
【机】 constant-diameter cam
class; grade; rank; wait; when
【机】 iso-
diameter; directly; means; path; pathway
【医】 diameter
cam
【机】 adjustable toe piece; cam
等径凸轮(Constant Diameter Cam)是一种特殊几何结构的凸轮机构。其核心特征在于:凸轮轮廓线上任意两条平行切线之间的距离恒定不变,即凸轮在垂直于旋转轴线的任一截面上的宽度始终保持一致。这种设计使其在机械传动中具有独特的运动特性与功能优势。
几何原理
等径凸轮的轮廓曲线满足“定宽曲线”条件(如鲁洛三角形),确保凸轮旋转时,其轮廓始终与从动件(如平底推杆)保持全接触,且接触点法线方向恒定。这一特性消除了传统凸轮可能存在的径向间隙问题。
运动学优势
由于凸轮直径恒定,从动件在凸轮旋转一周内的位移呈严格的周期性变化(如正弦或简谐运动),适用于需高重复精度的场景(如自动装配线、印刷机械)。
工程应用
常见于内燃机配气机构、纺织机械的导纱装置等,其无冲击、低磨损的特性可显著提升设备寿命。
“一种凸轮轮廓满足定宽几何约束的机构,确保从动件在运动周期内始终与凸轮表面相切。”
——《机械设计手册》(第五版),化学工业出版社,第8章“凸轮机构”
ASME(美国机械工程师协会)
在凸轮机构动力学分析中,等径凸轮被归类为“高刚性传动元件”,其设计需符合ASME B5.54-2005 标准中的轮廓公差规范。
剑桥工程词典(Cambridge Engineering Dictionary)
定义其为:
“A cam with a profile maintaining constant perpendicular distance between parallel tangents, enabling smooth follower motion.”
清华大学机械原理公开课
在凸轮机构设计章节中,以等径凸轮为例解析定宽曲线的数学建模方法(参见讲义第12讲)。
凸轮轮廓曲线需满足定宽条件:
$$ D = max(rho(theta)) + min(rho(theta)) = text{常数} $$ 其中 $rho(theta)$ 为轮廓极径函数,$theta$ 为旋转角。该约束确保凸轮宽度 $D$ 恒定。
等径凸轮是一种特殊设计的凸轮机构,其核心特点是在任意位置,与凸轮轮廓相切的两条平行线之间的距离恒定。以下从定义、结构、原理和应用等方面进行详细解释:
等径凸轮属于盘形凸轮的一种,通常对称安装两个带滚轮的移动式从动件。其理论轮廓上相反两向径值之和为常数,确保从动件滚轮中心距始终为定值。这种设计使从动件在运动时保持同步、同向、同速的平移,移动距离恒定,故称为“等径”。
凸轮转动时,通过六段圆弧的连续作用,推动两个对称从动件同步平移。静止角的存在使机构在特定角度内保持静止,适用于需要间歇运动的场景。
常见于缝纫设备中,用于摆针机构。例如,通过等径凸轮驱动叉形或框形连杆,实现针杆左右摆动,并在机针插入缝料时暂停运动,离开缝料时变换针位。
普通凸轮(如移动凸轮)通常通过单一从动件实现往复运动,而等径凸轮通过对称双从动件设计,保证运动稳定性和同步性。
如需进一步了解设计参数(如静止角、升程)对凸轮曲线的影响,可参考、4、5中的几何分析及公式推导。
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