机械锁紧装置凸轮机构及优化设计分析-优化设计论文-设计论文
凸轮—连杆组合机构优化设计分析
凸轮—连杆组合机构优化设计分析作者：何铭坤来源：《科学与财富》2017年第19期摘要：为满足机械生产需求，需要在现有基础上，来对凸轮-连杆组合结构进行优化设计，争取提高其运行效率和动作精度。
基于其传动原理，对分度结构几何特性进行分析，并应用运行运动学设计解析法等进行分析，争取进一步提高其运行性能。
本文对凸轮-连杆组合机构优化设计要点与技术进行了简单分析。
关键词：分度机构；凸轮连杆组合机构；优化设计当前，凸轮-连杆组合机构已经在机械自动化设备中得到了广泛应用，这种装置，能够实现任意设计运动规律，自行定义运动轨迹，要想对这种装置进行优化，就必须懂得其工作原理，而后结合计算机，对其进行有目的的优化，确保其各个参数的合理性。
通过优化设计后，使其可以更好的满足机械生产实际需求，提高作业效率。
一、凸轮-连杆组合机构运行原理凸轮-连杆组合机构结构其可以精确地实现提前预设的任意运动规律和运动轨迹，因此在自动机械应用中具有很大的优势。
想要对其进行优化设计，需要掌握其运行原理，即原动杆件逆时针转动时，驱动铰销上的滚动轴承将会在固定槽凸轮槽内运动，然后利用连杆作用，促使推送杆可以按照提前设定好的运动规律或者运动轨迹进行往复运动。
对于凸轮-连杆组合机构的优化设计，首先应当建立凸轮-连杆组合机构的设计模型，通过对模型进行分析，并根据模型就凸轮-连杆组合结构的相关参数进行计算，得出结果，从而确保组合结构优化设计的科学性与合理性。
二、建立凸轮-连杆组合机构设计模型1.机构设计要求对凸轮-连杆组合机构进行优化设计，首先需要保证其横向尺寸最小，然后最大程度上来提高机械传动效率。
根据此设计要求，来建立目标函数，并确定设计变量和约束条件，最后根据模型分析进行求解，得出与组合机构设计相关的参数。
2.建立目标函数确定机构横向尺寸为优化目标函数，根据图1所示，机构横向尺寸主要受曲柄长度r以及滑块位于最左端位置时滑块与凸轮轴心O横向间距h0决定，并且还会受动件形成hm影响，则可确定目标函数为：f（x）=hm+h0+r3.确定设计变量想要实现对凸轮-连杆组合机构的优化设计，要保证各结构部位设计的紧凑，需要在设计时加强对构件尺寸的管理。
机械优化设计结课论文
浅谈机械优化设计方法摘要：机械优化设计是一门综合性学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决机械问题的一种有效工具，机械优化设计是以最低的成本获得最好的效益,是设计工作者一直追求的目标,从数学的观点看,工程中的优化问题,就是求解极大值或极小值问题,亦即极值问题。
本文重点介绍了机械优化设计方法，以及其原理、优缺点并对适用范围进行了总结。
关键词:机械优化设计约束特点函数一、机械优化概述机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。
该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。
随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。
优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。
按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。
1.1 设计变量设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。
设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。
优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。
必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。
1.2 约束条件约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，按表达方式可分为等式约束和不等式约束。
按性质分为性能约束和边界约束，按作用可分为起作用约束和不起作用约束。
机械毕业设计1393凸轮机构的模糊优化设计论文正文
1 引言近几年来, 对摆动滚子从动件平面凸轮机构进行普通优化设计的较多, 并能从众多满足设计要求的可行方案中, 选出实现设计目标的最佳方案。
但由于设计中根据设计规范或经验确定的某些参数取值的不确定性, 以及影响设计的某些因素如载荷性质、材质好坏又很难用确定的数值表示, 这就导致了设计的模糊性。
而普通优化设计均未对这些模糊因素进行分析, 致使设计方案难以更好地符合客观实际, 为此需建立模糊优化设计的数学模型。
1.1 本课题的研究意义凸轮机构广泛用于各种自动机中。
例如，自动包装机ヽ自动成形机ヽ自动装配机ヽ自动机床纺织机械ヽ农业机械印刷机械ヽ自动办公设备ヽ自动售货机陶瓷ヽ机械加工中心换刀机构ヽ高速压力机械ヽ自动送料机械ヽ食品机械ヽ物流机械电子机械ヽ自动化仪表服装加工机械ヽ制革机械ヽ玻璃机械ヽ弹簧机械和汽车等。
凸轮机构之所以能够得到广泛的应用，是因为它具有传动ヽ导向和控制等功能。
当它作为传动机构时，可以产生复杂的运动规律；当它作为导向机构时，可使工作机械的动作端产生复杂的运动轨迹；当它作为控制机构时，可控制执行机构的工作循环。
凸轮机构还具有以下优点：高速时平稳性好，重复精度高，运动特性良好，机构的构件少，体积小，刚性大，周期控制简单，运动特性良好，机构的构件少，体积小，刚性大，周期控制简单，可靠性好，寿命长。
1.2 本课题国内外研究现状、水平和发展趋势随着社会发展和科技进步，各种自动机正朝着高效率ヽ高精度ヽ自动化程度高ヽ优良的性能价格比ヽ寿命长ヽ操作简单和维修方便等方向发展。
为适应这种发展形式，满足自动机的要求，作为自动机核心部件的分度凸轮机构必须具有特性优良的凸轮曲线和高速ヽ高精度性能。
由于计算机软件和数控技术的日益普及，凸轮CAD/CAM软件的问世，为高速高精度凸轮机构的设计ヽ制造和检测提供了有利条件。
凸轮曲线特性优良与否直接影响凸轮机构的精度ヽ效率和寿命。
多年来，世界上许多凸轮专家创造了数十种特性优良的凸轮曲线。
机械式精密锁紧机构设计与分析
紧机构
1.齿条
2.主轴
3.调整垫圈
4.盖板
5.轴承端盖
凸轮座环7.凸轮块8、16.销柱9.滚轮10、
11.调整螺钉13.弹簧压板14.顶杆15.勾形压块
锁紧支架18.锁紧支座19.滑柱20．刹车盘
平键23.螺母24.齿轮轴25.手柄26.齿轮支座
轮轴轴肩上，用平键和螺母径向和轴向限位，使之与齿轮轴联成一体。
齿轮支座固定在基座上，齿轮轴可以在齿轮支座中旋转。
（2）凸轮组件，包括凸轮块、凸轮座环和齿条，三件凸轮块均布固定在凸轮座环圆周上。
齿条固定在其中两件凸轮块中间的位置，与凸轮座环同圆，并联成一体，凸轮座环安装在基座联接成一体的轴承端盖的台阶肩颈上，使齿条与齿轮啮合并设有盖板轴向限位。
冷加工。
凸轮机构及设计范文
凸轮机构及设计范文凸轮机构是一种将连续的直线运动转换为间歇的往复运动的机械连杆机构。
它由凸轮、凸轮轴和随动件组成，通过凸轮的旋转运动将连续的直线运动转换为随动件的间歇运动。
凸轮机构广泛应用于各种机械装置中，如发动机、泵、液压机械、纺织机械、包装机械等。
它具有结构简单、运动规律明确、重量轻、可靠性高等特点，因此在不同的领域都有着重要的应用。
凸轮的设计是凸轮机构设计的核心之一、凸轮的形状可以根据所需的运动规律来确定。
常见的凸轮形状有椭圆形、正弦形和随机形状等。
凸轮的形状不仅直接影响到随动件的运动规律，还会对凸轮机构的工作性能产生重要影响。
在凸轮的设计过程中，需要考虑到凸轮的尺寸、形状、旋转角度等因素，以及凸轮与随动件之间的运动副差和装配间隙等。
凸轮轴的设计也是凸轮机构设计的重要内容之一、凸轮轴的设计需要满足机械运动的要求，同时还要考虑到凸轮的负载、旋转速度等因素。
凸轮轴的设计时需要考虑轴材料的选择、轴的刚度和强度等问题。
随动件的设计也是凸轮机构设计的关键之一、随动件的运动规律直接受凸轮的形状和凸轮轴的旋转角度等影响。
在随动件的设计过程中，需要考虑到随动件与凸轮之间的运动配合、运动副间隙等问题。
凸轮机构的设计涉及到机械运动、力学和材料等多个学科知识。
为了设计出性能优良、可靠性高的凸轮机构，需要深入研究凸轮机构的运动规律和工作原理，掌握凸轮机构设计的基本原理和方法。
总结起来，凸轮机构是一种将连续的直线运动转换为间歇的往复运动的机械连杆机构。
凸轮机构的设计涉及到凸轮、凸轮轴和随动件的设计，需要考虑到凸轮的形状、尺寸和旋转角度等因素，凸轮轴的材料选择和轴的刚度，以及随动件与凸轮之间的运动配合和运动副间隙等问题。
凸轮机构设计需要深入研究凸轮机构的运动规律和工作原理，掌握凸轮机构设计的基本原理和方法。
凸轮机构的总结范文
一、引言凸轮机构是一种常见的机械传动机构，广泛应用于各种机械设备中。
它主要由凸轮、从动件、机架等部分组成。
本文将对凸轮机构的工作原理、分类、设计方法以及应用领域进行总结。
二、工作原理凸轮机构的工作原理是利用凸轮的旋转运动，使从动件按照预定的轨迹运动。
当凸轮的轮廓与从动件的轮廓接触时，从动件受到凸轮的推动力，从而实现预期的运动。
三、分类1. 按照从动件的类型，凸轮机构可分为尖底从动件凸轮机构、平底从动件凸轮机构和滚子从动件凸轮机构。
2. 按照凸轮的形状，凸轮机构可分为圆柱凸轮、圆锥凸轮、圆弧凸轮和盘形凸轮。
3. 按照凸轮的旋转方向，凸轮机构可分为右旋凸轮和左旋凸轮。
四、设计方法1. 确定从动件的运动规律：根据实际需求，选择合适的从动件运动规律，如等速运动、等加速运动、等减速运动等。
2. 设计凸轮轮廓：根据从动件的运动规律和凸轮的形状，设计凸轮轮廓。
设计过程中，需要满足从动件的运动轨迹、运动速度和加速度等要求。
3. 选择合适的材料：根据凸轮的工作条件和受力情况，选择合适的材料，以保证凸轮机构的性能和寿命。
4. 进行强度校核：在凸轮机构的设计过程中，进行强度校核，确保凸轮机构在受力时不会发生破坏。
五、应用领域凸轮机构在工业生产、日常生活等领域有着广泛的应用，主要包括：1. 自动化设备：如机床、机器人、自动化生产线等。
2. 家用电器：如洗衣机、空调、电风扇等。
3. 交通工具：如汽车、摩托车、自行车等。
4. 农业机械：如收割机、拖拉机等。
六、总结凸轮机构作为一种常见的机械传动机构，具有结构简单、工作可靠、设计灵活等优点。
在今后的研究和应用中，应继续探索凸轮机构的新设计方法、新材料和新应用领域，以满足不断发展的工业生产和人民生活的需求。
凸轮机构的优化设计
(4) 接触强度约束 保证凸轮机构运动过程中凸轮副的最大接触应力不超过许用值。
(5) 几何空间约束 对凸轮机构所占据空间在各个方向的尺寸加以限制。
(6) 防干涉约束 防止各构件实体在空间上发生运动干涉。
(2) 凸轮重量的极小化 为了减小凸轮机构的体积，节省材料和减小惯性，可以凸轮重量W(X)极小作为目标函数。
(3) 最大接触应力的极小化 虽然已用接触强度建立了约束条件，使凸轮副有足够的强度和寿命。但如果要求机构在给定条件下具有最高的强度和最长的寿命，则应使机构种类繁多，同一运动要求往往可以通过多种凸轮机构来实现，即使在凸轮机构类型确定的情况下，实现运动要求的机构基本参数和结构参数也有较大的可取范围。这就存在如何根据使用场合和工作要求，合理选择凸轮机构类型和确定有关参数的问题，它们是建立在设计方案的定量评价基础上的最优化问题。由于凸轮机构类型选择属于概念设计范畴，目前尚无系统的评价理论和方法，在一般的工程设计中，此项工作主要依赖于设计者个人的经验和主观意愿，只有通过对专家设计经验的总结，并加以描述，构造类型设计知识库和定量评价系统，基于人工智能和专家系统技术，才能实现凸轮机构类型的智能设计和最优设计。关于凸轮机构类型确定情况下几何参数的优化设计，已有成熟的理论和方法，基于一定的寻优策略和算法，即可获得最优解。下面仅简要介绍凸轮机构参数优化设计数学模型的建立，优化方法可参考有关专门资料。
以上仅是考虑某个评价指标的单目标优化。若优化设计中要求兼顾多个评价指标，则为多目标优化问题。优化设计理论中也有解决多目标优化问题的方法。
1. 设计变量
凸轮机构的参数很多，如凸轮基圆半径、直动从动件偏距、滚子半径、盘形凸轮轮廓厚度、摆动从动件长度及中心距等，其中有部分参数相互之间存在确定的函数关系。选择其中相互独立的参数作为设计变量，用通式表示为X=[x1,x2...xn,]T。
凸轮机构的应用实例及原理论文
凸轮机构的应用实例及原理一、引言凸轮机构是一种常见的机械传动装置，广泛应用于各个行业中。
本文将介绍凸轮机构的应用实例以及其原理。
二、凸轮机构的应用实例以下是凸轮机构在各个领域中的实际应用实例：1.汽车发动机：凸轮机构在汽车发动机中扮演着关键的角色。
它通过控制气门的开关时机，调节进、排气量和提高发动机的效率。
凸轮机构可以用来控制汽缸的气门开闭时间和顺序，通过调整凸轮的形状和凸轮轴的位置，可以实现不同的气门开闭方式。
2.纺织机械：在纺织机械中，凸轮机构常用于控制织布机或织机的各种运动。
例如，凸轮机构可以用来控制织布机上的梭子的来回往复运动，实现织布机的正常工作。
3.包装机械：在包装机械中，凸轮机构用于控制每个包装步骤的运动顺序和节奏。
凸轮机构可以根据设计要求，通过调整凸轮的形状和凸轮轴的位置，实现不同包装步骤的精确控制。
4.机械手臂：在工业自动化领域中，凸轮机构常用于控制机械手臂的运动。
凸轮机构可以通过凸轮的形状和凸轮轴的位置来实现机械手臂的各种运动，如旋转、举升、摆动等。
凸轮机构的使用可以使机械手臂的运动更加稳定和精确。
5.医疗设备：在医疗设备中，凸轮机构常用于控制手术台、诊断设备等的运动。
凸轮机构可以用来实现设备的高度调节、角度调整等运动。
三、凸轮机构的原理凸轮机构的原理是基于凸轮的形状和凸轮轴的位置来实现运动控制的。
以下是凸轮机构的基本原理：•凸轮的形状：凸轮的形状是决定凸轮机构运动方式的关键因素之一。
凸轮的形状可以根据所需的运动方式进行设计，例如圆形凸轮常用于控制线性运动，心形凸轮常用于控制往复运动等。
•凸轮轴的位置：凸轮轴的位置也是影响凸轮机构运动方式的重要因素之一。
凸轮轴的位置可以决定凸轮与承载凸轮的部件之间的运动关系，从而实现所需的运动控制。
•凸轮与部件的运动关系：凸轮与承载凸轮的部件之间的运动关系是凸轮机构实现运动控制的核心。
凸轮可以通过与部件的接触或配合来实现运动控制，例如凸轮的高点与部件的接触可以使部件运动，凸轮的低点与部件的接触可以使部件停止运动。
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机械锁紧装置凸轮机构及优化设计分析-优化设计论文-设计论文
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摘要：机械锁紧装置中凸轮机构结构紧凑、运动可靠、设计简单，只要设计出合适的凸轮轮廓，就能依靠凸轮机构各组成部分的相互配合得到设计需要的运动规律。
机械凸轮机构运动可靠的特点使其在纺织机、印刷机、内燃机、数控机床等机械中普遍应用。
决定其运动可靠性的主要条件是凸轮轮廓的设计。
凸轮轮廓的设计难度高，需要经过大量的计算和推敲。
凸轮轮廓的优化是提高凸轮机构运动可靠性和减少磨损程度的关键。
本文总共分为四部分。
第一部分简单介绍了凸轮机构；第二部分分析了凸轮机构的运动过程；第三部探讨了影响凸轮机构可靠性的设计因素；第四部分分析了凸轮机构的优化设计。
旨在为凸轮机构动作系统的优化设计提供一些参考。
关键词：机械锁紧装置；凸轮机构；设计；凸轮轮廓
凸轮机构是机械设备重要的锁紧装置，常用于定位锁紧设备中。
如纺织机、印刷机、电动车刹车装置、数码产品外置记忆卡的卡槽装置等。
它由凸轮、从动件、机架等构件构成，其中决定凸轮机构性能的主要构件为凸轮。
凸轮的性能主要由其曲线轮廓所决定，而凸轮的轮廓曲线运动、直线运动是凸轮设计的重点，也是凸轮机构设计的重要内容。
由于凸轮机构为机械控制装置的重要组件，它在机械规律的运动过程中承担着传动动能和完成预定的运动规律的作用。
在机械运动过程中，凸轮机构做往复的曲线摆动或直线运动，在这个过程中凸轮轮廓会受到较强的压力、刚性冲击力和摩擦力，因此易发生磨损，从而影响工作性能。
结合弹性流体动压润滑原理、图解法、解析法对凸轮轮廓做精确计算，对凸轮轮廓进行优化设计，是改善凸轮机构运动规律下综合性能的重要途径，也是当前凸轮机构的主要研究方向。
1凸轮机构概述
凸轮机构的主要构建包括杆状从动件、盘状或柱状曲线轮廓、三个机架构件组成。
常用于数控机床的进刀机构、汽车发动机的配气机
构等。
按照主要构件凸轮的形状分为盘形凸轮机构、移动凸轮机构、圆柱凸轮机构。
按照从动件的形状分为尖顶从动件凸轮机构、滚子从动件凸轮机构、平底从动件凸轮机构。
按照凸轮机构运动形式分为直动从动件对心凸轮机构、直动从动件偏心凸轮机构、摆动从动件凸轮机构等。
凸轮机构具有结构简单、便于设计、工作可靠、结构紧凑、易于加工制造等优点。
凸轮机构设计要结合具体的工作要求选择凸轮机构设计形式、推杆运动规律、结构尺寸以及凸轮轮廓曲线等。
凸轮曲线的设计是凸轮机构设计的关键，而确定凸轮机构的运动规律则以及凸轮机构的使用需求，是凸轮轮廓曲线设计的前提。
因此，在进行机械锁紧装置凸轮机构的优化设计时，首先要确定推杆的运动规律，并对其进行优化。
2凸轮机构的运动过程
在凸轮机构的运动过程中，推杆的位移、速度、加速度的参数变化将会直接影响着运动规律及机械锁紧装置的可靠性。
凸轮机构的滑柱在凸轮中进行运动，运动过程中受滑槽的限制在到达凸轮槽位置时自动锁紧。
凸轮在外力的F的作用下向左运动，在压簧1的作用下滑
柱从A点运动到B点（图1）。
当取消外力F，在压簧1、压簧2的作用下接触点从B运动到C点锁紧位置（图2）。
消除锁紧，重新在外力F的作用下C点向D点运动。
再取消外力F，在压簧1、压簧2的作用下D点向E点运动，最终回到起点A。
这个完整的运动周期即为机械锁紧装置的运动过程。
3影响凸轮机构可靠性的设计因素
凸轮机构滑柱的运动规律可通过位移、速度和加速度反应。
建立滑柱横竖向位移关系。
假设在锁紧凸轮固定的前提下，滑柱横向速度为匀速v，以A点为中心建立锁紧凸轮的坐标系，设横向运动为x轴，竖向运动为y轴。
以该坐标系中基础建立锁紧凸轮数学模型。
对凸轮机构滑柱的运动路线进行坐标变换，求出oy的数学表达式。
将凸轮轮廓方式带入到ox中，求解凸轮轮廓在运动过程中所受到的刚性冲击。
3.1位移
3.2速度
3.3加速度
当凸轮轮廓线从A点运动到E点的坐标分别为：（0，0）、（30，8）、（23，14）、（20，30）（18，20）时，那么得到滑柱运动方程后借助Matlab软件可绘制出的类速度图像。
可观察到，滑柱类速度在拐点位置加速度直接消失。
在不考虑设备零部件发生形变的条件时，滑柱类速度图表明凸轮机构受到的猛烈的突发性刚性冲击，因此加速度骤减为零。
4凸轮机构的优化设计
4.1刚性冲击性能多次优化
常规的机械锁紧凸轮在低速运动情况下受机械设备振动作用会产生振动摩擦，摩擦阻力较大就会对凸轮轮廓造成损伤，从而缩短凸轮机构的生命周期。
当机械锁紧装置中凸轮轮廓的损伤超过了拐点，这个拐点就是引发机械锁紧装置完全失效的动机。
想要延长凸轮机构的使用寿命，就必须最大程度的提高从动件运动的流畅性，减少运动过程中产生的摩擦力和振动冲击力，防治凸轮机构运动过程中发生的磨损问题。
在充分考虑凸轮机构运动的转速及工作压力等问题，分析从动件的运动规律，然后经过图解及解析对从动件运动的速度、加速度进行优化，使其在运动过程中更加的趋于稳定、平顺，就可以提高机械锁紧装置起始端到末端之间线性运动的柔性，从而减少凸轮机构所受冲击力，即凸轮机构刚性冲击性能的优化，它是延长凸轮机构使用寿命的必要条件。
凸轮机构刚性冲击性能的优化可通过分析从运动件的运动规律实现。
一般借助多项式分析、三角函数分析及组合分析法等分析运动规律，研究凸轮机构在不同工作条件小的运动规律，掌握影响凸轮刚性冲击的最大速度、最大加速度、最大跃度等，然后选择
最小的速度、加速度、跃度参数进行凸轮轮廓线的设计，即可满足凸轮机构在多种工作转速、工作压力下的使用性能。
同时随着工业发展的需要，需要使用凸轮机构的地方越来越多，凸轮机构不能只满足用于简单的机械结构，应根据当前智能化、自动化设备发展的情况，不断优化改进凸轮机构结构，不断提高凸轮机构的使用性能，以满足机械行业发展需要。
4.2锁紧凸轮运动学仿真自动分析与优化
ADAMS软件与上文提到的Matlab软件可对机械锁装署志凸轮机构的运动进行建模，同时具有对运动学仿真分析的功能。
完成凸轮轮廓线的解析后可借助运动学仿真分析模型进一步分析数学模型的曲线表达，从而了解滑柱和凸轮在每一段的速度运动情况。
通过多次对凸轮机构运动学的分析和运动曲线的比对，来选择和优化滑柱起始位置、位移、速度、加速度。
5结语
综上所述，机械锁紧装置中凸轮机构从动件滑柱的位移、速度、加速度是影响凸轮轮廓刚性冲击的关键要素。
在凸轮机构优化设计时，通过建立凸轮轮廓方程计算滑柱的位移、速度、加速度，并用图解法、解析法对凸轮轮廓进行多次优化，最大程度的消除凸轮机构运动过程中可能受到的刚性冲击。
经过优化凸轮机构从件在规律运动过程中速度、加速度的稳定性更好，因此凸轮机构在机械锁紧装置中的衔接性能也得到改善，运动的可靠性相应提高。
参考文献
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