凸輪分析機

主要功能與特色

讓學生深入研究凸輪與從動件。它展示了兩者如何將旋轉運動轉換為直線運動，並幫助學生理解在產生「彈跳」現象之前的運作極限。此外，本裝置也向學生介紹凸輪的關鍵術語，例如「凸頂（Nose）」、「側部（Flank）」及「停頓期（Dwell）」。

設備構造與特點

• 動力與穩定性：主體具有精密加工的重型鋼製底座，支撐著高扭矩直驅式變速馬達。主軸配備大質量飛輪，可在凸輪旋轉週期的扭矩變化過程中減少轉速波動。凸輪安裝於主軸末端，確保軸向與徑向定位精確。

• 從動件系統：從動件安裝於低摩擦線性軸承中的垂直軸底部。套件包含兩種從動件，並可選擇兩種不同的壓縮彈簧及調整預壓，用以改變從動件壓向凸輪表面的力道。此外，學生還可添加不同質量的砝碼，研究質量對從動行為的影響。

• 感測與測量：主軸與垂直軸上的感測器分別測量凸輪的角位置與從動件的垂直位置（位移或稱為凸輪升程）。

安全與控制設計

• 安全防護：設計兼顧安全與易用性。固定式防護罩覆蓋了轉軸與飛輪。凸輪測試區設有連鎖電磁感應的鉸鏈式防護罩，確保機器運行時使用者無法接觸運動件，僅在安全條件下才可開啟以更換凸輪或彈簧。

• 控制單元：控制與儀表單元允許學生調整凸輪轉速，並將位移與角位置信號進行放大與調節。微處理器控制的顯示器可顯示轉速（RPM）、角速度（rad/s）及頻率（Hz）。

數據擷取與分析

• 本裝置搭配內建式多功能數據採集系統 VDAS®，能即時產生從動件位移對凸輪旋轉的動態圖表。系統能即時計算並顯示位移的前兩階導數—速度與加速度。透過這些即時曲線圖，結合凸輪「彈跳」時特有的聲音，學生可以精確找出產生彈跳的臨界轉速，並將其與簡化理論計算出的數值進行比較。

學習成果

• 運動特性曲線對比：將實驗測得的從動件位移、加速度與速度曲線與理論預測值進行比較。

• 凸輪彈跳轉速研究：針對不同凸輪與從動件的組合，測量發生彈跳現象時的轉速，並將其與簡化理論預測的轉速進行對比。

• 動力學因素影響分析：研究彈簧剛度、預壓力以及從動件質量如何影響凸輪彈跳的臨界轉速。

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