1.機構說明
＊機構組成：
凸輪上下運動機構的組成如下圖 (一)所示，透過簡易的凸輪、槓桿、鳩尾座、連桿…等機構所組成一個可上下往復之直線運動。
圖(一) 凸輪上下運動機構
＊運動方式：
其運動過程為：
馬達帶動凸輪 凸輪帶動槓桿 槓桿的搖擺帶動連桿
桿帶動滑塊。過程中滑塊受限於鳩尾槽上運動，因此產生可上下之運動機構。
＊機構作動要素：
此機構設計重點乃透過凸輪來傳達運動。因此凸輪的設計是重要的一環。以此Project為例，要設計滑塊的運動行程及速度可透過凸輪來控制。一般凸輪之設計方式如圖(二)所示，透過數學的S-φ圖(S代表行程，φ代表凸輪設計時，行程S變化時所對應的環繞角度之變化)，就可簡易繪製出所需的凸輪，以達到從動件作出所需的位移運動。相同的，若要真對速度進行控制，只要繪出所需之V-φ圖且透過積分方式，便可繪製出S-φ圖，最後就可畫出所需之凸輪。
圖(二)凸輪設計
此Project為例，要求設計一個凸輪S-φ如圖(三)所示
圖(三)凸輪S-φ圖
在此將此圖(三)劃分成12等份，也就是每30°一個行程)，便可簡易的繪製出凸輪外形，如下圖(四)所示。除了自己手繪之外，也可透過Pro-E的中Graph、混層掃描、與Relation的方式將凸輪繪製。
圖(四)PRO-E凸輪手繪圖
根據上繪之凸輪外形，在之後動態分析後可獲其位移圖如圖(五)所示，因此我們可用CAD軟體以簡易方式來設計凸輪外形，如此一來可有效控制輸出結果，達到我們所需。
圖(五) S-t圖
2.機構應用
常見的機構應用如下圖(六)，可運用於一般機台之滑座上，透過馬達帶動凸輪軸傳動，再帶動機殼內部一些連桿結構，促使工作台滑動，達成上下往復運動。
圖(六)立柱滑座 圖(七)一字托板
另外，透過這次Project的傳動方式，可簡易的帶動市售常見的拖板(如圖(七)所示)，而托板常用於機械行業的配套，廣泛應用於汽配行業、化工機械、木工機械、陶瓷機械….等
3.機構優點
1.機構簡易不複雜
2.可承載重負荷之物品
3.可承載重負荷之物品
4.針對某一維度方向進行運動控制
5.透過凸輪可調節運動行程與運動速度之快慢
4.機構缺點
1.當有荷重時，槓桿前端滾子端部之左右可能會有離隙
2.負載大時，整體剛性必須足夠
3.凸輪設計時，若凸輪輪廓尺寸變化大時，可能會導致機構不穩
定性
4.馬達所需的扭矩要大
5.機構須考慮給油問題
6.機構設計簡易，不易於高精密傳動
5.機構改良
1.機構方面之改良
根據上述之缺點，在此將針對機構進行改良構思，由於先前提到在設計上可能會造成槓桿在支撐荷重時剛性的不足。因此，下列圖(八)為改良式直線往復運動，此機構將連桿固定於圖中圓盤的凹槽中，並透過動力源齒輪來傳達動力使其機構做上下往復之運動，如此以來剛性足夠，比較不必擔心剛性不足等問題。但往復運動的速度控制方面可能需要透過其他齒輪搭配來調節其變速效果。
圖(八) 改良式直線往復運動
2.凸輪方面之改良
若只針對原有凸輪機構之凸輪部分進行設計，我們可以透過數學式子與電腦輔助設計軟體之結合，畫出所需之凸輪外型。一般
凸輪機構中推桿的位移s、速度v和加速度a隨時間t變化的規律。因為凸輪一般為等速旋轉，故而推桿的運動常表示為其運動參數隨凸輪轉角變化。
推桿常用的多項式運動規律和三角函數運動規律（以完成推程h計）其性質為：
NO
|
運動規律
|
衝擊類型
|
1
|
一次多項式（等速運動）
|
剛性衝擊
|
2
|
二次多項式（等加速等減速運動）
|
柔性衝擊
|
3
|
五次多項式
|
無衝擊
|
4
|
餘弦加速度（簡諧運動）
|
柔性衝擊
|
5
|
正弦加速度（擺線運動）
|
無衝擊
|
當使用Pro/E對盤形凸輪進行參數化建模時，其凸輪輪廓曲線使用笛卡爾坐標下的方程形式來分段，一般分段形式如下圖(九)按推程、遠休止、回程和近休止四段劃分。
圖(九) 凸輪運動行程
下面給出Pro/E中推桿常用的多項式運動規律和三角函數運動規律對應的凸輪輪廓曲線方程。
EX:一個運動規律為正弦加速度之凸輪輪廓曲線關係式:
/* 推程
x=(baser+h*(t-sin(360*t)/(2*pi)))*cos(phi1*t)
y=(baser+h*(t-sin(360*t)/(2*pi)))*sin(phi1*t)
z=0
/* 遠休止
x=(baser+h)*cos(phi1+phi2*t)
y=(baser+h)*sin(phi1+phi2*t)
z=0
/* 回程
x=(baser+h*(1-t+sin(360*t)/(2*pi)))*cos(phi1+phi2+phi3*t)
y=(baser+h*(1-t+sin(360*t)/(2*pi)))*sin(phi1+phi2+phi3*t)
z=0
/* 近休止
x=baser*cos(phi1+phi2+phi3+phi4*t)
y=baser*sin(phi1+phi2+phi3+phi4*t)
z=0
(註:baser:基圓半徑、phi_number:每一段所佔的角度、h:從動件行程)
其結果便如下圖(十)所示。
圖(十) 凸輪經參數化設計
