【《凸轮的应用探索综述》2800字】

凸轮的应用探索综述目录TOC\o"1-3"\h\u10486凸轮的应用探索综述 1245671.1凸轮的使用现状 1273851.2凸轮的新应用 11.1凸轮的使用现状凸轮自人类工业革命以来就得到了广泛的应用，而且应用领域也是相当的广泛，从工业生产到日常生活都有凸轮的身影，从汽车的发动机配气机构中的盘型凸轮，到打印机中的间歇式凸轮机构，再到机床上的凸轮换刀机构。发展到了今天，电控装置的出现和电控技术日益成熟。1.2凸轮的新应用凸轮的应用——复合弓；在现代复合弓的发展上，凸轮作为一个重要部件发挥着让复合弓具有更好的力学性能的重要作用，设置一组偏心轮作为弓箭的弓轮，结合弓弦组成一个简单的机构，通过凸轮的运动特性可以让同样的发射距离下弓箭有更快的发射速度如图1.1所示：图1.1现代复合弓选用偏心轮作为复合弓的弓轮，偏心轮就是个凸轮,下对复合弓的轮组和偏心凸轮对于复合弓弓弦回收速度的影响分析，来对凸轮在复合弓中的应用理论依据进行证明，如图1.2所示。图1.2复合弓上的凸轮复合弓原理图：如图1.3图1.3复合弓原理图圆轮弓箭发射速度分析：假设复合弓的弓轮设置为圆轮分析弓箭发射速度，从简化的模型原理图入手研究，不考虑箭的加速时间，如图1.3所示，当弓弦与水平线间的夹角为θߠ,转动的线的距离为：（4-1）此时R≪2h，弓弦的伸长量看作2ΔL，根据能量守恒定律，（4-2）若若转动惯量足够小将式4-1带入4-2，可以推出箭的瞬时速度：（4-3）其中v为弓弦与水平加角呈θ时弓箭的瞬时速度。凸轮弓箭发射速度分析：此时假设复合弓的弓轮设置为凸轮分析同样情况下的弓箭发射速度如图1.4所示。图1.4弓轮凸轮简化模型如图所示，图中一个主轮和一个副轮，O为旋转中心，e是偏心距，mn是OO1所在直线。M是弓弦在大轮上的连接点，K是副弦在小轮上的连接点，连接OM,O1M，由于旋转角速度ω相同所以有：（4-4）（4-5）其中v收为与内轮连接的弓弦的收缩速度，三个角满足：（4-6）当∠OO1M=180°，即α=β=0°时：（4-7）当∠OO1M=0°，α=180°，β=0°时：（4-8）由与在现实中并不会出现（4-8）的情况，此时有：（4-9）由于R+e＞r，他们的商大于1，此时弦速会大于与内轮连接的弦的v收缩。可以说明采用凸轮作为复合弓的弓轮可以使弓箭在同样的弓形变下居具有更快的初速度。由此可证明凸轮在复合弓中的应用的理论依据。在传统小型手推车中，如运货的平板车，手推车刹车通过一个摩擦车锁来对车轮进行锁死这样一来工作可靠性得不到保障，如图1.3所示图1.3传统手推车刹车装置且塑料橡胶制品在长时间的暴露在空气中，在光热氧气的作用下容易风化变脆，这会使得刹车装置变得并不可靠，这样一来不但不利于使用，也会有很大的局限性。可以尝试使用凸轮机构做一个便捷的车锁装置。如图1.4所示图1.4车锁装置模型图该机构简的机构简图如图1.5所示：图1.5车锁装置机构简图由式4-10可知压力角α式凸轮转角机构转动时推杆的受力情况如图1.6所示：图1.6推杆在凸轮的推力F作用的受力分析根据力的平衡条件可知：推杆不发生自锁的条件是F’>Ff，反之，若是需要凸轮自锁就需要F小于两摩擦力，该力F为有效分力，只需要保证凸轮机构的到达最大压力角的情况下满足自锁便可使该机构锁死。假设该机构为45钢材质，查询资料可知，45钢的摩擦系数为0.15由公式已知钢的摩擦系数会随表面粗糙度增加而增加如图1.7所示：图1.7钢表面粗糙度与摩擦系数关系将凸轮的轮廓中段设置为直线，在凸轮推动推杆向上运动的时候，由于凸轮的选装可知压力角会随凸轮上升不断变大，从而有效分力F’会变小，当有效分力F’＜Ff时发生自锁，根据公式（4-12）可知若自锁有Fsinαμ＞Fcosα，通过改变表面粗糙度使条件更易满足，μ取0.35，计算得出当α＞70.6°时可以发生自锁，所以只需要压力角的最大值超过这一数值，便可使机构达到自锁目的。此时无论多大的力都不能使车轮轴继续转动。由于凸轮运动的周期性，可以运用于一些需要进行周期性往复运动的机械上，例如生活中可能用到的破碎机，粉碎装置，只需要一根铁棒和一个电动机带动的凸轮就可以完成周期性的粉碎功能。原动件为电动机，通过一个带传动来带动凸轮转动，而凸轮会周期性的与铁棒上的一根横杆接触，并带着铁棒向上运动，将铁棒抬高，但是由于有导路的限制，铁棒只能在垂直方向上作往复运动，当凸轮将铁棒太高到一定的高度时，便脱离接触，然后在重力的作用和导路的限制下，铁棒下落，可以对安装在铁棒正下方的器皿内的物体进行破碎，凸轮在皮带的带动下继续旋转直到进入下一个行程，凸轮继续带动铁棒上升，脱离接触，下落。这套装置利用凸轮的特性，仅仅使用几个简单的构件便可以完成一套完整的工作流程。这就是凸轮在生活领域的简单实用的一个应用。现在生活中对于凸轮应用最为广泛便是凸轮锁，如原理凸如图所示图1.8所示图1.8凸轮锁锁舌模型凸轮锁是最常见和最简单的锁的使用之一。凸轮锁是加拿大安大略省的沃尔克.盖尔于上世纪八十年代发明的锁舌是一个金属板，这个金属板就是一个凸轮，这个金属板固定在紧锁装置的核心上，随着钥匙插入的转动，凸轮在90°到180°之间旋转，从而锁定和解锁。往后的发展过程中凸轮锁也有所改进，一些大物品在使用凸轮锁时，将锁舌的外部连接一根推杆当锁舌转动的时，这一简单的凸轮推杆机构，在钥匙的带动下推杆顶出，插入锁销之中，从而完成上锁的过程，这些案例都是很简单的凸轮机构。这种锁的结构简单，价格低廉，使用安装方便是凸轮的优秀应用实例。而在一些小型加工生产作坊中，各种条件所限制，使用大型的机械手臂或者一些电控装置并不经济。完成一些往返运动或者重复的取料上料功能，许多都是用人工的方法来完成的。而凸轮的特性可以完美的解决这一问题，不但能提高效率，还具有很好的经济性；现在假设一小作坊批量生产一批产品，需要定时向加工机器内送料，此前时采用人工上料的方式，成品出来便往加工机器内送料，但是由于人工的局限性，生产效率一直得不到提高。且日产量的不到保证。下图是尝试设计的一个利用凸轮机构能完成简单定时的上料功能的机构该凸轮机构，通过电机带动凸轮旋转，凸轮旋转带动滚子推杆沿预定轨迹往复运动，机械手爪与连杆相对固定，故机械手爪也可做固定轨迹的往复运动，从而使上料手臂能定时推料。而在后续的使用中可以再加以连杆于放料处开关，通过连杆往复来带动放料开关。每一次上料都带动一次放料，可以保证每次只上指定量的料。通过改变凸轮的轮廓形状或者电机转速，可以达到控制时间间隔的目的，这样一来凸轮就变成了一个可“编程”的自动化装置。由此可见，凸轮机构用于控制的功能虽然在一些大型工厂或企业的生产中的应用相对电控装置的使用比重逐渐下降，