CN104517751A - 限位开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种限位开关，包括：本体(1)和头部(2)；致动件(3)；在致动件(3)的枢转运动的驱动下能够绕旋转轴线(Y)转动的轴(30)；柱塞(4)；以及，用于把轴(30)的旋转运动转化为柱塞(4)的直线运动或进行相反转化的凸轮机构，所述凸轮机构包括：第一凸轮(7)和第一凸轮从动件(70)，布置为在它们之间在轴(30)的第一转动范围内产生第一非零转动力矩；以及，第二凸轮(8)和第二凸轮从动件(80)，布置为在它们之间在轴(30)的第二转动范围内产生第二非零转动力矩。

Description

限位开关
技术领域
本发明涉及一种机械限位开关。
背景技术
众所周知的是，机械限位开关包括大致为平行六面体形式的本体，以及在主轴线上固定到本体上的头部。所述开关包括开关装置和布置为与该开关装置协作的致动装置。致动装置包括致动件，例如可通过枢转致动的杠杆。物体的移动通过致动件的机械致动而被检测。致动装置还包括被致动件驱动绕转动轴线转动的轴以及安装在弹簧上并用于控制开关装置的柱塞。布置在轴和柱塞上的凸轮机构能够使轴的旋转运动转化为柱塞的直线运动，或者相反转化。
专利FR2134814和US4133991描述了现有技术的一种已知的限位开关。
在限位开关的某些范围内，致动件的相对于轴向的致动幅度为±70°。为了避免任何开关断裂危险，在相对于待检测运动的被测物体安装开关时，需要考虑这个最大角度。显而易见的是，能够实现具有更大转动幅度的限位开关，但是这也会造成问题。
当致动件的枢转角度小于90°时，旋转力作用在凸轮机构上，驱动柱塞平动。然后，当致动件被放开时，在由柱塞的弹簧产生的复位力的作用下，凸轮机构把柱塞推回至其静止位置。另一方面，若致动件的枢转角度约为90°，则复位力的方向与轴的转动轴线处于同一平面上，不能产生使致动件返回至其静止位置的转动力矩。因此，致动件被卡在此位置。有解决这个问题的方法，但是这些方法不太令人满意。例如，其中一种方法是使柱塞和轴之间的支承点偏移，以便即使在90°时也能维持转动力矩。这个方案需要较大的空间。例如，另一个方案采用扭转弹簧代替压缩弹簧，但是这会产生额外的成本。
文件DE102013063893描述了一种双凸轮方案，其中，每个凸轮用于激活位于主轴线的一侧的柱塞。每个凸轮布置为根据轴的转动方向在一侧发挥作用。
发明内容
本发明的目的是提出一种限位开关，该限位开关允许其致动件转动至大约90°的角度，而不存在致动件被卡在此位置的危险。本发明的方案不需要使用扭转弹簧，也不需要偏移轴和柱塞之间的支承点。
此目的是通过一种包括如下部件的限位开关来实现的：
-本体和布置在主轴线上的头部；
-固定至头部并可通过在枢转平面上枢转而致动的致动件；
-在致动件的枢转运动的驱动下可绕转动轴线转动的轴；
-安装在弹簧上的柱塞；
-凸轮机构，布置在所述轴和柱塞上，用于把所述轴的旋转运动转化为柱塞的直线运动，或者进行相反的转化；以及
-由柱塞控制的开关装置，
所述凸轮机构包括：
-第一凸轮和第一凸轮从动件，它们布置为彼此协作，从而在所述轴的转动方向上的第一转动范围内在它们之间产生第一非零转动力矩；以及
-第二凸轮和第二凸轮从动件，它们布置为彼此协作，通过使所述轴沿相同的转动方向继续转动从而在所述轴的第二转动范围内在它们之间产生第二非零转动力矩。
根据本发明的一个特征，在所述轴的第二转动范围内，第一转动力矩为零。
根据本发明的另一个特征，第一凸轮和第二凸轮沿所述轴并列布置，第一凸轮从动件和第二凸轮从动件在柱塞上并列布置。
根据本发明的另一个特征，弹簧是压缩弹簧，该压缩弹簧使柱塞沿轴向平动。
根据本发明的另一个特征，致动件是杠杆或挠性杆。
根据本发明的另一个特征，头部以可拆卸的方式固定至本体上，并且可相对于本体处于主轴线的周围。
根据本发明的另一个特征，所述轴容纳在头部中。
根据本发明的另一个特征，开关装置容纳在本体内。
根据本发明的另一个特征，柱塞布置在所述轴和开关装置之间。
根据本发明的另一个特征，致动件的枢转平面平行于主轴线，并与所述轴的转动轴线成直角。
根据本发明的另一个特征，致动件可通过枢转运动相对于主轴线上的静止位置移动至+90°或-90°处。
附图说明
通过参照附图给出的以下详细说明，本领域技术人员能够清楚地理解本发明的其它特征和优点。
-图1A至图1C示意性地示出了机械限位开关的工作原理。
-图2示出了本发明的机械限位开关的头部。
-图3是本发明的机械限位开关的头部的分解图。
-图4示出了本发明的机械限位开关中采用的轴。
-图5示出了本发明的机械限位开关中采用的柱塞。
-图6A和图6B示出了本发明的工作原理。
-图7A-7C和图8A-8C示出了本发明在动作模式和反动作模式中的工作原理。
具体实施方式
机械限位开关通常包括大致为平行六面体形式的本体1和固定至本体上的头部2。头部在称为主轴线(X)的轴线上组装在本体上。已知的是，头部优选可相对于本体1移动，从而能够绕主轴线处于不同的朝向。
限位开关包括固定至头部2的致动件3，所述致动件例如为杠杆或挠性杆，并布置在待检测运动的被测物体6的路径上。此致动件3可通过枢转方式运动。致动件3固定至可绕转动轴线(Y)转动的轴30上。比较有利的方式是，转动轴线与主轴线(X)成直角，并且与主轴线(X)位于同一平面上。当致动件3被枢转运动推动时，轴30被致动件3驱动绕其轴线转动。最初时，致动件3处于静止位置，例如在主轴线(X)上。
限位开关还包括布置为与轴30协作的柱塞4。柱塞4可沿平行于主轴线(X)的方向平动，并被弹簧40(优选为压缩弹簧)压向轴30。限位开关包括布置在柱塞4和轴30上的凸轮机构，在致动件3动作时，所述凸轮机构把轴30的旋转运动转化为柱塞4的直线运动，或者，在反动作运动时，所述凸轮机构在其弹簧40的作用下把柱塞4的直线运动转化为轴30的旋转运动。
限位开关包括由平动的柱塞4控制的开关装置5。当开关装置5处于关断状态时，开关传递一个电信号。根据限位开关的构造(常开型或常闭型)，当致动件3处于其静止位置或致动位置时，会传递该电信号。
图1A至图1C示出了机械限位开关的工作原理。
在图1A中，致动件3处于静止位置。
在图1B中，致动件3被发生位移的物体6驱动而枢转。致动件3的枢转驱动轴30绕其轴线(Y)转动，轴30通过凸轮机构驱动柱塞4克服弹簧40的阻力平移。然后，柱塞4作用在开关装置5上。若物体6作用在致动件3上的作用力停止，则弹簧40以反动作模式作用，把致动件3推回其静止位置。
在图1C中，物体6继续其行程，驱动致动件3相对于其静止位置枢转至90°角。在此位置，柱塞4作用在轴30上的力(F1，图1C)与轴30的转动轴线(Y)处于同一平面上(图1C中的垂直平面)，因此不产生转动力矩，当物体6缩回时，致动件3不能返回至其静止位置。其结果是，致动件3被卡在此位置。
为了消除此问题，本发明产生了一个凸轮机构，该凸轮机构包括两个凸轮和两个相应的凸轮从动件。
在轴30绕其轴线(Y)转动的第一转动范围内，柱塞4通过第一凸轮7和第一凸轮从动件70被驱动做平动运动，在轴30绕其轴线(Y)转动的第二转动范围内，柱塞4通过第二凸轮8和第二凸轮从动件80被驱动做平动运动。
比较有利的方式是，在0°和(90°-ε)之间，第一凸轮7和第一凸轮从动件70在它们之间产生非零转动力矩，允许轴30绕其轴线(Y)在两个转动方向上转动。在(90°-ε)和90°之间，第二凸轮8和第二凸轮从动件80在它们之间产生非零转动力矩，允许轴30绕其轴线(Y)在两个转动方向上转动。
如图4所示，第一凸轮7和第二凸轮8优选制造在轴30上。例如，它们可沿着旋转轴线(Y)并列布置。
如图5所示，第一凸轮从动件70和第二凸轮从动件80优选制造在柱塞4上。第一凸轮从动件70和第二凸轮从动件80在柱塞4上并列布置，并且在组装头部2时，第一凸轮从动件70和第二凸轮从动件80朝向第一凸轮7和第二凸轮8(图2和图3)。
如图6A所示，第一凸轮7和第一凸轮从动件70形成为在轴30的第一转动范围内维持非零转动力矩，这样，在此转动范围内，致动件3可返回其静止位置。如图6B所示，第二凸轮8和第二凸轮从动件80布置为如下方式：当轴30越过第一转动范围继续沿相同的转动方向转动时，在第二转动范围内，第二凸轮8和第二凸轮从动件80在轴30和柱塞4之间维持非零转动力矩。
本发明的原理在图7A-7C和图8A-8C中更清晰地示出。
在图7A至图7C中，致动件3被发生移位的物体沿顺时针方向推动。逆时针方向的推动作用也遵循相同的原理。
在图7A中，致动件3沿顺时针方向在第一转动范围内枢转，使驱动轴30绕其转动轴线(Y)转动。通过处于第一凸轮从动件70上的第一凸轮7的中介作用，轴30驱动柱塞4平动，而柱塞4作用在开关装置5上。
在图7B中，在第一转动范围和继续沿顺时针方向转动的第二转动范围之间的边界处，第二凸轮8和第二凸轮从动件80开始起作用，在轴30和柱塞4之间维持非零转动力矩。
在图7C中，在产生于第二凸轮8和第二凸轮从动件80之间的非零转动力矩的作用下，柱塞4保持承受轴30的压力的状态。
在图8A至图8C中，致动件3不再受任何机械应力。
在图8A中，弹簧40推动柱塞4，柱塞4通过第二凸轮从动件80和第二凸轮8的中介作用驱动轴30沿逆时针方向转动，在沿轴的相同转动方向上远于第一转动范围的第二转动范围内，转动力矩不是零。
在图8B中，在第一转动范围与第二转动范围之间的边界处，第一凸轮从动件70和第一凸轮7在轴30和柱塞4之间维持非零转动力矩，从而驱动轴30沿逆时针反向转动。
在图8C中，在第一转动范围内，轴30被产生于第一凸轮从动件70和第一凸轮7之间的非零转动力矩驱动转动。
利用一种简单且经济的方案，本发明允许限位开关的致动件相对于其静止位置枢转至+90°或-90°，而不存在被卡住的危险。

Claims (11)

1.一种限位开关，包括：
-本体(1)和布置在主轴线(X)上的头部(2)；
-固定至头部(2)并可通过在枢转平面上枢转而致动的致动件(3)；
-在致动件(3)的枢转运动的驱动下能够绕旋转轴线(Y)转动的轴(30)；
-安装在弹簧(40)上的柱塞(4)；
-凸轮机构，布置在所述轴(30)和柱塞(4)上，用于把所述轴(30)的旋转运动转化为柱塞(4)的直线运动，或者进行相反的转化；以及
-由柱塞(4)控制的开关装置(5)，
其特征在于，所述凸轮机构包括：
-第一凸轮(7)和第一凸轮从动件(70)，布置为彼此协作，从而在所述轴(30)的转动方向上的第一转动范围内在第一凸轮(7)和第一凸轮从动件(70)之间产生第一非零转动力矩；以及
-第二凸轮(8)和第二凸轮从动件(80)，布置为彼此协作，从而在所述轴的相同转动方向上远于第一转动范围的第二转动范围内在第二凸轮(8)和第二凸轮从动件(80)之间产生第二非零转动力矩。
2.如权利要求1所述的限位开关，其特征在于，第一转动力矩在所述轴(30)的第二转动范围内为零。
3.如权利要求1或2所述的限位开关，其特征在于，第一凸轮(7)和第二凸轮(8)沿所述轴(30)并列布置，第一凸轮从动件(70)和第二凸轮从动件(80)在柱塞(4)上并列布置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的限位开关，其特征在于，弹簧(40)是压缩弹簧，该压缩弹簧使柱塞(4)沿轴向平动。
5.如权利要求1至4中任一项所述的限位开关，其特征在于，致动件(3)是杠杆或挠性杆。
6.如权利要求1至5中任一项所述的限位开关，其特征在于，头部(2)以可拆卸的方式固定至所述本体(1)，并且能够相对于所述本体(1)位于主轴线(X)周围。
7.如权利要求1至6中任一项所述的限位开关，其特征在于，所述轴(30)容纳在头部(2)中。
8.如权利要求1至7中任一项所述的限位开关，其特征在于，开关装置(5)容纳在所述本体(1)中。
9.如权利要求1至8中任一项所述的限位开关，其特征在于，柱塞(4)布置在轴(30)和开关装置(5)之间。
10.如权利要求1至9中任一项所述的限位开关，其特征在于，致动件(3)的枢转平面平行于主轴线(X)，并与所述轴(30)的转动轴线(Y)成直角。
11.如权利要求1至10中任一项所述的限位开关，其特征在于，致动件(3)可相对于主轴线(X)上的静止位置枢转至+90°或-90°。
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