蜗轮-凸轮组合微调机构的优化方案

图4-22所示是蜗轮-凸轮组合微调机构。这种机构适用于微动工作台或显微镜精确调焦等装置。机构的特点是利用减速比较大的蜗杆副传动，通过固定在蜗轮上的凸轮1推动滚轮2，从而使滑板3作微量移动。当蜗轮反向转动时，滑板依靠自身的重力向下移动。如果滑板沿横向移动，则需加反向作用弹簧。

如果要求滑板（或其他从动件）按某种运动规律作移动，则可根据工作需要来设计凸轮的轮廓。凸轮机构从动件的运动规律常见的有如下几种。

（1）等速运动规律（线性位移规律）

以阿基米德螺线为凸轮轮廓的凸轮机构（见图4-23），其从动件就是按等速运动规律作位移的。凸轮轮廓曲线由旋向相反的同一螺线对称组成。

图4-22 蜗轮-凸轮组合机构

1—凸轮 2—滚轮 3—滑板

图4-23 阿基米德螺线凸轮机构

阿基米德螺线的极坐标方程为

ρ=aφ+r₀

式中 ρ——任意向量半径OM之长；

r₀——基圆半径（最小半径）OM₀之长；

φ——OM与OM₀的夹角，即凸轮转角；

a——常数。

凸轮在任意转角φ时，从动件的位移s为

s=ρ-r₀=aφ

若取a=h／φ₀，则

式中 h——凸轮的升程，即从动件的行程移距；

φ₀——凸轮一个升程的转角，如图4-23所示，φ₀=π。(https://www.xing528.com)

这种运动规律会产生很大的惯性力而发生刚性冲击，所以只适用于低速凸轮机构，如某些仪器的微动机构。

（2）等加速等减速运动规律（抛物线位移规律）

从动件由静止状态，按等加速或等减速运动，加速度为a₀，经过时间t，其位移为

显然，其位移曲线是抛物线。

这种运动规律的位移方程可分两段情况描述：

1）等加速段（0≤φ≤φ₀／2）。设凸轮升程为h，当t=t₀／2时（即运动到行程中点时刻），位移为s=h／2。代入原式则求得加速度a₀为a₀=4h／t²₀。

因为凸轮以等角速度回转，需要时间t₀完成一个升程的转角φ₀，所以凸轮在任何转角φ的时间t应为t=t₀φ／φ₀。

把a₀和t的表达式代入原式则得等加速段的位移方程为

2）等减速段（φ₀／2≤φ≤φ₀）。经计算得其位移方程为

s=h［1-2（1-φ／φ₀）²]

等加速等减速运动规律也会产生一定的惯性力，但均为有限值，所以仅引起柔性冲击，可以用于运动速度稍高的场合。

3）简谐运动规律（余弦变化位移规律）。实现这种运动规律的典型凸轮机构是偏心轮机构（见图4-24）。设偏心距为e，则其位移方程为

s=e（1-cosφ）

当φ=π时，从动件达到最高位置，凸轮的升程h为h=2e，所以e=h／2。

这种凸轮的轮廓线为圆形，但旋转中心不与圆心重合。其优点是制造简单，加速度曲线按正弦规律变化，在整个行程中，运动变化圆滑，不会产生上述两种冲击现象，所以在仪器的调节机构中广泛应用。

图4-24 偏心轮机构

除上述几种常用的从动件运动规律外，还有要求从动件实现特定函数关系运动规律的，需要作具体分析和设计。