內球面凸輪及內球面凸輪搖杆機構的製作方法
2023-05-29 22:53:26
內球面凸輪及內球面凸輪搖杆機構的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種內球面凸輪及內球面凸輪搖杆機構，其中內球面凸輪搖杆機構設於機架上，其包括可繞自身軸心線旋轉地設於所述機架上的內球面凸輪、鉸支在所述機架上可擺動的搖杆，所述內球面凸輪包括凸輪本體，所述凸輪本體的一軸端上具有沿其軸向內凹的內球面，所述內球面上開設有凸輪槽，所述凸輪槽在所述凸輪本體上呈封閉狀，所述搖杆的一端設有導向件，所述導向件間隙配合地設於所述凸輪槽中，當內球面凸輪在外部動力驅動下繞自身軸心線旋轉時，導向件在凸輪槽與內球面的作用下沿凸輪槽滑動，搖杆繞其鉸支點擺動。該內球面凸輪搖杆機構其結構簡單，可獲得較大的輸出位移。
【專利說明】內球面凸輪及內球面凸輪搖杆機構
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種內球面凸輪及內球面凸輪搖杆機構。
[0003]【背景技術】
[0004]搖杆機構，亦即鉸支槓桿作往復擺動運動的機構，在工業及國民經濟各行業中均有大量的應用。目前，工業上廣泛應用的搖杆機構主要有曲柄-連杆-搖杆機構和凸輪-搖杆機構兩種。
[0005]對於曲柄-連杆-搖杆機構，該類型的搖杆機構所能夠得到的搖杆擺動幅度最大，但是該機構存在三個運動構件，機構較為複雜，而且搖杆的位移、速度、加速度都是固定不變的，從而極大地限制了其應用範圍。
[0006]對於凸輪-搖杆機構，該類型的搖杆機構雖然能夠依靠設計凸輪曲線來得到不同的搖杆位移、速度和加速度，但是常見的盤狀凸輪搖杆機構、軸向凸輪搖杆機構、弧面凸輪分度機構等，大多存在搖杆擺動幅度小，亦即擺杆輸出位移小的問題。上述三種凸輪機構還有一個共同的突出缺點，即凸輪機構在凸輪徑向上的結構尺寸相對較大，機構的緊湊性較差。此外，有些凸輪搖杆機構採用力封閉設計，需要通過外力來實現搖杆的回程。
[0007]例如，機械工業出版社2007年10月第I版的《機械設計實用機構與裝置圖冊(美Neil Sclater, Nicholas P.Chironis編,鄒平譯)》中第150頁圖5.1-2所介紹的端面形封閉凸輪-搖杆機構、機械工業出版社2004年3月第I版的《機構構型與選用(孟憲源姜琪編著)》中第68頁圖1-164所介紹的軸向凸輪-搖杆機構、化學工業出版社2013年8月第I版的《高等機械設計(王新華主編)》中第109頁圖6-17所介紹的弧面凸輪(亦稱蝸杆凸輪)分度機構，均採用形封閉設計，其搖杆的擺動幅度受到較大制約。而《機械工程學報》雜誌1996年4月第2期發表的《新型球面空間分度凸輪機構嚙合特性的研究》所介紹的所謂的新型球面分度凸輪機構，實際上可以用厚度較大的盤狀凸輪來代替；而且該凸輪採用力封閉方式，如果變成形封閉，需要另外增加一隻凸輪，無論是結構複雜程度還是製造成本無疑都大大提高。
[0008]
【發明內容】
[0009]本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種結構簡單的內球面凸輪。
[0010]為達到上述目的，本發明採用的技術方案是:
一種內球面凸輪，包括凸輪本體，所述凸輪本體的一軸端上具有沿其軸向內凹的內球面，所述內球面上開設有凸輪槽。
[0011]優選地，所述凸輪槽在所述凸輪本體上呈封閉狀。[0012]本發明的另一目的是提供一種結構簡單的內球面凸輪搖杆機構，從而獲取較大的輸出位移。
[0013]為達到上述目的，本發明採用的技術方案是:
一種內球面凸輪搖杆機構，設於機架上，所述搖杆機構包括可繞自身軸心線旋轉地設於所述機架上的內球面凸輪、鉸支在所述機架上可擺動的搖杆，所述內球面凸輪包括凸輪本體，所述凸輪本體的一軸端上具有沿其軸向內凹的內球面，所述內球面上開設有凸輪槽，所述凸輪槽在所述凸輪本體上呈封閉狀，所述搖杆的一端設有導向件，所述導向件間隙配合地設於所述凸輪槽中。
[0014]優選地，所述搖杆在所述機架上的鉸支中心位於所述凸輪本體的旋轉中心線上。
[0015]優選地，所述搖杆上收容在所述凸輪槽的所述導向件為圓柱端頭、球頭端頭、圓柱滾子、球面滾子中的一種。
[0016]由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點:內球面凸輪搖杆機構上，實質的運動部件僅為內球面凸輪和搖杆，其以最少的機械構件便實現了搖杆機構的複雜運動，其結構簡單、製造工藝性好、技術性能指標高，可以輸出不同的位移、速度和加速度，同時可以獲得較大的輸出位移，克服了現有技術中搖杆機構存在的缺陷，也填補了凸輪機構領域的一項空白，對傳統的機構學來說也是一種貢獻。
[0017]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]附圖1為本發明中內球面凸輪上軸側端面的結構示意圖；
附圖2為本發明中內球面凸輪搖杆機構的結構示意圖；
附圖3為本發明中內球面凸輪搖杆機構另一種結構形式的示意圖；
附圖4為附圖3的內球面凸輪搖杆機構中內球面凸輪的軸側端面的結構示意圖。
[0019]
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和具體的實施例來對本發明的技術方案作進一步的闡述。
[0021]參見圖2所示的內球面凸輪搖杆機構，該搖杆機構設於機架I上，其包括可繞自身軸心線旋轉地設於機架I上的內球面凸輪2以及鉸支在機架I上可擺動的搖杆3。
[0022]參見圖1、圖2所示，內球面凸輪2包括凸輪本體21,凸輪本體21的上軸端旋轉地設於機架I上，其下軸端具有沿其軸向內凹的內球面22，內球面22上開設有凸輪槽23，該凸輪槽23在凸輪本體21上呈封閉狀，凸輪槽23上至少有一段與凸輪本體I的軸心線之間的徑向尺寸為非恆定值。
[0023]搖杆3的下端鉸支在機架I上，其上端設有導向件4，導向件4中心固定地設置在搖杆3的上端。該導向件4間隙配合地設於凸輪槽23中，從而使得導向件4在凸輪槽23中可沿凸輪槽23的延伸方向滑動或滾動。
[0024]在設置時，可使得凸輪槽23與凸輪本體I的軸心線之間徑向尺寸為不斷變化的，如可設置為本實施例中的橢圓狀，這樣可使得搖杆3鉸支在機架I上的鉸支點距離凸輪槽23的距離不斷變化。這樣，當內球面凸輪2在外部動力驅動下繞自身軸心線旋轉時，搖杆3上端的導向件4在凸輪槽23及內球面22的作用下，搖杆3繞其鉸支點擺動。
[0025]當然，也可將凸輪槽23設置為圖3所示的曲線形狀，凸輪槽23的曲線是根據搖杆3需輸出的角位移、速度及加速度等設計要求來設置的，從而使得搖杆3輸出的擺動曲線滿足使用需要。
[0026]內球面凸輪2上，內球面22在理論上可以做到半球狀，因此搖杆3的擺動幅度，即搖杆3輸出的角位移,相對於傳統的圓柱凸輪搖杆機構、盤狀凸輪搖杆機構以及外球面搖杆機構等，可以大幅度地提高。
[0027]與其他凸輪搖杆機構一樣，該內球面凸輪搖杆機構上，凸輪槽23的延伸曲線可以根據需要而設計，因此搖杆3輸出的角位移、速度與加速度等可以有多種變化，這相比傳統的曲柄-連杆-搖杆機構，其技術性能指標顯著提高。此外，參見圖1所示，本實施例中，凸輪槽23呈封閉狀，這樣，搖杆3不需要通過外力便可實現搖杆3的回程，而無需像現有技術中某些凸輪搖杆機構上需要外加一隻凸輪來構成封閉裝置，因而相對簡化了機構。
[0028]內球面凸輪2的加工可藉助多軸聯動數控加工技術，內球面22及凸輪槽23的加工通過數控編程的方式進行加工，其製造工藝性優良，與現有技術中的圓柱凸輪、弧面凸輪等基本相同。
[0029]根據負載以及使用壽命等不同需求，導向件4可設置為圓柱端頭、球頭端頭、圓柱滾子、球面滾子中的一種，當導向件4為圓柱端頭或球頭端頭時，其結構較為簡單，但由於該導向件4與凸輪槽23之間在相對滑動時為滑動摩擦，其使用壽命較短；採用圓柱滾子或球面滾子作為導向件4，導向件4在凸輪槽23中相對凸輪槽23發生滾動，兩者之間為滾動摩擦，因而可顯著地提高其使用壽命。
[0030]附圖3所示的內球面凸輪搖杆機構中，其與附圖2所示的內球面凸輪搖杆機構的區別僅在於搖杆3上鉸支點的設置，該實施例中，搖杆3的中部鉸支在機架I上，搖杆3上與導向件4所在端部相異的端部作為其輸出端，其他設置方式均與附圖2所示的實施例相—致。
[0031]綜上，如何以較少或最少的運動構件，來創新設計出搖杆機構，始終是機構學領域的一個技術難題。因為作為一個機構來說，運動構件少不僅意味著結構簡單，製造成本低，更重要的是意味著工作可靠性高。而本發明的內球面凸輪搖杆機構，其從運動學的意義上只有2個實質性運動構件，即內球面凸輪2與搖杆3，其以最少的機械構件便實現了搖杆機構的複雜運動，其結構簡單、製造工藝性好、技術性能指標高，可以輸出不同的位移、速度和加速度，同時可以獲得較大的輸出位移，克服了現有技術中搖杆機構存在的缺陷，也填補了凸輪機構領域的一項空白，對傳統的機構學來說也是一種貢獻。
[0032]上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種內球面凸輪，其特徵在於:包括凸輪本體，所述凸輪本體的一軸端上具有沿其軸向內凹的內球面，所述內球面上開設有凸輪槽。
2.根據權利要求1所述的內球面凸輪，其特徵在於:所述凸輪槽在所述凸輪本體上呈封閉狀。
3.一種內球面凸輪搖杆機構，設於機架上，其特徵在於:所述搖杆機構包括可繞自身軸心線旋轉地設於所述機架上的內球面凸輪、鉸支在所述機架上可擺動的搖杆，所述內球面凸輪包括凸輪本體，所述凸輪本體的一軸端上具有沿其軸向內凹的內球面，所述內球面上開設有凸輪槽，所述凸輪槽在所述凸輪本體上呈封閉狀，所述搖杆的一端設有導向件，所述導向件間隙配合地設於所述凸輪槽中。
4.根據權利要求3所述的內球面凸輪搖杆機構，其特徵在於:所述搖杆在所述機架上的鉸支中心位於所述凸輪本體的旋轉中心線上。
5.根據權利要求3所述的內球面凸輪搖杆機構，其特徵在於:所述導向件為圓柱端頭、球頭端頭、圓柱滾子、球面滾子中的一種。
【文檔編號】F16H37/12GK103775607SQ201410032497
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】竇雲霞, 王傳洋 申請人:蘇州大學