第1章 凸轮的基本知识
　　1.1 凸轮机构的组成
　　*基本的凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成，如图I-I所示。凸轮是具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，做等速回转运动或往复直线运动；从动件是与凸轮轮廓接触，并传递动力或实现预期运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动；机架是用于支撑或固定机体的辅助构件，并兼具定位和导向的作用。以下为几种常见凸轮机构的示例，图1-2为平行分度凸轮机构，图1-3为圆柱分度凸轮机构，图1-4为弧面分度凸轮机构。
　　图1-1 凸轮机构的组成
　　图1-2 平行分度凸轮机构
　　图1-3 网柱分度凸轮机构
　　图1-4 弧面分度凸轮机构
　　1.2 凸轮机构的功能
　　凸轮机构主要用于传递运动，同时具有定位、导向和控制机构的功能。利用凸轮机构或与其他机构形式的组合，几乎可以实现所有的运动规律，且运行可靠、定位准确、结构紧凑。凸轮机构*大的优点是易用性和灵活性，根据给定的位移、速度、加速度等从动件运动规律，可以准确有效地设计出凸轮的轮廓，且构件数目少、体积小。因此，凸轮机构广泛用于白动机械或半自动机械中，如白动包装机、白动成型机、白动装配机、自动售货机、印刷机械、纺织机械、模锻机、冷镦机、内燃机、电焊机、电子机械、白动机床以及白动化仪表等。
　　凸轮机构运动时，凸轮绕固定轴旋转，促使从动件沿着机架的导轨做往复或旋转运动。根据从动件工作端的工艺要求，选择从动件运动规律并通过凸轮机构设计、计算及数控(numerical control，NC)加工，赋予凸轮轮廓曲面形状。因此，凸轮的轮廓曲面参数决定了从动件的运动规律（位移、速度、加速度等参数）。
　　从动件工作端的工艺要求复杂多样，其动作既有简单的也有非常复杂的。例如，停歇或无停歇的直动或摆动、瞬时停车的步进运动、先进后退的往复步进运动等。工程实践中，如内燃机气门的启闭、缱纫机缝料的间断送进、灌装机分度台的间歇转位、换刀机械手换刀时的转位与提升等，几乎所有简单的、复杂的重复性机械动作都可以由凸轮机构或凸轮机构的组合机构来实现。
　　随着计算机辅助设计与制造技术( CAD/CAM)的日益普及，以及新材料和新工艺的发展，凸轮的设计和制造过程更加快速、精确，且交货期短、综合成本低、工作性能良好、使用寿命长，这使凸轮机构在自动机械中的应用也越来越广泛。
　　1.3 凸轮机构的分类
　　凸轮机构的形式多样，一般是按照功能、动作形态、几何形状、从动端形状以及约束形态进行分类，如图1-5所示。表1-1列出了典型凸轮的基本形态与分类特征，以供读者选用参考。
　　(1)按照功能分类，有凸轮为主动件的主动型和凸轮为从动件的从动型；
　　(2)按照动作形态分类，有直动型和转动型（包括摆动和间歇分度运动）；
　　(3)按照几何形状分类，有平面凸轮和空间凸轮（包括端面凸轮、网柱凸轮、网锥凸轮、弧面凸轮等）；
　　(4)按照从动件接触端形态分类，有尖端、网端（滚子）、平端和曲面等；
　　(5)按照约束形态分类，有自身约束（沟槽、凸脊、共轭等）和外部约束（弹簧、重力等）。
　　图1-5 凸轮机构分类
　　表1-1 凸轮基本的形态特征
　　续表
　　续表
　　续表

目录
前言
第1章 凸轮的基本知识 1
1.1 凸轮机构的组成 1
1.2 凸轮机构的功能 9
1.3 凸轮机构的分类 9
1.4 凸轮机构的设计要素 11
1.5 位移曲线、压力角和曲率半径 11
1.5.1 位移曲线 11
1.5.2 压力角 12
1.5.3 曲率半径 14
1.6 凸轮机构的设计步骤 15
第2章 凸轮曲线 18
2.1 凸轮曲线概论 18
2.1.1 凸轮曲线意义 18
2.1.2 凸轮曲线性质 18
2.1.3 三种基本类型的凸轮曲线 19
2.2 凸轮曲线的无量纲化表示 20
2.3 凸轮曲线的设计准则 22
2.4 凸轮曲线的特性和选用原则 23
2.4.1 凸轮曲线的特性 23
2.4.2 凸轮曲线的选用原则 24
2.5 高速凸轮机构的判断准则 24
2.6 通用凸轮曲线的设计原理 25
2.7 凸轮曲线综述 27
2.7.1 不连续凸轮曲线 28
2.7.2 双停留对称凸轮曲线 31
2.7.3 双停留非对称凸轮曲线 39
2.7.4 单停留凸轮曲线 41
2.7.5 无停留凸轮曲线 50
2.7.6 次凸轮曲线 53
2.9 凸轮曲线的制作方法 54
2.9.1 凸轮曲线设计的基本条件 54
2.9.2 积分型 54
2.9.3 微分型 56
2.10 凸轮曲线设计应用 57
2.10.1 概述 57
2.10.2 加速度曲线和减速度曲线 57
2.10.3 加速曲线和减速曲线的合成 58
2.10.4 合成曲线的制作实例 59
2.10.5 单停留曲线的设计 61
2.10.6 修正等速曲线的应用 64
2.10.7 凸轮曲线和约束弹簧 67
第3章 凸轮图形的画法 70
3.1 凸轮标准图的基本要求 70
3.1.1 凸轮图形的基本内容 70
3.1.2 绘制凸轮标准图的基本方法 70
3.1.3 位移曲线循环图画法 70
3.1.4 连杆机构表示法 71
3.2 凸轮图形实例 72
3.2.1 平面凸轮图形实例 72
3.2.2 弧面凸轮的面法 76
3.2.3 圆柱凸轮的面法 76
3.2.4 凸轮机构装配图的画法 77
第4章 矢量几何学 80
4.1 平面矢量 80
4.1.1 平面矢量的性质 80
4.1.2 复数矢量 80
4.1.3 矢量方程式 82
4.1.4 平面矢量的分类 83
4.2 平面三角形的解法 83
4.2.1 三角解的分类 83
4.2.2 分类1的解 84
4.2.3 分类2的解 86
4.2.4 分类3的解 86
4.2.5 分类4的解 87
4.2.6 连杆机构的位移解 88
4.2.7 三角解的程序 89
第5章 平面凸轮机构的设计 91
5.1 压力角和曲率半径 91
5.1.1 压力角 91
5.1.2 曲率半径 91
5.2 作图法设计凸轮轮廓 92
5.2.1 对心直动尖端从动件平面凸轮机构 92
5.2.2 对心直动滚子从动件平面凸轮机构 93
5.2.3 偏置直动尖端从动件平面凸轮机构 93
5.2.4 摆动从动件平面凸轮机构 94
5.3 解析法计算平面凸轮轮廓 95
5.3.1 直动平面凸轮 95
5.3.2 旋转平面凸轮 100
5.4 平面凸轮设计计算实例 112
5.4.1 平面凸轮的设计步骤 112
5.4.2 凸轮设计要素的确定 113
5.4.3 中心距 113
5.4.4 摆杆长度的确定 114
5.4.5 凸轮形状的检查 115
第6章 凸轮分度机构 117
6.1 概述 117
6.2 平行分度凸轮机构 117
6.2.1 工作原理 117
6.2.2 基本类型及其特点 119
6.2.3 基本参数 120
6.2.4 凸轮廓线方程 122
6.2.5 压力角条件与轮廓曲率分析 128
6.2.6 平行分度凸轮机构的运动连续性条件 131
6.2.7 不根切条件分析 139
6.2.8平行分度凸轮机构的设计步骤 140
6.2.9 平行分度凸轮机构优化设计 142
6.3 圆柱分度凸轮机构 146
6.3.1 圆柱分度凸轮机构实例 146
6.3.2 圆柱分度凸轮机构工作原理及基本形式 147
6.3.3 圆柱分度凸轮机构的基本参数及特点 150
6.3.4 圆柱分度凸轮机构的廓面方程、压力角和曲率的计算 154
6.3.5 圆柱分度凸轮机构设计 162
6.4 弧面凸轮分度机构 165
6.4.1 弧面分度凸轮机构工作原理和基本形式 165
6.4.2 弧面分度凸轮机构的基本参数及其特点 166
6.4.3 弧面分度凸轮机构廓面方程、压力角及工作曲面曲率分析 169
6.4.4 弧面分度凸轮机构的设计步骤 173
6.4.5 弧面分度凸轮机构参数选择 174
6.4.6 弧面凸轮分度机构选择计算 175
6.5 弧面凸轮分度机构的机种选择 181
6.5.1 工作台式 181
6.5.2 传送带式 184
6.5.3 分度凸轮装置的注意事项 188
6.6 平行分度凸轮机构的机种选择 192
6.6.1 机种选择 192
6.6.2 机种选择计算 192
6.6.3 机种选择实例 195
6.6.4 平行分度凸轮机构扭矩表 198
第7章 凸轮制造与检测 202
7.1 凸轮的材料、热处理及润滑 202
7.1.1 凸轮材料 202
7.1.2 凸轮的热处理 205
7.1.3 热处理缺陷及其对策 211
7.1.4 不同凸轮种类的热处理方法 212
7.1.5 凸轮的表面处理 213
7.1.6 表面处理的种类 214
7.1.7 凸轮的滑润 215
7.2 凸轮加工工艺 216
7.2.1 铣削加工 216
7.2.2 磨削工艺 223
7.3 制造凸轮的技术要求 224
7.3.1 凸轮的表面粗糙度与公差 224
7.3.2 圆柱凸轮的制造误差 225
7.4 凸轮检测 230
7.4.1 常规检测工具 230
7.4.2 凸轮型面的检测方法 230
7.4.3 凸轮机构综合测量 234
第8章 凸轮机构的强度与振动 249
8.1 强度设计 249
8.1.1 直动驱动从动件的阻力 249
8.1.2 旋转驱动从动端的受力 251
8.1.3 凸轮强度设计 253
8.1.4 凸轮滚子强度计算 254
8.2 防止浮起的弹簧设计 256
第9章 凸轮机构三维建模与仿真技术 264
9.1 概述 264
9.2 平面凸轮机构的三维建模 264
9.3 共轭凸轮机构的三维建模与仿真 266
9.3.1 设计目标 266
9.3.2 设计方法与步骤 267
9.4 弧面凸轮机构的三维建模与仿真 271
9.4.1 设计目标 271
9.4.2 坐标输入法 272
9.4.3 自动换刀装置虚拟样机设计与仿真 277
9.5 弧面凸轮参数化设计软件(AutoCAM) 280
9.5.1 用AutoCAM设计弧面凸轮 281
9.5.2 大摆角弧面凸轮的设计与验证 284
9.5.3 多头、多段、大摆角的复杂弧面凸轮薄脊问题的验证 285
第10章 凸轮机构设计问题集 287
10.1 凸轮的设计与计算 287
10.2 凸轮的动力与驱动 303
第11章 凸轮机构应用实例 311
11.1 直线运动输出端机构 311
11.2 凸轮抓放机构 317
11.3 凸轮翻转机构 324
11.4 改变作用力的凸轮机构 326
11.5 凸轮分度机构 326
11.6 自动换刀机构 329
参考文献 338
附录A 凸轮曲线100等分数值表 340
附录B 压力角和曲率半径 343
附录C 无量纲加／减速度曲线的位移数值表 356