[发明专利]凸轮反转原理演示仪

说明书

技术领域

本发明涉及机械原理教学器材，用于机械原理中凸轮运动的演示装置，特别涉及凸轮反转原理演示仪。 

背景技术

凸轮轮廓曲线设计所依据的基本原理是反转法原理。如图1所示，设有一偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构。其推杆的轴线与凸轮回转轴心o之间有一偏距e。当凸轮以角速度ω绕轴o转动时，推杆在凸轮的推动下实现预期的运动。现设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-ω，使其绕轴心o转动。这时凸轮与推杆之间的相对运动并未改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨以角速度-ω绕轴心o转动，依次经过a、b、c、d的位置，另一方面又在导轨内作预期的往复运动。此时，推杆在此复合运动中，其尖顶运动轨迹即为凸轮轮廓曲线，则根据推杆的反向运动的轨迹画出凸轮轮廓曲线即为凸轮轮廓曲线设计的反转法原理。 

此凸轮反转法原理是机械原理课程中凸轮机构学习很重要的部分，但目前教学中只能从理论上来讲述，只有简单的图形板书，而没有具体的演示模型，以致刚接触机械的学生很难理解，学习有很大困难。 

发明内容

为了更好让学生学习理解凸轮反转原理的设计方法，本发明提供一种教学装置，能清楚理解凸轮反转法原理，同时再现推杆的运动轨迹。 

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。凸轮反转原理演示仪，包括：框架、步进电机、驱动器位移线图板，框架的下方安装有支脚，框架内固定有底板，底板上分别固定安装有支架、开关电源、驱动器、PLC、安装板、第一支座和第二支座, 第一支座与第二支座并列，第一支座的外侧设置有安装板，安装板上方固定有位移线图板且位移线图板安装有LED灯，安装板中间设置有与第一支座轴孔相对应的通孔，轮轴穿过安装板的通孔和第一支座轴孔，安装板外端的轮轴上由内至外装有主动齿轮和左凸轮，左凸轮的外侧装有第一凸轮前板，支架上安装有步进电机，步进电机通过联轴器连接第一支座外侧的轮轴，安装板的正上方安装有第一导板, 第一导板的中间设置有导槽, 导槽内装有第一推杆，第一推杆的一端设置有第一滚子轴，另一端固定装有第一指示针，第一轴承装于第一滚子轴上，第一轴承的外圆与左凸轮的外周贴合；主动齿轮与从动齿轮啮合连接；从动齿轮的幅板上固定有第二导板，第二导板中间的导槽内装有第二推杆，第二推杆的一端设置有第二滚子轴，另一端固定装有第二指示针，第二轴承装于第二滚子轴上，第二轴承的外圆与右凸轮的外周贴合，右凸轮安装于转轴的一端，右凸轮的外侧装有第二凸轮前板，从动齿轮安装在空心轴的一端，空心轴固定于第二支座，转轴的另一端穿于空心轴内并通过销钉固定；开关电源联接驱动器，驱动器分别联接步进电机和PLC，PLC连接LED灯。 

本发明通过PLC和驱动器控制，控制系统在特定的设置下使主动齿轮和从动齿轮啮合运动。主动齿轮上的左凸轮运转，使第一导板导槽内装有的第一推杆上下运动，第一推杆的位移在位移线图板上通过LED灯亮灯显示；从动齿轮幅板上固定的第二导板的导槽内装有的第二推杆随齿轮上下移动，同时沿着右凸轮轮廓曲线作周向运动，而右凸轮固定不动，所有器件安定在底板上，底板又定位在框架上。 

本发明凸轮反转原理演示仪，其中所述左凸轮随主动齿轮转动，而第一推杆只上下运动，此为正转演绎。 

本发明凸轮反转原理演示仪，其中所述从动齿轮与主动齿轮啮合运动，第二推杆上下运动并沿右凸轮轮廓曲线转动，而右凸轮不动，此为反转演绎。 

本发明通过主动齿轮上的左凸轮转动以及推杆、指示针上下运动，使位移在位移线图板上显示，形象的演示将原理解释得更加透彻，使学生易懂。PLC控制在特定的设置下带动主动齿轮运动，以机电结合的方式将机械创新设计应用到日常教学中。通过PLC程序的设计，使教具更具有良好的观察性，能在慢动作中体验到正反转原理间的联系。充分演示了凸轮轮廓曲线设计的反转法原理。不仅能演示凸轮轮廓曲线反转法设计过程，而且能反映出其推杆运动规律。将真实的凸轮正转而推杆不动，与设想的推杆运动反转而凸轮固定两种运动状态放在一起对比，清楚理解凸轮反转法原理，同时再现推杆的运动轨迹。 

附图说明

图1是凸轮反转原理示意图。 

图2是本发明凸轮反转原理演示仪的结构主视图。

图3是图2中A-A向示意图。  

图4是图2的左视图。

图5是图2的右视图。 

图6是本发明左右凸轮安装结构示意图。 

图7是本发明电器原理方框图。 

图8a为本发明凸轮反转原理演示仪初始状态示意图。