凸輪機(jī)構(gòu)對(duì)歷史的貢獻(xiàn)

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1、凸輪機(jī)構(gòu)對(duì)歷史的貢獻(xiàn)—從達(dá)芬奇到今天HanfriedKerle布倫瑞克技術(shù)大學(xué)（TechnischeUniversit?tBraunschweig）機(jī)床和制造技術(shù)研究所，德國(guó)布倫瑞克D-38106大街，蘭格坎普19b號(hào)，郵箱h.kerle@t-online.deKlausMauersberger德雷斯頓技術(shù)大學(xué)（TechnischeUniversit?tDresden）中心研究所，德雷斯頓D-01069大街，ZellescherWeg17號(hào)，郵箱klaus.mauersberger@tu-dresden.de摘要:凸輪和凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程設(shè)計(jì)之中，主要是為了將勻速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為非

2、勻速旋轉(zhuǎn)或者是直線運(yùn)動(dòng)。有時(shí)凸輪和凸輪機(jī)構(gòu)與連桿聯(lián)系在一起，從而使它的的輸出運(yùn)動(dòng)方式和應(yīng)用更為廣泛。從歷史角度來(lái)看，在古代，是有可能采用一些“機(jī)械力”來(lái)驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)。本篇文章試圖去揭示凸輪和凸輪機(jī)構(gòu)在歷史上的足跡，從達(dá)芬奇時(shí)代開(kāi)始直到今天我們一些熟知的應(yīng)用。它涉及到二個(gè)前期論文（MüllerandMauersberger凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展史，1988；MüllerandMauersberger達(dá)芬奇他的成就建立在凸輪機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，1990）這兩篇論文由已故教授約爾格穆勒（羅斯托克，德國(guó)）在1988和1990年發(fā)表。在德國(guó)主要采取從郵局追溯的方式，這個(gè)方法十分簡(jiǎn)潔。簡(jiǎn)介凸輪機(jī)構(gòu)至少有三個(gè)連

3、接，其中的一個(gè)叫高副，是非常普通但是卻是機(jī)構(gòu)中最有用的部分，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)中二個(gè)高副元素相接觸的形狀多樣的原因，可以形成任何給以的的運(yùn)動(dòng)形式。通常來(lái)說(shuō)一個(gè)凸輪結(jié)合處在空間內(nèi)最大有5個(gè)自由度，在平面內(nèi)有二個(gè)自由度。但是由于機(jī)械限制，這使得自由度的數(shù)目減少。特別是平面高副，造成自由度減少?gòu)V泛認(rèn)可的原因是由于二個(gè)高副元素的相應(yīng)接觸方式，重心的原因所造成的相應(yīng)的滾動(dòng)方式，從而產(chǎn)生了一個(gè)高副只間的純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)在理論上是沒(méi)有摩擦和磨損的。圖1展示了一些平面和空間凸輪的設(shè)計(jì)案例。圖1部分平面和空間凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例依照人和時(shí)間為主線的的發(fā)展過(guò)程考慮二個(gè)方面，一方面在機(jī)械原理和機(jī)械科學(xué)中早期的機(jī)械發(fā)

4、展，另一方面特別叫做“機(jī)械的復(fù)興”的一個(gè)時(shí)代，這段歷史中類似的種種做法目的是對(duì)機(jī)制和機(jī)械科學(xué)作出貢獻(xiàn)，這個(gè)時(shí)期主要關(guān)注的是凸輪和凸輪機(jī)構(gòu)。最初的機(jī)械原理必須和技術(shù)以及制造工藝的發(fā)展聯(lián)系在一起，同時(shí)與第一批可以將人力和后來(lái)的自然力轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)移稱為機(jī)械力相關(guān)，例如蒸汽機(jī)。在古代的5個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)械或是被人們所熟知所謂的“機(jī)械能力”，它們只是能夠適當(dāng)?shù)姆糯笕肆?，即桿，楔形（斜平面）、滾輪（滾軸）、螺桿（螺紋、螺旋）和滑輪。這些“機(jī)械能力”。例如，這些“機(jī)械能力”反應(yīng)在翻譯德語(yǔ)的書(shū)籍“MechanicorumLibri”的封面時(shí)，這本書(shū)由藝術(shù)工程師奎多·德?tīng)枆?mèng)得（1545-1607）。圖2左圖。[5

5、]如果我們以一個(gè)軸為中心旋轉(zhuǎn),我們得到了螺桿或是螺旋;如果我們可以是螺旋旋轉(zhuǎn),我們可以將水從低處運(yùn)到高處,就如同羅馬的馬庫(kù)斯?特酷特洛?保羅（80,75-25BC）在礦井開(kāi)采中所描述的細(xì)節(jié)。圖2右圖中的描述來(lái)源于瓦特?瑞福在1548年的一本書(shū)中。他解釋了維特魯特的想法并將這個(gè)想法從拉丁美洲帶到了德國(guó)。同時(shí)他發(fā)現(xiàn)了沒(méi)有插圖的文章，瑞福自己添加了圖來(lái)說(shuō)明一些必要的幾何關(guān)系。他可以通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)那€使凸輪上下移動(dòng)。因此，我們可以把它作為凸輪的接頭部分。圖2德語(yǔ)翻譯封面中的抽水機(jī)在礦井中的使用這段歷史的貢獻(xiàn)從達(dá)芬奇開(kāi)始，他是文藝復(fù)興時(shí)期最著名的藝術(shù)家工程師，這段時(shí)期從1350年到1550年。

6、從達(dá)芬奇開(kāi)始，機(jī)械原理和機(jī)械科學(xué)工程師團(tuán)體繼承了大量關(guān)于機(jī)械部件的草圖和建議，其中包括使用凸輪機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。特別是馬德里法典Ⅰ，這個(gè)法典被研究達(dá)芬奇學(xué)者LadislaoReti在1965翻譯成英語(yǔ)，這里面清楚地揭示了在一些礦上廣泛使用凸輪機(jī)構(gòu)，例如錘磨機(jī)、定時(shí)機(jī)構(gòu)、鎖機(jī)構(gòu)、電梯和水泵。這個(gè)時(shí)期有一個(gè)停頓，代表人物是FranzReuleaux（1829-1905），他是德國(guó)著名的運(yùn)動(dòng)學(xué)和機(jī)械發(fā)展的先驅(qū)。這個(gè)停頓時(shí)期在歐洲和美國(guó)發(fā)生了工業(yè)革命。在過(guò)去的100年里，凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展決定著新的制造工藝的發(fā)展，越來(lái)越多的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的理論研究最終在電腦和電腦程序上面得到了應(yīng)

7、用。達(dá)芬奇的筆記達(dá)芬奇生于1452年生于弗洛倫撒，1519年死于法國(guó)，他是一個(gè)天才。他在他生活的時(shí)代里，他是一位畫(huà)家、雕塑家、建筑師和最廣泛意義上的工程師。此外，他同樣涉及機(jī)會(huì)所有自然科學(xué)領(lǐng)域，包括醫(yī)學(xué)。先前那些研究達(dá)芬奇作品的文章沒(méi)有認(rèn)可他在機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)所作的貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在所保存的達(dá)芬奇筆記不是完整的，在達(dá)芬奇死后，這個(gè)筆記由他的學(xué)者和繼承人弗朗奇斯克保管接近50年，這個(gè)筆記在這個(gè)期間散播在整個(gè)歐洲。人們重新關(guān)注這個(gè)筆記是上個(gè)世紀(jì)的事情，把在各個(gè)歐洲國(guó)家的部分