凸輪反求設計研究

王烜欽 崔宣

摘要：隨著汽車工業在中國的不斷發展，其核心部件發動機技術的研發與改進已經成為現代中國汽車工業的重中之中。而對國外已有的發動機凸輪軸進行反求設計，對我國自主研發該產品有著深遠的意義。因此，發動機凸輪軸的凸輪反求設計與數控加工已經成為我國汽車工業自主研發之路上的一個重要課題。

關鍵詞：反求設計;凸輪;VB編程

引言

凸輪零件在機械中運用廣泛，特別汽車產業，煙草產業等國家支柱產業中更是有極其重要的運用，所以高精度的凸輪反求技術在未來將會有廣闊的前景和良好的發展。反求工程也稱為逆工程，是消化吸收先進技術的一系列分析方法和應用技術的組合，它是以先進產品設備的實物、軟件或影像作為研究對象，應用現代設計理論方法、生產工程學、材料學和有關專業知識進行系統深入地分析和研究，探索掌握其關鍵技術，進而開發出同類的先進產品。逆工程含義廣泛，包括設計反求、工藝反求、管理反求等。本文主要針對設計反求中的實物反求展開討論。反求工程的出現，是現代測量技術、數控技術、CAD技術、加工技術發展和綜合應用的產物，對現代制造業起到了巨大的推動作用。凸輪反求作為機械反求工程中的重要組成部分，凸輪反求包括凸輪輪廓測量，輪廓曲線擬合，數控機床加工等各個方面。

1.反求工程的意義

通過反求研究，可以掌握國外某些先進技術。技術輸出國為了保證其在技術領域的領先地位，有些技術直接引進費用很高。但是，他們無法保守技術的物化成果。因此，對產品進行分析研究，成為獲得核心技術或技術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技術。通過反求研究，可以在消化掌握先進技術中有所創新。通過反求研究，可以迅速趕上甚至超過技術比較先進的競爭對手。反求研究避免了盲目仿制，而是把對手的優點拿過來，改進自己的產品;同時找出對手的弱點，使自己在競爭中處于優勢。

2.凸輪測量中碰到的問題和解決方法

原本設想使用等分度測凸輪輪廓，但是由于我去測量單位是一家生產制動系統為主的企業，所以并沒有購入等分度測凸輪半徑的軟件。這也就意味著之前對等分度測凸輪半徑的資料參閱在實際的凸輪測量中并沒有作用，我們必須想別的辦法對凸輪輪廓進行測量。而不使用現在最為廣泛的等分度測凸輪半徑。等分度測凸輪半徑是指，凸輪你每轉過一定角度等，測一個點，在凸輪旋轉完一周后就有360個點的數據，這樣就能比較直觀的得到凸輪輪廓的極坐標值和向徑，從而得出凸輪的輪廓。用三坐標機進行測量，重復性好，在測量過程中，毋須用輔助裝置模擬基準，而且數據處理迅速、簡便，測量精度和測量效率明顯提高。如圖1.

圖3.5 凸輪測量圖

3.反求點擬合

Visual Basic 是一種可視化的、面向對象和采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，可用于開發 Windows 環境下的各類應用程序。它簡單易學、效率高，且功能強大可以與 Windows 專業開發工具SDK相媲美。在Visual Basic環境下，利用事件驅動的編程機制、新穎易用的可視化設計工具，使用Windows內部的廣泛應用程序接口（API）函數，動態鏈接庫（DLL）、對象的鏈接與嵌入（OLE）、開放式數據連接（ODBC）等技術，可以高效、快速地開發Windows環境下功能強大、圖形界面豐富的應用軟件系統①為了使最小二乘法的計算相對簡便，所以本文把整個凸輪上的點分成兩段來進行曲線擬合。②從表中找出拐點做為凸輪曲線擬合的分界點，從而將凸輪的整體輪廓一分為二。③將原測量點輸入到.txt文本文檔中然后打開VB界面，選擇打開點文件并輸入擬合次數為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點。

圖2 擬合出的凸輪輪廓曲線

4.結論

我們通過測量找出凸輪的運動規律，如凸輪的推程角，回程角，最大位移H，基圓半徑r0等參數：但是，由于條件的限制，在本論文的寫作過程中，無法取得可以進行等分度測凸輪輪廓的三坐標測量儀導致最終只能測量基于X，Y坐標系上的點。但是由于凸輪零件的特殊性，對其最合適的測量方法因該是基于極坐標系上的。最終無法通過X，Y坐標點，求出推程角，回程角等與凸輪運動規律相關的參數。

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