基于VB的凸轮机构轮廓曲线设计

基于VB的凸轮机构轮廓曲线设计石向东（包头职业技术学院车辆工程系，内蒙古包头014030）摘要：本文以VB为主体开发语言，实现了凸轮轮廓尺寸的最佳设计、数据查询、数据导出和轮廓曲线的绘制，既提高了凸轮设计效率，又益于计算机辅助教学。关键词：凸轮机构；VisualBasic6.0；轮廓尺寸最佳设计；曲线绘制0前言凸轮机构可以准确地实现从动件预期的运动规律，型式很多，广泛地应用于于各种机械，特别是在自动机械中。凸轮轮廓在机械原理中占据着相当重要的地位，但它的设计步骤多、涉及参数多，给设计工作者带来很多的不便，降低了设计效率。学习《机械原理教程》教材中《凸轮机构的计算机辅助设计》的内容后，深受启发，不足之处是没有给出相应计算机处理程序。VisualBASIC语言是面向对象的程序设计语言，具有良好的交互式界面。本程序采用VB6.0作为主体开发语言，介绍了对心直动滚子盘形凸轮机构按反转法进行轮廓曲线设计，实现了凸轮轮廓尺寸的最佳设计、数据查询、数据导出和轮廓曲线的绘制，既克服了手工图解法精度低的缺点，又避免了解析法计算比较复杂的不足，提高了凸轮设计效率，给设计工作带来极大的方便。该程序可用于凸轮的设计、分析、计算机辅助教学。程序设计思想在用“反转法”进行凸轮轮廓设计时，应使凸轮轮廓尺寸最小。程序首先确定最佳基圆半径：先设基圆半径等于升程（rb=h），计算推程和回程中的最大压力角， 利用推程amaxc[a]=30°和回程amaxc[a]=70进行校核，如超过则rb=rb+5代入重新计算最大压力角并再次校核，如此循环，直到满足上述条件，此时的rb值即为最佳基圆半径；程序然后按解析法计算凸轮从0°到360°每隔0.001°各转角对应的理论和实际廓线上各点的横、纵坐标值，并据此作出轮廓线图；程序最后利用DDE数据功能将以上数值导出到Excel电子表格，也可输入任一转角，在文本框中输出相应的理论和实际廓线上各点的横、纵坐标值和此位置从动件的压力角。在凸轮轮廓曲线设计程序编写中中，涉及到许多曲线斜率的计算问题。我们将每间隔0.001°的凸轮转角对应的理论轮廓极短曲线近似地看作一段直线进而计算曲线的斜率。这样使程序编写大大简化，而且保证了足够的精度。窗体设计2．1凸轮轮廓设计程序流程图 1。插图12．2窗体和界面设计在窗口上端设置原始数据框架中（该框架输入数据后如图2所示）设置三插图2个组合文本框来选择凸轮转动方向、从动件推程、回程运动规律（五种常用运动规律），用六个文本框分别接收输入参数：推程角31、远休止角32、回程角33、近休止角34、升程h和滚子半径rt；用一个命令按扭控制关闭凸轮设计窗口返回到VB6.0操作界面。在窗口下端设置设计数据框架中（该框架运行结果如图3所示）设置用四个插图3命令按扭分别控制求凸轮最佳基圆半径据此基圆半径计算推程和回程最大压力角和相应凸轮转角、画图、数据导出、输入凸轮转角求压力角和凸轮曲线坐标值，用五个文本框输出最佳基圆半径据此基圆半径计算推程和回程最大压力角和相应凸轮转角、凸轮转角及相应的压力角、凸轮理论轮廓曲线坐标值、凸轮实际轮廓曲线坐标值、在DDE对话中（数据传递）作为链接的接收端。中间的图片框（该图片框运行结果如图4所示）显示出设计的凸轮轮廓曲线和据输入不同的凸轮转角标识机构的压力角，可方便地观察设计结果。插图43编写VB6.0程序根据以上提出的设计思路，在VB6.0操作界面下创建文件名为“凸轮设计.vbp”的工程文件包括凸轮设计窗口，在窗口中布置控件（图2和图形），设定控件属性，并添加事件程序代码。由于篇幅有限，仅附按推程链接的接收端。中间的图片框（该图片框运行结果如图4所示）显示出设计的凸轮轮廓曲线和据输入不同的凸轮转角标识机构的压力角，可方便地观察设计结果。插图43编写VB6.0程序根据以上提出的设计思路，在VB6.0操作界面下创建文件名为“凸轮设计.vbp”的工程文件包括凸轮设计窗口，在窗口中布置控件（图2和图形），设定控件属性，并添加事件程序代码。由于篇幅有限，仅附按推程amaxw[a]=30。求最佳基圆半径的程序代码：Subaa（）DimSAsVariantDima0AsVariantDimxAsVariantDimyAsVariantDimx0AsVariantDimy0AsVariantDimrb0AsVariantDimsAsVariantDimmaxAsVariantS1=Val(Text1.Text)h=Val(Text5.Text)rb0=Val(Text5.Text)max=100DoWhilemax>30max=0x0=0y0=rb0ForS=0.0001ToS1Step0.0001SelectCaseCombo1(0).ListIndexCase0s=(S/S1)*hCase1IfS<S1/2Thens=2*h*S*S/(S1*S1)Elses=h-2*h*(EndIfCase2S)*(S1-S)/(S1*S1)s=(S/S1-Sin(6.2831852*Case3S/S1)/6.2831852)*hs=(1-Cos(3.1415926*Case4S/S1))*h/2s=(10*S*S*S/(S1*S1*S1*_S1)+6*S1)-15*S*S*S*S/(S1*S1*S/(S1*S1*S1*S1*S1))*hEndSelectx=(rbO+s)*Sin( S*6.2831852/360)y=(rb0+s)*Cos( S*6.2831852/360)IfS<=90ThenIfy>y0Thena0=180-Atn((x-x0)/(y-y0))*360/6.2831852-(90- S)Elsea0=Abs(Atn((x-x0)/(y0-y))*360/6.2831852-(90- S))EndIfElseIfS<=180ThenIfx>x0Thena0=Atn((x-x0)/(y0-y))*360/6.2831852+( S-90)Elsea0=Abs(Atn((x0-x)/(y0-y))*360/6.2831852-( S-90))EndIfElseIfS<=270ThenIfy0>yThena0=180-Atn((x0-x)/(y0-y))*360/6.2831852-(270- S)Elsea0=Abs((270-S)-Atn((x0-x)/(y-y0))*360/6.2831852)EndIfElseIfx0>xThena0=Atn((x0-x)/(y-y0))*360/6.2831852+( S-270)Elsea0=Abs(Atn((x-x0)/(y-y0))*360/6.2831852-( S-270))EndIfEndIfEndIfEndIfy0=yx0=xIfa0>maxThenmax=a0EndIfNextSrb0=rb0+5Looprb1=rb0-5EndSub4 处理实例如设计一对心直动滚子盘形凸轮机构。已知凸轮逆时针旋转，推程角S 1、远休止角S2、回程角S3和近休止角S4都等于90度，行程h=30mm滚子半径rt=8mm,从动件推程运动规律：正弦加速度运动，从动件回程运动规律：余弦加速度运动。双击“凸轮设计.vbp”文件图标后，进入VB6.0操作界面再单击“运行”菜单的“开始”命令，打开“凸轮设计”对话框，按下列步骤依次进行操作：第一步在原始数据框架中输入凸轮设计的原始数据。第二步求最佳基圆直径。第三步画图。第四步数据导出致Excel电子表格（仅附1°〜12°）o插图5第五步输入凸轮转角（精度为 0.001°）求从动杆压力角和凸轮曲线坐标值。第六步单击“退出”按扭，即关闭窗口返回到VB6.0操作界面。如需继续求不同凸轮转角时的机构压力角和凸轮曲线坐标值可重复第五步；如改变不同原始数据设计新的轮廓曲线，可从第一步重新开始。5结束语本文采用VB为开发语言，成功实现了对心直动盘形凸轮机构的轮廓曲线设计， 将凸轮的最佳基圆半径设计、传力性能分析、轮廓曲线坐标值计算、数据导出、轮廓曲线绘制融为一体，大大提高了凸轮机构设计效率，并益于计算机辅助教学。此方法还可用于其它机构的设计。参考文献：申永胜.机械原理教程[M].北京：清华大学出版社，1999.张树兵，戴红，陈哲.V isualBasic6.0 中文版入门与提高]Z].北京：清华大学出版社，1999．THEOUTLINECURVEDESIGNOFTHECAMMECHANISMONTHEBASISOFVBShiXiangdong（AutomobileEngineeringDepartment,BaoTouVocational&TechnicalCollege ，BaotouInnerMongolia,014030）Abstract：ThistextreliesmainlyonVB,realizestheexcellentdesignmentofthecamoutlinesize、thedatesearch、thedateleadsandthedrawingoftheoutlinecurve,notonlyimprove