凸轮机构是自动机械中广泛使用的机构,弧面凸轮机构因其优良的运动和动力特性在研究和应用领域受到人们的广泛关注.该文对常用凸轮机构设计及弧面凸轮机构CAD系统建立的有关问题进行了探讨和研究.介绍了工程实际中常用简谐梯形组合运动规律及多项式运动规律,并着重分析了弧面凸轮机构运动规律的选取原则.应用包络原理,建立了常用平面凸轮机构和空间凸轮机构的数学模型,导出了平面凸轮廓线和空间凸轮廓面方程.在此基础上推导了压力角、最大压力角、诱导曲率、综合曲率等计算公式,并讨论了两类界限点的有关问题.包络原理是进行凸轮机构运动学分析的另一种思路和方法,它无需进行复杂的运动分析,且设计过程直观、明了,易于理解.根据弧面凸轮机构设计步骤,讨论了弧面分度凸轮机构和摆动滚子从动件弧面凸轮机构有关参数的确定方法,给出了计算公式和选择范围.另外,对影响机构运动与动力特性的重要参数进行了研究,给出了相关条件校核公式.在理论研究的基础上,采用面向对象程序设计方法,利用Visual C++和OpenGL作为开发工具建立了基于Windows操作系统、具有良好人机交互界面的弧面凸轮机构CAD系统.实现了弧面分度凸轮机构和摆动滚子从动件弧面凸轮机构设计过程的自动化和设计结果的可视化.用户通过人机交互方式,可完成凸轮廓面、压力角和曲率数据计算,凸轮三维图形绘制和进行机构运动仿真等.