內(nèi)球面凸輪及內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種內(nèi)球面凸輪及內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)，其中內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)于機(jī)架上，其包括可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)地設(shè)于所述機(jī)架上的內(nèi)球面凸輪、鉸支在所述機(jī)架上可擺動的搖桿，所述內(nèi)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(nèi)凹的內(nèi)球面，所述內(nèi)球面上開設(shè)有凸輪槽，所述凸輪槽在所述凸輪本體上呈封閉狀，所述搖桿的一端設(shè)有導(dǎo)向件，所述導(dǎo)向件間隙配合地設(shè)于所述凸輪槽中，當(dāng)內(nèi)球面凸輪在外部動力驅(qū)動下繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)向件在凸輪槽與內(nèi)球面的作用下沿凸輪槽滑動，搖桿繞其鉸支點(diǎn)擺動。該內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)其結(jié)構(gòu)簡單，可獲得較大的輸出位移。
【專利說明】內(nèi)球面凸輪及內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種內(nèi)球面凸輪及內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)。
[0003]【背景技術(shù)】
[0004]搖桿機(jī)構(gòu)，亦即鉸支杠桿作往復(fù)擺動運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，在工業(yè)及國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中均有大量的應(yīng)用。目前，工業(yè)上廣泛應(yīng)用的搖桿機(jī)構(gòu)主要有曲柄-連桿-搖桿機(jī)構(gòu)和凸輪-搖桿機(jī)構(gòu)兩種。
[0005]對于曲柄-連桿-搖桿機(jī)構(gòu)，該類型的搖桿機(jī)構(gòu)所能夠得到的搖桿擺動幅度最大，但是該機(jī)構(gòu)存在三個(gè)運(yùn)動構(gòu)件，機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，而且搖桿的位移、速度、加速度都是固定不變的，從而極大地限制了其應(yīng)用范圍。
[0006]對于凸輪-搖桿機(jī)構(gòu)，該類型的搖桿機(jī)構(gòu)雖然能夠依靠設(shè)計(jì)凸輪曲線來得到不同的搖桿位移、速度和加速度，但是常見的盤狀凸輪搖桿機(jī)構(gòu)、軸向凸輪搖桿機(jī)構(gòu)、弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)等，大多存在搖桿擺動幅度小，亦即擺桿輸出位移小的問題。上述三種凸輪機(jī)構(gòu)還有一個(gè)共同的突出缺點(diǎn)，即凸輪機(jī)構(gòu)在凸輪徑向上的結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，機(jī)構(gòu)的緊湊性較差。此外，有些凸輪搖桿機(jī)構(gòu)采用力封閉設(shè)計(jì)，需要通過外力來實(shí)現(xiàn)搖桿的回程。
[0007]例如，機(jī)械工業(yè)出版社2007年10月第I版的《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用機(jī)構(gòu)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-搖桿機(jī)構(gòu)、機(jī)械工業(yè)出版社2004年3月第I版的《機(jī)構(gòu)構(gòu)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-搖桿機(jī)構(gòu)、化學(xué)工業(yè)出版社2013年8月第I版的《高等機(jī)械設(shè)計(jì)(王新華主編)》中第109頁圖6-17所介紹的弧面凸輪(亦稱蝸桿凸輪)分度機(jī)構(gòu)，均采用形封閉設(shè)計(jì)，其搖桿的擺動幅度受到較大制約。而《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》雜志1996年4月第2期發(fā)表的《新型球面空間分度凸輪機(jī)構(gòu)嚙合特性的研究》所介紹的所謂的新型球面分度凸輪機(jī)構(gòu)，實(shí)際上可以用厚度較大的盤狀凸輪來代替；而且該凸輪采用力封閉方式，如果變成形封閉，需要另外增加一只凸輪，無論是結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度還是制造成本無疑都大大提高。
[0008]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的內(nèi)球面凸輪。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種內(nèi)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(nèi)凹的內(nèi)球面，所述內(nèi)球面上開設(shè)有凸輪槽。
[0011]優(yōu)選地，所述凸輪槽在所述凸輪本體上呈封閉狀。[0012]本發(fā)明的另一目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)，從而獲取較大的輸出位移。
[0013]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)于機(jī)架上，所述搖桿機(jī)構(gòu)包括可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)地設(shè)于所述機(jī)架上的內(nèi)球面凸輪、鉸支在所述機(jī)架上可擺動的搖桿，所述內(nèi)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(nèi)凹的內(nèi)球面，所述內(nèi)球面上開設(shè)有凸輪槽，所述凸輪槽在所述凸輪本體上呈封閉狀，所述搖桿的一端設(shè)有導(dǎo)向件，所述導(dǎo)向件間隙配合地設(shè)于所述凸輪槽中。
[0014]優(yōu)選地，所述搖桿在所述機(jī)架上的鉸支中心位于所述凸輪本體的旋轉(zhuǎn)中心線上。
[0015]優(yōu)選地，所述搖桿上收容在所述凸輪槽的所述導(dǎo)向件為圓柱端頭、球頭端頭、圓柱滾子、球面滾子中的一種。
[0016]由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)上，實(shí)質(zhì)的運(yùn)動部件僅為內(nèi)球面凸輪和搖桿，其以最少的機(jī)械構(gòu)件便實(shí)現(xiàn)了搖桿機(jī)構(gòu)的復(fù)雜運(yùn)動，其結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝性好、技術(shù)性能指標(biāo)高，可以輸出不同的位移、速度和加速度，同時(shí)可以獲得較大的輸出位移，克服了現(xiàn)有技術(shù)中搖桿機(jī)構(gòu)存在的缺陷，也填補(bǔ)了凸輪機(jī)構(gòu)領(lǐng)域的一項(xiàng)空白，對傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)來說也是一種貢獻(xiàn)。
[0017]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]附圖1為本發(fā)明中內(nèi)球面凸輪上軸側(cè)端面的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明中內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3為本發(fā)明中內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)另一種結(jié)構(gòu)形式的示意圖；
附圖4為附圖3的內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)中內(nèi)球面凸輪的軸側(cè)端面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。
[0021]參見圖2所示的內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)，該搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)于機(jī)架I上，其包括可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)地設(shè)于機(jī)架I上的內(nèi)球面凸輪2以及鉸支在機(jī)架I上可擺動的搖桿3。
[0022]參見圖1、圖2所示，內(nèi)球面凸輪2包括凸輪本體21,凸輪本體21的上軸端旋轉(zhuǎn)地設(shè)于機(jī)架I上，其下軸端具有沿其軸向內(nèi)凹的內(nèi)球面22，內(nèi)球面22上開設(shè)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恒定值。
[0023]搖桿3的下端鉸支在機(jī)架I上，其上端設(shè)有導(dǎo)向件4，導(dǎo)向件4中心固定地設(shè)置在搖桿3的上端。該導(dǎo)向件4間隙配合地設(shè)于凸輪槽23中，從而使得導(dǎo)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(shè)置時(shí)，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(shè)置為本實(shí)施例中的橢圓狀，這樣可使得搖桿3鉸支在機(jī)架I上的鉸支點(diǎn)距離凸輪槽23的距離不斷變化。這樣，當(dāng)內(nèi)球面凸輪2在外部動力驅(qū)動下繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿3上端的導(dǎo)向件4在凸輪槽23及內(nèi)球面22的作用下，搖桿3繞其鉸支點(diǎn)擺動。
[0025]當(dāng)然，也可將凸輪槽23設(shè)置為圖3所示的曲線形狀，凸輪槽23的曲線是根據(jù)搖桿3需輸出的角位移、速度及加速度等設(shè)計(jì)要求來設(shè)置的，從而使得搖桿3輸出的擺動曲線滿足使用需要。
[0026]內(nèi)球面凸輪2上，內(nèi)球面22在理論上可以做到半球狀，因此搖桿3的擺動幅度，即搖桿3輸出的角位移,相對于傳統(tǒng)的圓柱凸輪搖桿機(jī)構(gòu)、盤狀凸輪搖桿機(jī)構(gòu)以及外球面搖桿機(jī)構(gòu)等，可以大幅度地提高。
[0027]與其他凸輪搖桿機(jī)構(gòu)一樣，該內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)上，凸輪槽23的延伸曲線可以根據(jù)需要而設(shè)計(jì)，因此搖桿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(tǒng)的曲柄-連桿-搖桿機(jī)構(gòu)，其技術(shù)性能指標(biāo)顯著提高。此外，參見圖1所示，本實(shí)施例中，凸輪槽23呈封閉狀，這樣，搖桿3不需要通過外力便可實(shí)現(xiàn)搖桿3的回程，而無需像現(xiàn)有技術(shù)中某些凸輪搖桿機(jī)構(gòu)上需要外加一只凸輪來構(gòu)成封閉裝置，因而相對簡化了機(jī)構(gòu)。
[0028]內(nèi)球面凸輪2的加工可借助多軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)，內(nèi)球面22及凸輪槽23的加工通過數(shù)控編程的方式進(jìn)行加工，其制造工藝性優(yōu)良，與現(xiàn)有技術(shù)中的圓柱凸輪、弧面凸輪等基本相同。
[0029]根據(jù)負(fù)載以及使用壽命等不同需求，導(dǎo)向件4可設(shè)置為圓柱端頭、球頭端頭、圓柱滾子、球面滾子中的一種，當(dāng)導(dǎo)向件4為圓柱端頭或球頭端頭時(shí)，其結(jié)構(gòu)較為簡單，但由于該導(dǎo)向件4與凸輪槽23之間在相對滑動時(shí)為滑動摩擦，其使用壽命較短；采用圓柱滾子或球面滾子作為導(dǎo)向件4，導(dǎo)向件4在凸輪槽23中相對凸輪槽23發(fā)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(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)中，其與附圖2所示的內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)的區(qū)別僅在于搖桿3上鉸支點(diǎn)的設(shè)置，該實(shí)施例中，搖桿3的中部鉸支在機(jī)架I上，搖桿3上與導(dǎo)向件4所在端部相異的端部作為其輸出端，其他設(shè)置方式均與附圖2所示的實(shí)施例相—致。
[0031]綜上，如何以較少或最少的運(yùn)動構(gòu)件，來創(chuàng)新設(shè)計(jì)出搖桿機(jī)構(gòu)，始終是機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)難題。因?yàn)樽鳛橐粋€(gè)機(jī)構(gòu)來說，運(yùn)動構(gòu)件少不僅意味著結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，更重要的是意味著工作可靠性高。而本發(fā)明的內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)，其從運(yùn)動學(xué)的意義上只有2個(gè)實(shí)質(zhì)性運(yùn)動構(gòu)件，即內(nèi)球面凸輪2與搖桿3，其以最少的機(jī)械構(gòu)件便實(shí)現(xiàn)了搖桿機(jī)構(gòu)的復(fù)雜運(yùn)動，其結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝性好、技術(shù)性能指標(biāo)高，可以輸出不同的位移、速度和加速度，同時(shí)可以獲得較大的輸出位移，克服了現(xiàn)有技術(shù)中搖桿機(jī)構(gòu)存在的缺陷，也填補(bǔ)了凸輪機(jī)構(gòu)領(lǐng)域的一項(xiàng)空白，對傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)來說也是一種貢獻(xiàn)。
[0032]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)球面凸輪，其特征在于:包括凸輪本體，所述凸輪本體的一軸端上具有沿其軸向內(nèi)凹的內(nèi)球面，所述內(nèi)球面上開設(shè)有凸輪槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)球面凸輪，其特征在于:所述凸輪槽在所述凸輪本體上呈封閉狀。
3.一種內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)于機(jī)架上，其特征在于:所述搖桿機(jī)構(gòu)包括可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)地設(shè)于所述機(jī)架上的內(nèi)球面凸輪、鉸支在所述機(jī)架上可擺動的搖桿，所述內(nèi)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(nèi)凹的內(nèi)球面，所述內(nèi)球面上開設(shè)有凸輪槽，所述凸輪槽在所述凸輪本體上呈封閉狀，所述搖桿的一端設(shè)有導(dǎo)向件，所述導(dǎo)向件間隙配合地設(shè)于所述凸輪槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述搖桿在所述機(jī)架上的鉸支中心位于所述凸輪本體的旋轉(zhuǎn)中心線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)球面凸輪搖桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】竇云霞, 王傳洋 申請人:蘇州大學(xué)