凸轮机构对历史的贡献

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1、凸轮机构对历史的贡献—从达芬奇到今天HanfriedKerle布伦瑞克技术大学（TechnischeUniversitätBraunschweig）机床和制造技术研究所，德国布伦瑞克D-38106大街，兰格坎普19b号，邮箱h.kerle@t-online.deKlausMauersberger德雷斯顿技术大学（TechnischeUniversitätDresden）中心研究所，德雷斯顿D-01069大街，ZellescherWeg17号，邮箱klaus.mauersberger@tu-dresden.de摘要:凸轮和凸轮机构广泛应用于机械工程设计之中，主要是为了将匀速旋转转化为非

2、匀速旋转或者是直线运动。有时凸轮和凸轮机构与连杆联系在一起，从而使它的的输出运动方式和应用更为广泛。从历史角度来看，在古代，是有可能采用一些“机械力”来驱动凸轮机构。本篇文章试图去揭示凸轮和凸轮机构在历史上的足迹，从达芬奇时代开始直到今天我们一些熟知的应用。它涉及到二个前期论文（MüllerandMauersberger凸轮机构的发展史，1988；MüllerandMauersberger达芬奇他的成就建立在凸轮机构的基础上，1990）这两篇论文由已故教授约尔格穆勒（罗斯托克，德国）在1988和1990年发表。在德国主要采取从邮局追溯的方式，这个方法十分简洁。简介凸轮机构至少有三个连

3、接，其中的一个叫高副，是非常普通但是却是机构中最有用的部分，因为机构中二个高副元素相接触的形状多样的原因，可以形成任何给以的的运动形式。通常来说一个凸轮结合处在空间内最大有5个自由度，在平面内有二个自由度。但是由于机械限制，这使得自由度的数目减少。特别是平面高副，造成自由度减少广泛认可的原因是由于二个高副元素的相应接触方式，重心的原因所造成的相应的滚动方式，从而产生了一个高副只间的纯滚动运动，这种运动在理论上是没有摩擦和磨损的。图1展示了一些平面和空间凸轮的设计案例。图1部分平面和空间凸轮机构设计案例依照人和时间为主线的的发展过程考虑二个方面，一方面在机械原理和机械科学中早期的机械发

4、展，另一方面特别叫做“机械的复兴”的一个时代，这段历史中类似的种种做法目的是对机制和机械科学作出贡献，这个时期主要关注的是凸轮和凸轮机构。最初的机械原理必须和技术以及制造工艺的发展联系在一起，同时与第一批可以将人力和后来的自然力转化及转移称为机械力相关，例如蒸汽机。在古代的5个简单机械或是被人们所熟知所谓的“机械能力”，它们只是能够适当的放大人力，即杆，楔形（斜平面）、滚轮（滚轴）、螺杆（螺纹、螺旋）和滑轮。这些“机械能力”。例如，这些“机械能力”反应在翻译德语的书籍“MechanicorumLibri”的封面时，这本书由艺术工程师奎多·德尔梦得（1545-1607）。图2左图。[5

5、]如果我们以一个轴为中心旋转,我们得到了螺杆或是螺旋;如果我们可以是螺旋旋转,我们可以将水从低处运到高处,就如同罗马的马库斯•特酷特洛•保罗（80,75-25BC）在矿井开采中所描述的细节。图2右图中的描述来源于瓦特•瑞福在1548年的一本书中。他解释了维特鲁特的想法并将这个想法从拉丁美洲带到了德国。同时他发现了没有插图的文章，瑞福自己添加了图来说明一些必要的几何关系。他可以通过一个适当的曲线使凸轮上下移动。因此，我们可以把它作为凸轮的接头部分。图2德语翻译封面中的抽水机在矿井中的使用这段历史的贡献从达芬奇开始，他是文艺复兴时期最著名的艺术家工程师，这段时期从1350年到1550年。

6、从达芬奇开始，机械原理和机械科学工程师团体继承了大量关于机械部件的草图和建议，其中包括使用凸轮机构将旋转运动转化为直线运动。特别是马德里法典Ⅰ，这个法典被研究达芬奇学者LadislaoReti在1965翻译成英语，这里面清楚地揭示了在一些矿上广泛使用凸轮机构，例如锤磨机、定时机构、锁机构、电梯和水泵。这个时期有一个停顿，代表人物是FranzReuleaux（1829-1905），他是德国著名的运动学和机械发展的先驱。这个停顿时期在欧洲和美国发生了工业革命。在过去的100年里，凸轮机构的发展决定着新的制造工艺的发展，越来越多的数学和力学基础知识的理论研究最终在电脑和电脑程序上面得到了应

7、用。达芬奇的笔记达芬奇生于1452年生于弗洛伦撒，1519年死于法国，他是一个天才。他在他生活的时代里，他是一位画家、雕塑家、建筑师和最广泛意义上的工程师。此外，他同样涉及机会所有自然科学领域，包括医学。先前那些研究达芬奇作品的文章没有认可他在机械领域内所作的贡献。现在所保存的达芬奇笔记不是完整的，在达芬奇死后，这个笔记由他的学者和继承人弗朗奇斯克保管接近50年，这个笔记在这个期间散播在整个欧洲。人们重新关注这个笔记是上个世纪的事情，把在各个欧洲国家的部分