VC++凸轮机构运动仿真编程示例

VC++凸轮机构运动仿真编程示例 一. 机构运动原理 1. 推杆从动件的运动规律（仅列出常用的四种运动规律） 表1-1 从动件的运动方程式 行程 运动 类型 推 程 回 程

等速运动 sh0

vh0

a0

sh

00

vh0

a0

等加速等 减速运 动

前半程 sh2202



vh40

2

ah4202



shh2202



vh40

2

ah4202



后半程 shh2

020

2

vh4002 ah4202 sh20202 vh4

00

2

ah4202



余弦加 速度运动

shvhah212200022020cos

sincos







shvhah212200022020cossincos







正弦加 速度运动





shvhah00002002221222sincossin





shvhah122122200002002sincossin



2. 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 如图所示，凸轮逆时针方向转动，导路偏置于凸轮转动中心A，导路距转轴A的垂直距离为偏距e。以偏距e为半径作的圆为偏距圆。当凸轮转动时，凸轮上的偏距圆也随之转动，但其始终与导路轴线相切。凸轮转动时不便求解其上的廓线方程，故采用反转法。反转法是建立在推杆与凸轮的相对运动与参考系无关这一原理上的。所谓反转法，即给整个机构一个与凸轮转向相反的角速度－1，则凸轮静止不动，而从动件随机架反转且沿凸轮廓线相对运动，导路的反转角即凸轮的转角。如图所示，此时导路由BK00转到BK。由于AKBK000

，

AKBK,所以KAK0，此时导路BK与基圆和凸轮廓线的交点BB间的长度，即从动件的位移sBB。由几何关系知BKABKA00''，所以s0BKreb2212。选取坐标 系xAy，B0点为凸轮廓线起始点。当凸轮转过角，由反转法知此时从动件位于BK。则B点的坐标为 XsseYsse00sincos

cossin

 (1-1)

式（1-1）即为尖顶推杆凸轮廓线的方程式，也称为理论廓线方程。







2

3

 y

x e K B'' B

B0 rb

s K0

s0

1

e A

3. 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构 大多数推杆在尖顶B处装有滚子，以提高推杆的使用寿命。显然，只要使滚子中心B沿理论廓线曲线上运动，即可保证推杆预期的运动规律。如图所示，此时凸轮的轮廓曲线不是理论廓线，而是处处与滚子相切的另一条曲线，这条曲线称为凸轮的实际廓线。因为实际廓线与理论廓线在法线方向的距离处处相等，且等于滚子半径rr，故当已知廓线上任一点

Bxy,时，只要沿理论廓线在该点法线方向取距离为rr，即得实际廓线上的相应点Bxy,。由此可见，理论廓线上作一系列滚子圆的包络线即实际廓线。因此实际廓线是理论廓线的等距曲线。该等距曲线有两条，即内等距曲线和外等距曲线。 盘状槽形凸轮的廓线即该两条等距曲线。由高等数学知识可求得理论廓线B点处法线n-n的斜率（与切线斜率互为负倒数）应为

tanddddddxyxy (1-2)

式（1-2）中的dx/dy与dy/dx可根据式（1-1）求出，代入式（1－2）后有 

tansincossincos

ddsess

ssse0

0 (1-3)

式（8-10）中的角可在0360~变化，其值要根据分子、分母的正负号所决定的tan

所在象限来计算。求出角后，可计算Bxy,的坐标值： xxryyrrrcossin

 (1-4)

式中“－”号为内等距曲线，“＋”号为外等距曲线。式（8-11）即为凸轮的实际廓线方程式。此时实际廓线的基圆半径r0等于理论廓线的基圆半径rb与滚子半径rr之差： rrr0br

r0 

A

理论轮廓线

实际轮廓线 B

0

B(x,y)

n

B'(x',y') n

 rr

K K0 rb

x

y

4. 机构运动的基本原理 前面计算出了凸轮机构的坐标点，当凸轮转动时，其相对于原点的坐标值要改变。此处可参考《机械原理》教材第六章“平面连杆机构”第三节“机构综合的位移矩阵法”所讲述的内容。

设凸轮上一点原来的坐标为：),(yx，当凸轮转动θ角以后，其坐标变为：

),(yx，则有以下关系：

cossinsincosyxyyxx

在做机构动画时，让θ角从0度到360度等量增加，则可以画出一系列凸轮的位置，形成连续的动画。 二. 编程步骤 1. 项目类型选择MFC AppWizard(exe)，项目名取为“TuLun”。

2. 在程序向导的第1步选择建立一个单文档的应用程序，点击“Finish”结束向导。 3. 点击菜单项“Insert → Resource”，插入一个对话框资源，这个对话框将来作为凸轮机构的参数输入窗口。 4. 在参数输入对话框上右键点击，弹出属性对话框，设定其ID号为IDD_PARAMETER，设定其标题Caption为“参数输入对话框”。然后在对话框上添加控件如下图所示，为每一个控件指定ID号。 推程运动规律 一组单选钮：IDC_TUI_1；IDC_TUI_2；IDC_TUI_3；IDC_TUI_4 回程运动规律 一组单选钮：IDC_HUI_1；IDC_HUI_2；IDC_HUI_3；IDC_HUI_4 推程角：IDC_TUI_ANGL；回程角：IDC_HUI_ANGLE； 远停角：IDC_FAR_REST_ANGLE 基圆半径：IDC_BASE_CIRCLE； 行 程：IDC_COURSE；偏 距：IDC_SETOVER 推杆滚子半径：IDC_ROLLER_RADIUS；凸轮转动速度：IDC_CAM_VELOCITY

5. 为对话框添加一个类：在对话框的空白区域处双击鼠标，弹出ClassWizard窗口，在添加一个新类对话框中点击OK按钮，将新类命名为CParameterDlg，其余选择默认值，点击OK按钮确定。 6. 为对话框中的控件添加相应的成员变量：点击菜单“View →ClassWizard” ，点击“Member Variables”标签项，为对话框中的控件添加对应的成员变量如下图所示。

7. 在资源视图（ResourceView）中打开主菜单资源IDR_MAINFRAME，添加顶层菜单项“输入”，弹出菜单项“凸轮机构参数”，并如图设置ID号及标题等。 8. 点击菜单“View →ClassWizard” 为菜单项命令添加消息映射函数。在Class name中选择“CTuLunView”类，目标ID号中选择“ID_INPUT_SIZE”，在“Messages”中选择“Command”，双击，弹出“添加成员函数”对话框，点击“OK”，确认函数名为“OnInputSize”。

9. 在CTuLunView类中定义凸轮相关的成员变量如下： public: //与盘形凸轮相关的数据与变量 int m_Hui_Rule; int m_Tui_Rule; double m_Base_Radius; double m_Course; double m_Setover; int m_Tui_Angle;