凸輪反求設(shè)計(jì)研究

王烜欽 崔宣

摘要：隨著汽車工業(yè)在中國的不斷發(fā)展，其核心部件發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的研發(fā)與改進(jìn)已經(jīng)成為現(xiàn)代中國汽車工業(yè)的重中之中。而對(duì)國外已有的發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸進(jìn)行反求設(shè)計(jì)，對(duì)我國自主研發(fā)該產(chǎn)品有著深遠(yuǎn)的意義。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的凸輪反求設(shè)計(jì)與數(shù)控加工已經(jīng)成為我國汽車工業(yè)自主研發(fā)之路上的一個(gè)重要課題。

關(guān)鍵詞：反求設(shè)計(jì);凸輪;VB編程

引言

凸輪零件在機(jī)械中運(yùn)用廣泛，特別汽車產(chǎn)業(yè)，煙草產(chǎn)業(yè)等國家支柱產(chǎn)業(yè)中更是有極其重要的運(yùn)用，所以高精度的凸輪反求技術(shù)在未來將會(huì)有廣闊的前景和良好的發(fā)展。反求工程也稱為逆工程，是消化吸收先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合，它是以先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)物、軟件或影像作為研究對(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)深入地分析和研究，探索掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出同類的先進(jìn)產(chǎn)品。逆工程含義廣泛，包括設(shè)計(jì)反求、工藝反求、管理反求等。本文主要針對(duì)設(shè)計(jì)反求中的實(shí)物反求展開討論。反求工程的出現(xiàn)，是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、CAD技術(shù)、加工技術(shù)發(fā)展和綜合應(yīng)用的產(chǎn)物，對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)起到了巨大的推動(dòng)作用。凸輪反求作為機(jī)械反求工程中的重要組成部分，凸輪反求包括凸輪輪廓測(cè)量，輪廓曲線擬合，數(shù)控機(jī)床加工等各個(gè)方面。

1.反求工程的意義

通過反求研究，可以掌握國外某些先進(jìn)技術(shù)。技術(shù)輸出國為了保證其在技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，有些技術(shù)直接引進(jìn)費(fèi)用很高。但是，他們無法保守技術(shù)的物化成果。因此，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析研究，成為獲得核心技術(shù)或技術(shù)訣竅的重要途徑之一。通過反求研究，可以較快地掌握國外先進(jìn)技術(shù)。通過反求研究，可以在消化掌握先進(jìn)技術(shù)中有所創(chuàng)新。通過反求研究，可以迅速趕上甚至超過技術(shù)比較先進(jìn)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。反求研究避免了盲目仿制，而是把對(duì)手的優(yōu)點(diǎn)拿過來，改進(jìn)自己的產(chǎn)品;同時(shí)找出對(duì)手的弱點(diǎn)，使自己在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)。

2.凸輪測(cè)量中碰到的問題和解決方法

原本設(shè)想使用等分度測(cè)凸輪輪廓，但是由于我去測(cè)量單位是一家生產(chǎn)制動(dòng)系統(tǒng)為主的企業(yè)，所以并沒有購入等分度測(cè)凸輪半徑的軟件。這也就意味著之前對(duì)等分度測(cè)凸輪半徑的資料參閱在實(shí)際的凸輪測(cè)量中并沒有作用，我們必須想別的辦法對(duì)凸輪輪廓進(jìn)行測(cè)量。而不使用現(xiàn)在最為廣泛的等分度測(cè)凸輪半徑。等分度測(cè)凸輪半徑是指，凸輪你每轉(zhuǎn)過一定角度等，測(cè)一個(gè)點(diǎn)，在凸輪旋轉(zhuǎn)完一周后就有360個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這樣就能比較直觀的得到凸輪輪廓的極坐標(biāo)值和向徑，從而得出凸輪的輪廓。用三坐標(biāo)機(jī)進(jìn)行測(cè)量，重復(fù)性好，在測(cè)量過程中，毋須用輔助裝置模擬基準(zhǔn)，而且數(shù)據(jù)處理迅速、簡(jiǎn)便，測(cè)量精度和測(cè)量效率明顯提高。如圖1.

圖3.5 凸輪測(cè)量圖

3.反求點(diǎn)擬合

Visual Basic 是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，可用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。它簡(jiǎn)單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大可以與 Windows 專業(yè)開發(fā)工具SDK相媲美。在Visual Basic環(huán)境下，利用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）、對(duì)象的鏈接與嵌入（OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開發(fā)Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)①為了使最小二乘法的計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)便，所以本文把整個(gè)凸輪上的點(diǎn)分成兩段來進(jìn)行曲線擬合。②從表中找出拐點(diǎn)做為凸輪曲線擬合的分界點(diǎn)，從而將凸輪的整體輪廓一分為二。③將原測(cè)量點(diǎn)輸入到.txt文本文檔中然后打開VB界面，選擇打開點(diǎn)文件并輸入擬合次數(shù)為9。這樣為了能更精確的擬合出凸輪輪廓曲線，并輸出擬合后的坐標(biāo)點(diǎn)。

圖2 擬合出的凸輪輪廓曲線

4.結(jié)論

我們通過測(cè)量找出凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如凸輪的推程角，回程角，最大位移H，基圓半徑r0等參數(shù)：但是，由于條件的限制，在本論文的寫作過程中，無法取得可以進(jìn)行等分度測(cè)凸輪輪廓的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x導(dǎo)致最終只能測(cè)量基于X，Y坐標(biāo)系上的點(diǎn)。但是由于凸輪零件的特殊性，對(duì)其最合適的測(cè)量方法因該是基于極坐標(biāo)系上的。最終無法通過X，Y坐標(biāo)點(diǎn)，求出推程角，回程角等與凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律相關(guān)的參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫詩鑄等.機(jī)械學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2]侯維芝，祁翠琴.反求設(shè)計(jì)與技術(shù)創(chuàng)新.機(jī)電一體化[J]，2004.3：30-35

[3]蒙麗.凸輪反求工程與NC加工.唐山學(xué)院學(xué)報(bào)[J]，2005.6：46-49

[4]莫亞梅.凸輪機(jī)構(gòu)研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì).南通工學(xué)院學(xué)報(bào)[J]，2007.1：15-17.

[5]王會(huì)，王萬新.基于VB開發(fā)凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[J].德州學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，19（2）：104-107.