乐高机械原理之凸轮
凸轮机构的定义
凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。
从动件一般为长杆型，与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做连续或间歇性的往复直线运动或摆动。从动件直线运动或者摆动的最大距离叫做行程行程。
高副机构是指在机械工程中机构的两构件通过点或线的接触而构成的运动副。低副机构是指机械工程中机构的两构件通过面的接触而构成的运动副。凸轮机构的主要原理由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动的机构。凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹簧或施加重力。具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。凸轮机构的特点优点组成凸轮机构的构件数较少，结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在内燃机、机床、纺织机械、印刷机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。缺点凸轮和从动件之间组成了为点或线接触的高副，在接触处由于相互作用力和相对运动的结果会产生较大的摩擦和磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。凸轮轮廓加工困难，费用较高。行程不大。维修困难。凸轮机构的分类凸轮机构在应用时衍生各种各样的状态。凸轮机构可以根据不同的方式分类，分别介绍如下：按凸轮形状不同分类盘型凸轮：凸轮形状像盘子一样的的凸轮机构，是凸轮机构中最基本的形式，盘形凸轮机构简单，应用最为广泛，凸轮一般做匀速圆周运动（等速回转运动）。移动凸轮：凸轮形状可能是个“山”形或者斜面形，凸轮相对于机构做直线移动。圆柱凸轮：凸轮形状为圆柱形，这种凸轮机构属于空间凸轮机构，凸轮绕自己的中心轴作圆周运动。按从动件形状不同分类1、尖底从动件尖底从动件是最基本的从动件形式，从动件与凸轮接触的部分为尖顶形状。如下图分别为尖顶从动件盘形凸轮，尖顶从动件圆柱凸轮，尖顶从动件移动凸轮。尖顶从动件能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律，但尖端处摩擦较大，极易磨损，所以尖顶从动件只能用在传力不大的低速机构。2、滚子从动件滚子从动件是将从动件与凸轮接触的顶端变为滚轮，将滑动摩擦变为滚动摩擦，如下图所示，依次为滚子从动件盘形凸轮，滚子从动件移动凸轮，滚子从动件圆柱凸轮。滚子从动件的优点是凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，所以滚子从动件适用于传力较大的中、高机构，应用十分广泛。3、平底从动件平底从动件将从动件与凸轮接触的顶端做成一个平底，如下图所示，从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高。但从动件做成平底后与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸，所以一般只与盘形凸轮搭配。平底从动件适用在高速传动力大的机构。按运动形式的不同分类直动从动件：是指从动件做往复移动，其尖顶的运动轨迹为一段直线。直动从动件有两种形式，如下图所示，一种是对心直动从动件，一种是偏置直动从动件。对心直动从动件就是尖顶、滚子或者平底的中心的轨迹通过凸轮的轴心，偏置直动从动件尖顶或滚子中心的轨迹不通过凸轮的轴心。摆动从动件：是指从动件做往复摆动，其尖端的运动轨迹为一段圆弧，如下图所示，分别为摆动平底从动件，摆动尖顶从动件和摆动滚子从动件。按高副接触（锁合）方式分类力锁合：就是利用弹力、重力或者其他外力使凸轮和从动件始终保持接触，从而达到传动效果。力锁合一般有重力锁合和弹力锁合。如下图所示为弹力锁合，当凸轮转动将从动件推上去之后，弹力由将从动件压下来。几何锁合：是利用特殊几何形状和尺寸使凸轮和从动件始终保持接触保证传动效果。几何锁合有一下几种形式：槽凸轮机构：利用凹槽的形状使得凸轮和从动件始终保持接触。主回凸轮机构（共轭凸轮机构）：一个凸轮推动从动件完成正行程运动，另一个凸轮推动从动件完成反行程运动。等径凸轮机构：如下图，两滚子中心间的距离始终保持不变。等宽凸轮机构：如下图所示，凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度。大话残泪