圆柱凸轮与从动件传动结构设计

　　在自动化装配、轻工包装、机床进给这类需要实现特定往复或间歇运动的工位里，圆柱凸轮搭配从动件的传动方案一直是可靠性极高的选择，和盘形凸轮相比，圆柱凸轮的轮廓加工在圆柱面上，能在更小的安装空间里实现更长行程的运动输出，同时从动件的运动规律完全由凸轮沟槽的轨迹决定，不需要额外的导向约束来限制从动件的回程位置，整套机构的传动刚性更好，高速运转下的冲击也更容易控制。做这套结构的三维设计时，首先要明确从动件的运动循环要求，比如是等速运动、等加速等减速运动还是正弦加速度运动，不同的运动规律直接决定了凸轮沟槽的展开轮廓，要是工位要求从动件在行程末端没有刚性冲击，就不能选等速运动规律，得用修正正弦或者摆线运动规律来做轮廓拟合，

　　避免运转时的噪音和从动件磨损过快。设计过程中要先确定凸轮的基圆直径，基圆直径太小会让凸轮轮廓的压力角超过许用值，直接导致从动件卡滞甚至传动失效，基圆太大又会让整个机构的外形尺寸超标，挤占设备里其他组件的安装空间，一般要先根据许用压力角反推最小基圆直径，再结合安装轴的直径、轴承的选型尺寸做圆整，保证凸轮能牢靠固定在传动轴上，同时轴的挠度不会在运转时让凸轮和从动件的啮合出现间隙。从动件的设计要重点关注端部和凸轮沟槽接触的部分，常见的是滚子式从动件，滚子的直径要小于凸轮沟槽的最小曲率半径，不然会出现运动失真，滚子的销轴要做足够的强度校核，承受凸轮传动时的接触应力和往复运动的惯性力，从动件的导向部分要和凸轮的轴线保持平行，

　　安装时的平行度公差要控制在合理范围内，不然会让滚子和沟槽侧壁出现偏磨，缩短整套机构的使用寿命。这套结构的安装边界要提前和设备的整体布局匹配，凸轮的轴向固定一般用轴肩加锁紧螺母的方式，要预留出锁紧螺母的扳手操作空间，从动件的输出端要和后续执行构件的连接位置对齐，避免出现额外的偏载，整个机构的润滑通道也要在设计时考虑到，凸轮沟槽和滚子的接触属于高副接触，没有定期润滑的话磨损速度会非常快，一般会在凸轮上方预留注油孔，或者设计成油浴润滑的结构，把整个凸轮组件封闭在壳体内，用润滑油浸泡接触区域，适合高速运转的工况。实际应用里，这类圆柱凸轮机构经常用在多工位转盘的间歇驱动、自动机床的进给传动、包装设备的送料工位上，

　　能精准控制从动件的行程和停留时间，不需要额外的位置传感器来做行程限位，只要凸轮的轮廓加工精度达标，整套机构的重复定位精度能满足绝大多数中高速自动化设备的要求，和连杆机构相比，它能实现的运动规律更灵活，只要调整沟槽的轨迹就能适配不同的工位动作要求，不需要重新设计整套连杆的尺寸，后期改型的成本更低。建模的时候要注意凸轮沟槽的扫掠路径不能出现自相交，不然加工的时候会出现过切，从动件的滚子和沟槽侧壁要留合理的配合间隙，间隙太小会出现卡滞，间隙太大又会有回程误差，影响传动精度，一般根据加工精度和使用工况留0.02到0.05毫米的间隙就足够，同时要做干涉检查，确认凸轮在整周转动的过程中，不会和从动件的导向座、安装机架出现碰撞，尤其是凸轮的两端倒角位置，要和轴上的其他零件留出足够的安全距离。