扁平恒力弹簧支吊架凸轮曲线CAD工具的开发

高勇， 侯永涛， 孙庆勇， 张宇

（1.江苏大力城电气有限公司，江苏 镇江212211; 2.江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江212013）

0 引 言

恒力弹簧支吊架是一种在限定位移内对被支吊物施以恒定荷载的装置，起到支撑重力、平衡反力及避免附加应力的作用，它广泛于化工厂和电厂的管道系统、热电站的锅炉和燃烧器等场合[1]。

恒力弹簧支吊架的设计关键是凸轮曲线应满足恒定载荷的要求。通常以恒载为前提，通过分析机构各参数之间的关系得到凸轮曲线的微分方程[2]，再通过对微分方程求数值解得出曲线的图像用于工业生产[3]。本文通过对一款扁平恒力弹簧支吊架的机构进行力学分析，在推导得出其凸轮曲线微分方程的基础上，基于AutoCAD.NET集成MATLAB的微分方程求解功能，开发了一款软件工具。软件工具可直接在AutoCAD中生成凸轮轮廓的SPLINE曲线，有效提高了企业新产品开发的效率。

1 扁平恒力支吊架结构与工作原理

扁平恒力支吊架的结构如图1所示。其中，两个凸轮在水平方向彼此以一定的角度对称布置，这两个凸轮分别与具有一定预载荷的两个弹簧相互作用。外载荷F作用在半径为R的滚轮上，滚轮在竖直方向的移动过程中，使凸轮绕其转动中心O点转动。凸轮与弹簧座在A点铰接，凸轮转动压缩弹簧，持续变大的弹簧力通过杠杠及凸轮轮廓转化为对滚轮在竖直方向上恒定的支撑力。

图1 扁平恒力支吊架结构原理图

2 凸轮曲线微分方程的推导

2.1 滚轮受力分析及其对凸轮的力矩

如图1所示，将静坐标系XOY的原点定义在凸轮的转动中心O点，X轴正向水平向左，Y轴正向竖直向下。……