精密测量的凸轮机构从动件运动分析软件开发应用分析

唐 晓

(桂林机床股份有限公司，广西 桂林 541002)

从动件是机构中除了主动件以外随着主动件运动的其余可动构件。在一个机构中，凡是能够推动其他机件者，称为原动件(Driver);凡是被其他机件影响而运动者，称为从动件(Follower)。有时候我们可以直接观察互相连接之机件，当发生运动时，其主动者则为原动件，后动者则谓之从动件。从动件主要分为尖底从动件、滚子从动件、平底从动件三个型式。

1 介绍凸轮机构

凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。

由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动。凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹簧或施加重力。具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。总的来说，凸轮机构的优点是结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。

2 运动规律分析

凸轮机构从动件的运动规律比较复杂，有很多个不同的运动形式组成。如推杆式运动规律：推杆在推程或回程时，其位移S、速度v和加速度a随时间t的变化规律。运动规律大致分为以下几类：多项式运动规律：1.等速运动运动规律;2.等加等减速(二次多项式)运动规律;3.五次多项式运动规律。三角函数运动规律：1.余弦加速度(简谐)运动规律;2.正弦加速度(摆线)运动规律。

3 人工分析与软件分析的对比

传统的分析方式，主要靠的是人工来进行，工具辅助。对从动件的运动规律进行分析，是一个十分庞大的工程，首先要统计数据，而数据本身就十分庞大，要想完全准确的对其进行统计，是很难做到的;再就是数据的处理了，要想使用数据，就要对其进行相关的处理，这样可以排除一些多余数据，增加数据的准确度;之后是建立数学模型，这里的模型就是指通过数学公式，把从动件的运动规律表示出来，再绘制成图形，这样人们就可以直接的观察从动件的运动规律了;最后才是对数据的使用，这个过程包括了代值、计算和对比，数据本身很多，一个个的代入到公式当中，工作量就十分大，也会消耗大量的时间。

传统的分析方式，需要消耗大量的人力，而且还需要大量的时间，却无法保证分析的结构完全准确。这种方式在消耗人力的同时，还提高了分析的成本，且无法提供较高的工作效率。而采用计算机技术，设计一个分析从动件运动规律的软件，投入的成本将比传统的方式少很多。而且，设计出来的软件，可以在以后的工作当中重复的使用，避免了人力分析的很多弊端。通过计算机软件对运动规律进行分析，按照预先写入的计算过程，对输入的数据进行相关的处理，不会像人工分析那样出现不必要的错误;而且计算机运算的速度是人的很多倍，所以用它对数据进行处理，时间就会缩短很多。

总的来说，通过计算机软件对从动件的运动进行分析，比其它的方式要好很多。

4 软件设计关键问题

4.1 参数的写入

在软件设计的过程，要使用到常见的软件设计系统VB6.0，通过对话框，将要用到的部分数据输入到软件当中。这个过程会消耗很多的精力与时间，而且要求不能出现较大的错误。

4.2 VB与Matlab接口技术的应用

利用与Matlab相似的函数和语法嵌入到VB中，可以像使用VB的函数和命令一样使用Matlab，用以完成复杂的计算和绘图。这种方法的语法和函数使用都相对比较简单，编程效率很高，几乎完全融入VB语言，特别对图形的处理非常方便，弥补了其他方法在图形处理上的弱点。

4.3 从动件位移线图局部放大功能的实现

对实际凸轮机构进行从动件运动规律分析时，由于制造误差、测量误差和磨损等因素的存在，较难得到理想状态的从动件运动线图，很难在不进行人工干涉的情况下分析出原凸轮机构的从动件运动规律。这个时候，就要利用从动件位移线图局部放大功能来实现对运动规律的观察了。

5 结语

软件分析从动件运动技术的应用，将使机械的发展得到更大的提高，为未来打下良好的基础。

[1]金晓怡，钮冬科，张向伟.基于精密测量的凸轮机构从动件运动分析软件开发[J].上海工程技术大学学报.2012(04)：26

[2]钱力郭，天松，王韵，王良文，李安生.基于VB的凸轮机构从动件运动规律设计系统[J].机械传动.2010(10)：34