
【機】 constant-diameter cam
class; grade; rank; wait; when
【機】 iso-
diameter; directly; means; path; pathway
【醫】 diameter
cam
【機】 adjustable toe piece; cam
等徑凸輪(Constant Diameter Cam)是一種特殊幾何結構的凸輪機構。其核心特征在于:凸輪輪廓線上任意兩條平行切線之間的距離恒定不變,即凸輪在垂直于旋轉軸線的任一截面上的寬度始終保持一緻。這種設計使其在機械傳動中具有獨特的運動特性與功能優勢。
幾何原理
等徑凸輪的輪廓曲線滿足“定寬曲線”條件(如魯洛三角形),确保凸輪旋轉時,其輪廓始終與從動件(如平底推杆)保持全接觸,且接觸點法線方向恒定。這一特性消除了傳統凸輪可能存在的徑向間隙問題。
運動學優勢
由于凸輪直徑恒定,從動件在凸輪旋轉一周内的位移呈嚴格的周期性變化(如正弦或簡諧運動),適用于需高重複精度的場景(如自動裝配線、印刷機械)。
工程應用
常見于内燃機配氣機構、紡織機械的導紗裝置等,其無沖擊、低磨損的特性可顯著提升設備壽命。
“一種凸輪輪廓滿足定寬幾何約束的機構,确保從動件在運動周期内始終與凸輪表面相切。”
——《機械設計手冊》(第五版),化學工業出版社,第8章“凸輪機構”
ASME(美國機械工程師協會)
在凸輪機構動力學分析中,等徑凸輪被歸類為“高剛性傳動元件”,其設計需符合ASME B5.54-2005 标準中的輪廓公差規範。
劍橋工程詞典(Cambridge Engineering Dictionary)
定義其為:
“A cam with a profile maintaining constant perpendicular distance between parallel tangents, enabling smooth follower motion.”
清華大學機械原理公開課
在凸輪機構設計章節中,以等徑凸輪為例解析定寬曲線的數學建模方法(參見講義第12講)。
凸輪輪廓曲線需滿足定寬條件:
$$ D = max(rho(theta)) + min(rho(theta)) = text{常數} $$ 其中 $rho(theta)$ 為輪廓極徑函數,$theta$ 為旋轉角。該約束确保凸輪寬度 $D$ 恒定。
等徑凸輪是一種特殊設計的凸輪機構,其核心特點是在任意位置,與凸輪輪廓相切的兩條平行線之間的距離恒定。以下從定義、結構、原理和應用等方面進行詳細解釋:
等徑凸輪屬于盤形凸輪的一種,通常對稱安裝兩個帶滾輪的移動式從動件。其理論輪廓上相反兩向徑值之和為常數,确保從動件滾輪中心距始終為定值。這種設計使從動件在運動時保持同步、同向、同速的平移,移動距離恒定,故稱為“等徑”。
凸輪轉動時,通過六段圓弧的連續作用,推動兩個對稱從動件同步平移。靜止角的存在使機構在特定角度内保持靜止,適用于需要間歇運動的場景。
常見于縫紉設備中,用于擺針機構。例如,通過等徑凸輪驅動叉形或框形連杆,實現針杆左右擺動,并在機針插入縫料時暫停運動,離開縫料時變換針位。
普通凸輪(如移動凸輪)通常通過單一從動件實現往複運動,而等徑凸輪通過對稱雙從動件設計,保證運動穩定性和同步性。
如需進一步了解設計參數(如靜止角、升程)對凸輪曲線的影響,可參考、4、5中的幾何分析及公式推導。
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