灵活更换实验凸轮和从动件、成本低等特点，可以很好满足凸轮机构实验教学中获取不同类型盘型凸轮轮廓曲线。本实用新型的技术方案是：

一种手动式平面凸轮轮廓采集实验教学装置，其特征在于，包括以下部件：设备底座、多个支撑座、固定螺栓、实验凸轮安装轴、安装支撑板、实验凸轮、从动件、从动件导路、复位弹簧、刻度指针、多根铰链螺栓及其锁紧螺母、连杆、曲柄、手柄、曲柄支架、摇杆、棘爪、棘轮、锁紧螺母、从动件导路紧定螺钉；所述的实验凸轮安装轴上棘轮定位平键、棘轮定位套筒、轴承、实验凸轮定位套筒、实验凸轮定位平键、安装轴锁紧螺母、销轴；

所述设备底座和安装支撑板的支撑座通过燕尾槽定位，所述支撑座内设矩形凹槽，将安装支撑板和曲柄支架分别嵌于各自支撑座的矩形凹槽，并且通过固定螺栓和锁紧螺母固定；支撑座在设备底座的燕尾槽中可以手动沿槽方向运动；

所述支撑板上部设置水平燕尾型滑轨，滑轨上方安装从动件导路，从动件导路与燕尾型滑轨滑动连接并由从动件导路紧定螺钉进行锁紧，所述从动件与从动件导路滑动连接，实现从动件竖直方向运动的导向配合；所述复位弹簧安装在从动件上；所述刻度盘指针安装在从动件上的孔中，并且与复位弹簧的下端接触；

所述支撑板中间设有一孔，装有轴承，轴承支撑实验凸轮安装轴，实验凸轮安装轴上装实验凸轮定位套筒、实验凸轮定位平键，实验凸轮安装在实验凸轮安装轴上，由凸轮定位套筒进行轴向定位，凸轮定位平键进行周向定位，末端由安装轴锁紧螺母进行周向定位并锁紧，所述实验凸轮安装轴另一侧同时安装有棘轮，由棘轮定位套筒进行轴向定位，棘轮定位平键进行周向定位，棘轮安装侧末端设有安装轴锁紧螺母进行棘轮的轴向定位和锁紧，所述实验凸轮和棘轮形成一个构件；

所述棘轮在棘爪驱动下可以单方向间歇运动，棘爪通过铰链螺栓和铰链锁紧螺母安装在摇杆上，并与摇杆组成一个转动副，所述摇杆通过铰链螺栓和铰链锁紧螺母与连杆形成一个转动副，所述连杆通过铰链螺栓和铰链锁紧螺母与曲柄形成一个转动副，曲柄与手柄通过销轴通过过盈配合固定为一个构件，销轴置于曲柄支架孔中，与曲柄形成转动副。

进一步地，从动件导路设置上下两个矩形槽件，从动件装在从动件导路的两个矩形槽内并被其导向，所述复位弹簧的上端接触上矩形槽件。

进一步地，所述从动件导路上设置从动件升降距离的刻度，和/或，安装支撑板沿着水平燕尾型滑轨设置长度标尺。

本实用新型提供的新型凸轮机构实验装置部件配置合理、不需专业技术即可容易拆装，可以实现从动件类型的更换、从动件偏置距离的调整、不同轮廓盘型凸轮的更换，满足教学要求和特点。燕尾槽轨道设计可以方便拆装及距离调整，棘轮机构结合四杆机构确保凸轮转角间隔的准确度，可以通过调整曲柄支架的距离，实现凸轮机构转动角度的变化。该装置操作简单，凸轮机构组成部件更换便捷，参数调整方便，能够满足不同盘型凸轮机构轮廓测量的实验任务，能够结合实验教学，帮助学生更加形象地理解和学习相关教学内容。

附图说明

图1、2、3分别为本实用新型手动式平面凸轮轮廓采集实验教学装置实施例的主视图、后视图和左视图。

图4为实验凸轮安装轴的三维图。

图5、6分别为滚子从动件和平底从动件的三维图。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。

一种手动式平面凸轮轮廓采集实验教学装置，包括设备底座1、支撑座2、固定螺栓3、实验凸轮安装轴4、安装支撑板5、实验凸轮6、尖顶从动件7、从动件导路8、复位弹簧9、刻度指针10、铰链螺栓11、连杆12、曲柄13、手柄14、曲柄支架15、摇杆16、棘爪17、棘轮18、锁紧螺母19、铰链锁紧螺母20、从动件导路紧定螺钉21、所述的实验凸轮安装轴4上棘轮定位平键22、棘轮定位套筒23、轴承24、实验凸轮定位套筒25、实验凸轮定位平键26、安装轴锁紧螺母27、销轴28；

所述设备底座1下腔中空和支撑座2通过燕尾槽定位，所述定位可以利用燕尾槽和支撑座在槽中的滑块之间过渡配合产生的摩擦力实现锁定，这样，精度满足教学要求，并在调整实验参数时操作更加方便，也可在设备底座1底部开设螺钉孔，用螺钉锁定定位。安装支撑板5和曲柄支架15的支撑座2内设矩形凹槽。安装支撑板5嵌在其支撑座2的矩形凹槽中，并且通过固定螺栓3和锁紧螺母19将安装支撑板5固定，所述曲柄支架15的支撑座2通过固定螺栓3和锁紧螺母19将曲柄支架15固定嵌在其矩形凹槽中。根据实验需要，支撑座2的在设备底座1的燕尾槽中可以手动沿槽方向运动，并利用摩擦力实现定位。

所述支撑板5上部有一水平的燕尾型滑轨，滑轨上安装从动件导路8，从动件导路8可以沿着支撑板5上部的燕尾型滑轨水平运动，并由从动件导路紧定螺钉21进行锁紧，所述尖顶从动件7穿过从动件导路8上的两个矩形导向槽件81、82，可以实现尖顶从动件7竖直方向运动，所述复位弹簧9安装在尖顶从动件7上，由所述从动件导路(8)的上矩形槽件81限制最高位置，所述刻度盘指针10安装在尖顶从动件7上的孔中，并且与复位弹簧9下端接触，随着从动件7向上运动，压缩复位弹簧9，所述从动件导路8右侧设有刻度盘80，刻度盘指针10通过刻度盘读出尖顶从动件7移动的距离。

所述支撑板5中间设有一孔，装有轴承24，轴承24支撑实验凸轮安装轴4，实验凸轮安装轴4上装实验凸轮定位套筒25、实验凸轮定位平键26，实验凸轮6安装在实验凸轮安装轴4上，由凸轮定位套筒25进行轴向定位，由凸轮定位平键26进行周向定位，末端由安装轴锁紧螺母27进行周向定位并锁紧，所述实验凸轮安装轴4另一侧同时安装有棘轮18，由棘轮定位套筒23进行轴向定位，棘轮定位平键22进行周向定位，棘轮18安装侧末端设有安装轴锁紧螺母27进行棘轮18的轴向定位和锁紧，所述实验凸轮6和棘轮18形成一个构件。

所述棘轮18在棘爪17驱动下可以单方向间歇运动，棘爪17通过铰链螺栓11和铰链锁紧螺母20安装在摇杆16上，并与摇杆16组成一个转动副，所述摇杆16通过铰链螺栓11和铰链锁紧螺母20与连杆12形成一个转动副，所述连杆12通过铰链螺栓11和铰链锁紧螺母20与曲柄13形成一个转动副，曲柄13与手柄14通过销轴28及与销轴28过盈配合固定为一个构件，销轴28置于曲柄支架15孔中，与曲柄14形成转动副。

所述的手柄14顺时针旋转一周，通过曲柄13和连杆12带动摇杆16往复摆动一次，摇杆16通过棘爪17带动棘轮18顺时针转动一个棘轮齿对应的角度，此时凸轮6随着棘轮18同步转动相同的角度。

所述从动件导路8带动尖顶从动件7沿着支撑板5上部的燕尾型滑轨移动，可以调整平面凸轮的偏心距离，对应地，沿着燕尾型滑轨设置与偏心距离相关的标尺50。所述尖顶推杆从动件7可以被滚子从动件29和平底从动件30替换，所述滚子从动件29上的滚子32的内圈通过销轴31固定在滚子从动件支架上，所述实验凸轮6可以通过拆装锁紧螺母27更换被实验平面凸轮。

凸轮机构中凸轮的轮廓曲线与凸轮机构的偏置距离有密切关系，同样的推杆运动规律，不同偏置距离会设计出不同的凸轮轮廓。本实用新型的实验装置可以主动调整从动件与凸轮中心的偏置距离，调整后通过紧定螺钉固定后保持偏心距恒定。装置中的偏置距离调整通过从动件导路8在水平方向进行调整，采用了燕尾槽导轨，导向性好。从动件导路8的锁紧方式是采用了从动件导路紧定螺钉21实现，需要调整时，旋松紧定螺钉进行调整；调整结束后，旋紧紧定螺钉。

平面盘型凸轮机构常见的从动件类型有尖顶推杆、平底推杆和滚子推杆。这三种类型的推杆构造和摩擦状况各有不同，适应工作场合也不同。凸轮机构实验装置必须能够更换不同各类型的从动件。本实验系统采用了双矩形导路保证从动件直线运动的精度要求，且更换从动件非常方便。将刻度指针10从推杆中拔出，即可拆卸下从动件和复位弹簧，将另一种推杆顺着双矩形导路下方装入的同时套上复位弹簧，最后将复位弹簧往上压缩，将刻度指针插入推杆的孔中，更换完成，大大解决的更换时间，且在双导轨可以保证从动件在运行方向的精度要求。

从动件位移是利用安装在尖顶从动件7上的刻度指针10在从动件导路8右侧的刻度读取的，读取时需要保证刻度指针10的指针侧与刻度盘平行。从动件位移范围可以通过在从动件推杆上加工多个刻度指针10的安装孔进行调整，保证满足不同实验凸轮行程的需求，最大的位移范围是由从动件导路上两矩形槽间距所决定。

凸轮作为实验装置的被测对象，满足可换性原则，实验装置的被测凸轮可以自由更换。凸轮轮廓相关确定参数，如基圆半径、行程，可以通过测试数据推算出来。

凸轮运动是通过手柄14带动曲柄摇杆机构运动后，通过棘轮机构推动棘轮转动一固定角度，此时实验凸轮也通过旋转相应的角度。设计的棘轮具有30个棘轮齿，每转一个棘轮齿记录一个角度和位移，即(θ，s)，实验凸轮旋转一周，可以记录30组数据。这样必须要保证曲柄摇杆机构各杆长度间满足一定关系，杆长关系如下：

Δφ＝φ₁-φ₁≤2π/k

其中：l₁——曲柄长度；l₂——连杆长度；l₃——摇杆长度；l₄——机架长度(曲柄转动中心与棘轮转动中心间距离)；k——棘轮齿数；Δφ——摇杆摆动角度。

若要进一步精细记录，可以安装更多棘轮齿的棘轮。为保证不同棘轮齿棘轮在同样的实验装置中都能实现手柄转一圈，棘轮转动一个齿对应的角度，曲柄支架15通过燕尾槽与设备底座进行约束，因此可以通过移动曲柄支架15，改变l₄的长度进行调整，满足凸轮旋转角度间隔的要求。

本实验装置可以实现给定凸轮轮廓的测试和从动件运动规律测试，凸轮转角精度靠棘轮机构予以保障，推杆位移靠人工读数，精度有限，但手动操作有利于灵活反映测试过程和本质。本实验装置在操作步骤具体是：首先，安装好实验凸轮4并予以固定，调整从动件与凸轮转动中心的偏置距离，调整时可参考根据刻度50；其次，根据棘轮齿数，调整好曲柄支架距离凸轮转动中心的距离；接着，因每转一圈手柄，角度都是确定的，因此仅需要记录对应的从动件位移值，最后进行曲线绘制、数值处理，得出从动件运动规律。

平面凸轮机构能够按照预定规律运动主要在于凸轮的轮廓曲线，凸轮旋转的角度结合对应角度下推杆从动件位移，即可获取平面凸轮轮廓曲线的运动规律。

通过更换凸轮、更换棘轮、更换从动件类型、移动从动件而调整其对应支撑板上部的水平燕尾型滑轨的位置可以实现不同从动件在对心/偏置情况下平面凸轮轮廓采集实验、移动曲柄支架以调整其与凸轮中心的距离实现平面凸轮轮廓一个周期内对应采样点数的调整。

本说明书介绍该实用新型装置时，是以自制零件为例予以说明。其他的使用通用标准零件，以及相应组合来实现本实用新型的功能和用途为目的情况，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种手动式平面凸轮轮廓采集实验教学装置，其特征在于，包括以下部件：设备底座(1)、多个支撑座(2)、固定螺栓(3)、实验凸轮安装轴(4)、安装支撑板(5)、实验凸轮(6)、从动件、从动件导路(8)、复位弹簧(9)、刻度指针(10)、多根铰链螺栓(11)及其铰链锁紧螺母(20)、连杆(12)、曲柄(13)、手柄(14)、曲柄支架(15)、摇杆(16)、棘爪(17)、棘轮(18)、锁紧螺母(19)、从动件导路紧定螺钉(21)；所述的实验凸轮安装轴(4)上棘轮定位平键(22)、棘轮定位套筒(23)、轴承(24)、实验凸轮定位套筒(25)、实验凸轮定位平键(26)、安装轴锁紧螺母(27)、销轴(28)；

所述设备底座(1)和安装支撑板(5)的支撑座(2)通过燕尾槽定位，所述支撑座(2)内设矩形凹槽，将安装支撑板(5)和曲柄支架(15)分别嵌于各自支撑座(2)的矩形凹槽，并且通过固定螺栓(3)和锁紧螺母(19)固定；支撑座(2)在设备底座(1)的燕尾槽中可以手动沿槽方向运动；

所述支撑板(5)上部设置水平燕尾型滑轨，滑轨上方安装从动件导路(8)，从动件导路(8)与燕尾型滑轨滑动连接并由从动件导路紧定螺钉(21)进行锁紧，所述从动件(7)与从动件导路(8)滑动连接，实现从动件(7)竖直方向运动的导向配合；所述复位弹簧(9)安装在从动件(7)上；所述刻度指针(10)安装在从动件(7)上的孔中，并且与复位弹簧(9)的下端接触；

所述支撑板(5)中间设有一孔，装有轴承(24)，轴承(24)支撑实验凸轮安装轴(4)，实验凸轮安装轴(4)上装实验凸轮定位套筒(25)、实验凸轮定位平键(26)，实验凸轮(6)安装在实验凸轮安装轴(4)上，由凸轮定位套筒(25)进行轴向定位，凸轮定位平键(26)进行周向定位，末端由安装轴锁紧螺母(27)进行周向定位并锁紧，所述实验凸轮安装轴(4)另一侧同时安装有棘轮(18)，由棘轮定位套筒(23)进行轴向定位，棘轮定位平键(22)进行周向定位，棘轮(18)安装侧末端设有安装轴锁紧螺母(27)进行棘轮(18)的轴向定位和锁紧，所述实验凸轮(6)和棘轮(18)形成一个构件；

所述棘轮(18)在棘爪(17)驱动下可以单方向间歇运动，棘爪(17)通过铰链螺栓(11)和铰链锁紧螺母(20)安装在摇杆(16)上，并与摇杆(16)组成一个转动副，所述摇杆(16)通过铰链螺栓(11)和铰链锁紧螺母(20)与连杆(12)形成一个转动副，所述连杆(12)通过铰链螺栓(11)和铰链锁紧螺母(20)与曲柄(13)形成一个转动副，曲柄(13)与手柄(14)通过销轴(28)通过过盈配合固定为一个构件，销轴(28)置于曲柄支架(15)孔中，与曲柄(13)形成转动副。

2.如权利要求1所述的一种手动式平面凸轮轮廓采集实验教学装置，其特征在于，从动件导路(8)设置上下两个矩形槽件，从动件(7)装在从动件导路(8)的两个矩形槽内并被其导向，所述复位弹簧(9)的上端接触上矩形槽件。

3.如权利要求1所述的一种手动式平面凸轮轮廓采集实验教学装置，其特征在于，所述从动件导路(8)上设置从动件(7)升降距离的刻度，和/或，安装支撑板(5)沿着水平燕尾型滑轨设置长度标尺。

Images