CN105937592A - 双凸轮曲拐机构 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于将线性运动赋予柔性轴的方法和系统。该系统包括具有第一臂、第二臂以及在其之间的第一枢销的曲拐。该系统还包括耦连到第一臂且配置为施加力以促使曲拐围绕第一枢销转动的致动装置。更进一步，该系统包括耦连到柔性轴的杆端且还耦连到第二臂上的槽孔的第二枢销。再进一步，该系统包括在柔性轴的杆端上且配置为在第二臂上机械加工的凸轮表面上滑动的从动件表面。在向第一臂施加力时，柔性轴以基本线性运动移动。

Description

双凸轮曲拐机构
背景技术
除非在本文另外指出，否则在该部分所描述的资料不是权利要求的现有技术，且将其包括在该部分并非承认其是现有技术。
曲拐是在系统中用于改变运动方向和/或赋予机械效益的装置。在一个示例中，曲拐被用于将旋转运动变成线性运动。通常，曲拐可以被用在期望将运动从一个方向变到另一个方向的任何机械系统中。因此，曲拐在各种工业中是常见的，这些工业包括但不限于航天工业、汽车工业、建筑业以及农业。
作为一个特定的示例，在航天工业中，曲拐通常用于一些系统，这些系统通过改变风机/风扇(fan)管道或反推套筒的后缘处的喷管的出口截面或喉部截面来调节在涡轮风机引擎中的风机流量。这种系统在此将被称为可变截面风机喷管(VAFN)。具体地，曲拐通常用在涡轮风机引擎机舱的VAFN中以便控制打开量和风机喷管喉部截面的变化速率。在示例VAFN中，VAFN包括附连到反推套筒的下游端处的唇截面(lip area)的可弹性变形的翼瓣阵列。在其他示例中，可以用可枢转的刚性翼瓣来代替可弹性变形的翼瓣。在任一情况下，可以使用围绕大部分风机喷管周界延伸的一个或多个柔性推挽轴(例如，缆线)来致动翼瓣偏转。致动系统控制翼瓣的变形或偏转，从而控制打开量和风机喷管喉部截面的变化速度。可替代地，缆线可以被由复合材料制作的杆、管或带替换。
VAFN通常包括致动柔性推挽轴的一个或多个曲拐。但是，致动柔性推挽轴的典型VAFN曲拐具有多个缺点。例如，一个问题是现有的曲拐结构在柔性轴上施加侧面负载。柔性轴在杆端可能不受支撑。由于柔性轴在杆端不受支撑，柔性轴受到由于曲拐围绕其枢转点的旋转运动而导致的侧面负载，这使得柔性轴沿着相应的圆弧移动。侧面负载可能影响柔性轴的功能性。例如，侧面负载可能导致柔性轴疲劳。
用于减少或防止柔性轴上的侧面负载的现有解决方案是在曲拐系统中并入曲柄滑块或凸轮机构。但是，这种方案的缺点是曲柄滑块或凸轮机构在曲拐的外部，因此，外部曲柄滑块或凸轮机构增加了该机械系统的尺寸。由于在VAFN内存在有限的区域，这种增加的尺寸是不期望的。此外，这种方案的另一个缺点是附加曲柄-滑块或凸轮组件和用来将部件固定到曲拐机械系统的硬件增加相当大的重量到该系统。
此处所做的本公开正是关于这些或其它考虑事项给出的。
发明内容
本申请公开了将线性运动赋予柔性轴的方法和系统。在示例性实施例中，该系统包括具有第一臂、第二臂以及在其之间的第一枢销的曲拐。该系统还包括耦连到第一臂且被配置为施加力以促使曲拐围绕第一枢销转动的致动装置。更进一步，该系统包括第二枢销，该第二枢销耦连到柔性轴的机械加工的杆端且进一步耦连到第二臂上的槽孔。再进一步，该系统包括从动件表面，该从动件表面在柔性轴的杆端上且被配置为在第二臂上机械加工的凸轮表面上滑动。在向第一臂施加力时，柔性轴以基本线性运动移动。
在另一个示例性实施例中，一种用于将线性运动赋予柔性轴的系统包括具有第一臂、第二臂以及在其之间的第一枢销的曲拐。该系统还包括耦连到第一臂且被配置为施加力以促使曲拐围绕第一枢销转动的致动装置。更进一步，该系统包括第二枢销，该第二枢销耦连到柔性轴的机械加工的杆端且进一步耦连到第二臂上槽孔。再进一步，该系统包括第一从动件表面，该第一从动件表面在柔性轴的杆端上且被配置为在第二臂上机械加工的第一凸轮表面上滑动。且再进一步，该系统包括第二从动件表面，该第二从动件表面在柔性轴的杆端上且被配置为在第二臂上机械加工的第二凸轮表面上滑动，其中与第一从动件表面相比，第二从动件表面位于柔性轴的杆端的相反侧上。在向第一臂施加力时，柔性轴以基本线性运动移动。
在另一个示例性实施例中，提供一种用于制造包括耦连到柔性轴的末端的曲拐的系统的方法，所述曲拐包括第一臂、第二臂以及在其之间的枢轴。该方法包括选择(i)曲拐的第二臂的凸轮表面的形状和(ii)柔性轴的杆端的从动件表面的形状，其中从动件表面的形状和凸轮表面的形状被选择以使得在向第一臂施加力时，柔性轴将以基本线性运动移动。该方法也包括机械加工或以某种其它加工方法来制造曲拐的第二臂上的凸轮表面并且机械加工柔性轴的杆端上的从动件表面。
本发明的特征、功能和优点可在各种实施例中单独实现或者可在其它实施例中结合使用，其中进一步的细节可参考以下说明和附图看出。
附图说明
图1示出了根据示例性实施例的曲拐系统的透视图的图解描述。
图2a-2k均是图1示出的曲拐系统的横截面的顶视图的图解描述。
图3是图1示出的曲拐系统的横截面的顶视图的图解描述，其还示出了在曲拐系统中的示例性力。
图4示出了根据示例性实施例的另一曲拐系统的透视图的图解描述。
图5a-5k均是图4示出的曲拐系统的横截面的顶视图的图解描述。
图6是图4示出的曲拐系统的横截面的顶视图的图解描述，其还示出了在曲拐系统中的示例性力。
图7示出了可变截面风机喷管(VFAN)的透视图的图解描述，在可变截面风机喷管(VFAN)中可以实施根据示例性实施例的曲拐。
图8是描述根据示例方法可以实现的功能的流程图。
图9是可以实现根据示例性实施例的方法(如图8示出的方法)的系统的简化框图。
具体实施方式
1.示例方法和系统的综述
所公开的方法和系统提供一种曲拐机构，在施加转动曲拐的力时，该曲拐机构允许柔性轴的基本线性运动。因此，所公开的实施例提供一种改进的曲拐，其减少或消除了通常由转动的曲拐赋予柔性轴的侧面负载。
根据本公开的方法和系统通过允许柔性轴杆端经由包含在曲拐内的双凸轮机构被迫进行线性运动而有利地减少或消除赋予柔性轴的侧面负载。当曲拐转动时，通过迫使柔性轴杆端以直线运动致动，这充分减少或消除赋予柔性轴的侧面负载。
根据本公开的示例系统包括具有第一臂、第二臂以及在其之间的第一枢销的曲拐。该系统还包括耦连到第一臂且被配置为施加力以促使曲拐围绕第一枢销转动的致动装置。更进一步，该系统包括耦连到柔性轴的杆端且进一步耦连到第二臂上的槽孔的第二枢销。再进一步，该系统包括从动件表面，该从动件表面在柔性轴的杆端上且被配置为在第二臂上机械加工的凸轮表面上滑动。在向第一臂施加力时，柔性轴以基本线性运动移动。
所提出的曲拐在本文被称为“双凸轮曲拐机构”。因为所提出的曲拐在其自身的连接叉(clevis)中包括两个凸轮，所以所提出的曲拐是双凸轮曲拐。具体地，第一凸轮是槽孔。此外，第二凸轮是在第二臂上机械加工且被配置为与柔性轴的杆端上的从动件表面相互作用的凸轮表面。槽孔被机械加工到曲拐连接叉的凸耳(lug)内以允许第二枢销在槽孔内横向滑动。由于推挽式柔性轴在杆端不受支撑，任何反作用负载都将趋向于将销推到槽孔的一侧。为了抵消这种横向运动，当曲拐转动时，第二凸轮机构被包括以迫使销以直线追踪。第二凸轮被机械加工在连接叉底部的通常平坦的部分中。第二凸轮撞击柔性轴的杆端并且其追踪至引起的直线运动从而减少或消除柔性轴的侧面负载。
有利地，该双凸轮结构提供紧凑的和轻量化的设计，其中两个凸轮都形成在曲拐自身的连接叉中。具体地，这种紧凑的解决方案允许一种轻量化的机构，该机构能够被包含在非常受限的空间内，如通常在涡轮风机引擎机舱中遇到的受限空间。此外，所公开的方法和系统通过为柔性轴提供基本线性运动有利地减少或消除了柔性轴上的侧面负载。
2.示例性曲拐系统
图1示出根据示例性实施例的曲拐系统100。但是，应当理解，这里所描述的这种以及其它结构和处理仅是为了示例提出的，且其它的结构和元素(如机械、界面、功能、元素的顺序等)可被添加或用来代替，且一些元素可一起省掉。此外，本领域技术人员应理解这里描述的多个元素是功能实体，这些实体可以以任何适当的组合在任何适当的位置作为分立组件或与其它组件结合来实现。
曲拐系统100是对诸如柔性轴102的轴赋予线性运动的双凸轮曲拐机构。曲拐系统100包括具有第一臂106、第二臂108以及在其之间的第一枢销110的曲拐104。系统100进一步包括耦连到第一臂106且被配置为施加力以促使曲拐104围绕第一枢销100转动的致动装置112。系统100也包括耦连到柔性轴102的杆端115且进一步耦连到第二臂108上的槽孔116的第二枢销114。参考图2a，系统100进一步包括从动件表面118，该从动件表面118在柔性轴的末端上且被配置为在第二臂108上机械加工的凸轮表面120上滑动。在向第一臂106施加力时，柔性轴102以基本线性运动移动。从动件表面118是柔性轴102的末端上的突起部。此外，凸轮表面120是在第二臂108上机械加工的轨道。
在示例性实施例中，柔性轴102是VAFN的柔性轴。此外，致动装置112可以是被配置为向曲拐的第一臂106施加力的任何致动器。通常，致动装置112是能够施加这种力的任何合适的装置。在示例性实施例中，致动装置112包括马达和由马达驱动的轴。该轴耦连到第一臂106，且该马达根据需要驱动曲拐的轴。在示例性实施例中，致动装置是由电力源、液压源或气动源提供动力的线性致动器。其它动力源也是可能的。在示例中，电动致动器由耦连到导向/滚珠螺杆或齿条-齿轮机构以允许输出活塞杆的线性致动的线性马达或转动马达组成。在一个示例中，液压或气动致动器由用流体(如液压油)或空气致动的活塞杆组成。致动器的选择可以具有许多变量，其中之一是支撑基础设施(即电力或液压/气动源)的可用性，并且考虑到任何曲拐结构固有的机械优点(如果有的话)，致动器尺寸依赖于进入柔性轴的曲拐负载输出要求。
如上所述，曲拐系统100是在曲拐自身的连接叉105内包括两个凸轮的双凸轮曲拐。参考图2a，第一凸轮是槽孔116且第二凸轮是在第二臂108上机械加工的凸轮表面120。当曲拐104被转动时，本公开的双凸轮结构迫使柔性轴102沿基本线性路径运动。
如本文所用，基本线性运动表示柔性轴的路径遵循线性路径且不偏离线性路径多于阈值量。在一个示例中，阈值量在大约+/-0.001到0.005英寸之间。但是，在其他示例性实施例中，阈值可以更大，如在大约+/-0.005到0.010英寸之间的阈值。在其他示例中，阈值可以大于大约0.010英寸。其它示例也是可能的。阈值容限高度依赖基础材料的机械加工公差和磨损特性。随着时间的推移，当更多的间隙在磨损件中形成时，增加的材料磨损可能逐渐扩大公差。
参考图2a-2k，该基本线性运动被进一步详细描述。如图2a-2k所示，曲拐围绕与XY平面垂直的Z轴转动，该XY平面在图中由X轴130和Y轴132限定。图2a-2k每个示出了处于各种转动度数的曲拐104。具体地，图2a示出了在致动装置112(见图1)施加力以转动曲拐104之前处于初始操作状态的曲拐。在致动装置112施加力之后，曲拐104被转动。在图2b中，曲拐已经被转动大约1度。此外，在图2c中，曲拐已经被转动大约2度。更进一步，在图2d中，曲拐已经被转动大约3度。再进一步，在图2e中，曲拐已经被转动大约4度。再进一步，在图2f中，曲拐已经被转动大约5度。再进一步，在图2g中，曲拐已经被转动大约6度。再进一步，在图2h中，曲拐已经被转动大约7度。再进一步，在图2i中，曲拐已经被转动大约8度。再进一步，在图2j中，曲拐已经被转动大约9度。再进一步，在图2k中，曲拐已经被转动大约10度。
如这些图所示，在该转动期间，柔性轴102沿基本线性路径以基本线性运动移动。具体地，贯穿曲拐104围绕第一枢销110的整个转动中，柔性轴102沿着线136(其为平行于Y轴132的线)遵循基本线性运动。
槽孔116被设定尺寸从而允许第二枢销114在槽孔内横向移动。在示例性实施例中，槽孔116具有(i)基本对应于第二枢销的直径142的宽度140和(ii)大于第二枢销的直径142的长度144。如图2a-2k所示，贯穿曲拐的转动，第二枢销114(其耦连到柔性轴102的杆端115)遵循线136，而槽孔116相对于该销在沿着X轴130的方向转动和移动。具体地，如图所示，贯穿曲拐104的转动，槽孔116相对于第二枢销114转动和横向移动。具体地，在转动期间，槽孔沿Y轴132和X轴130移动，然而第二枢销114仅沿着Y轴132移动。
为了实现基本线性运动，该双凸轮结构平衡当通过致动装置112将力矩施加到曲拐104时引起的力。图3详细示出了曲拐系统100中的各种组件的相互作用和作用于曲拐系统100的各种组件的示例力。这种双凸轮方案平衡了赋予柔性轴102的杆端115的力，从而柔性轴能够以基本线性运动移动。
参考图3，曲拐104通过由致动装置112(见图1)生成的赋予第一枢销110(见图1)的力矩150而被转动。该力矩150导致被施加到柔性轴102的曲拐力152和张力154。张力154被分解为第二枢销114反作用力Rx 156和Ry 158。第二枢销114被保持在槽孔116内，其如上面所描述被用作第一凸轮。如果没有支撑，则第二枢销114趋向于通过第二枢销114反作用力Rx 156朝向第一枢销110滑动。这会引起施加到柔性轴102的侧面负载。但是，凸轮表面120的第二凸轮通过施加抵消反作用力(counter-reaction)Cam R 160来阻止该侧面负载。Cam R 160具有分量Cam Rx 162和Cam Ry 164。抵消反作用力Cam Rx 162抵消第二枢销114反作用力Rx 156，且该抵消反作用力有助于保持柔性轴102以基本线性运动移动。具体地，该第二凸轮120被配置为随着曲拐104转动而适当地定位第二枢销114，从而将旋转运动转换成基本线性运动。这样一来，将有效地减轻侧面负载，否则该侧面负载会被施加到不受支撑的柔性轴102。该第二凸轮120被机械加工到连接叉的底部的通常为平坦的部分。第二凸轮120撞击柔性轴102的杆端115，且其追踪所引起的直线运动以减少或消除柔性轴的侧面负载。
在示例性实施例中，从动件表面的形状和/或尺寸与凸轮表面的形状和/或尺寸至少部分基于(i)由致动装置赋予曲拐的转动度数和(ii)第一臂的长度及第二臂的长度来选择。为了选择形状和尺寸，可以应用运动学分析或图解法以确定哪些形状和尺寸将导致柔性轴遵循基本线性路径。在一个示例中，在操作期间被配置为转动不同量的曲拐的形状和/或尺寸是不同的。例如，被配置为转动5度的曲拐的形状和/或尺寸可以与被配置为转动15度的曲拐的形状和/或尺寸不同。此外，对于不同尺寸的曲拐，形状和/或尺寸可以不同。例如，具有5英寸臂长的曲拐的形状与具有10英寸臂长的曲拐的形状可以不同。
其它因素也可以被用来选择从动件表面的形状和/或尺寸与凸轮表面的形状和/或尺寸。例如，在示例性实施例中，从动件表面的形状和/或尺寸与凸轮表面的形状和/或尺寸至少部分基于柔性轴102的杆端115的尺寸来选择。在另一个示例性实施例中，从动件表面的形状和/或尺寸与凸轮表面的形状和/或尺寸至少部分基于曲拐第一臂106相对于第二臂108的长度来选择，以实现期望的机械优点。在另一个示例性实施例中，从动件表面的形状和/或尺寸与凸轮表面的形状和/或尺寸至少部分基于曲拐的枢销相对于柔性轴102的杆端115的位置来选择。仅用于图示说明的目的，所示出的示例性机构导致柔性轴102垂直于第二臂108。在另一个示例性实施例中，从动件表面的形状和/或尺寸与凸轮表面的形状和/或尺寸至少部分基于第二(杆端)枢销114的尺寸来选择。其它因素也是可能的。
在示例性实施例中，从动件表面118具有弯曲形状，且凸轮表面120也具有弯曲形状。如图2a-2k所示，这些弯曲形状可以彼此不同。这些形状被选择，以使得当施加力转动曲拐第一臂106时，柔性轴102将遵循基本线性路径。
如上所述，在示例性实施例中，曲拐系统100是VAFN的曲拐。在这个示例中，柔性轴102被连接到VAFN的一个或多个翼瓣(petal)。图7示出了具有多个翼瓣402的示例VAFN 400。但是，应当理解，曲拐和柔性轴可以在另一个系统中实现。例如，具有推挽式缆线的曲拐通常被用在增压门如飞机的乘客门中。因此，在示例性实施例中，所公开的曲拐系统被用在这种应用中。作为；另一个示例，曲拐系统可以在另一种航空应用或另一种产业的应用如汽车业、建筑业或农业中实现。曲拐系统100也可以用在其它情形下。通常，曲拐系统可以在期望通过曲拐赋予线性运动的情形下使用。
在一个示例性实施例中，柔性轴由任何合适的柔性材料如金属或纤维增强塑料制成。此外，尽管轴102主要被描述为柔性轴，在其他实施例中，轴可以是刚性轴(即非柔性轴)。
此外，在示例性实施中，曲拐被配置为围绕第一枢销110在0到10度之间转动。这种操作角度在VAFN中是常见的。但是，在其它实施例中，转动度数可以大于10度。通常，曲拐可以被配置为转动任何量以实现轴102的期望线性运动量。例如，在一个实施例中，曲拐可以被配置为转动高达大约45度。在另一个实例中，曲拐可以被配置为转动显著多于45度。其它示例也是可能的。
图4是根据示例性实施例的另一个示例曲拐系统200。曲拐系统200在一些方面与曲拐系统100类似，因此不再详细描述。但是，应当明确地注意，以上关于曲拐系统100所描述的可能性和排列组合同样适用于曲拐系统200，反之亦然。
具体地，曲拐系统200包括很多与曲拐系统100相同的元件；但是，在曲拐系统200中，第二臂进一步包括在第二臂上机械加工的第二凸轮表面，并且在柔性轴的杆端上还存在第二从动件表面。与曲拐系统100类似，曲拐系统200可以被视为双凸轮曲拐系统。具体地，与曲拐系统100类似，槽孔可以被视为第一凸轮。此外，连接叉内的轮廓切口(profile cut-out)可以被视为第二凸轮。但是，在系统200中，该第二臂现在具有主凸轮表面和次凸轮表面。具体地，第二臂的主凸轮表面是第一凸轮表面且第二臂的次凸轮表面是第二凸轮表面。如图4所示，曲拐系统200具有封闭的连接叉，与曲拐系统100的开放的连接叉(如图1所示)形成对比。该封闭的连接叉允许第二凸轮的次凸轮表面。
参考图4、图5a-k和图6来描述曲拐系统200。曲拐系统200是对柔性轴202赋予线性运动的双凸轮曲拐系统。曲拐系统200包括具有第一臂206、第二臂208以及在其之间的第一枢销210的曲拐204。系统200进一步包括致动装置212，该致动装置212耦连到第一臂206并且被配置为施加力以促使曲拐204围绕第一枢销210转动。系统200也包括第二枢销214，该第二枢销214耦连到柔性轴202的杆端215并且进一步耦连到第二臂208上的槽孔216。参考图5a，系统200进一步包括第一从动件表面218，该第一从动件表面218在柔性轴202的杆端215上并且被配置为在第二臂208上机械加工的凸轮表面220上滑动。更进一步，系统200包括第二从动件表面219，该第二从动件表面219在柔性轴202的杆端215上并且被配置为在第二臂208上机械加工的凸轮表面221上滑动。在向第一臂206施加力时，柔性轴202以基本线性运动移动。第一从动件表面218是柔性轴202的杆端215上的突起部，且第一凸轮表面220是在第二臂208上机械加工的轨道。此外，第二从动件表面219是柔性轴202的杆端215上的突起部，且第二凸轮表面221是在第二臂208上机械加工的轨道。
如上所述，曲拐系统200是在曲拐的连接叉自身内包括两个凸轮的双凸轮曲拐。参考图5a，第一凸轮是槽孔216且第二凸轮是具有在第二臂208上机械加工的主表面和次表面(即凸轮表面220和221)的凸轮。当曲拐204被转动时，所公开的双凸轮结构迫使柔性轴202沿基本线性路径移动。在示例性实施例中，如图5a-5k和图6所示，次凸轮表面(即凸轮表面221)与主凸轮表面(即轨道220)相比处于柔性轴202的杆端215的相反侧上。
参考图5a-5k，该基本线性运动被进一步详细描述。如这些图所示，曲拐围绕垂直于XY平面(由X轴230和Y轴232限定)的Z轴转动。图5a-5k示出处于各种转动度数的曲拐204。具体地，图5a示出了在致动装置212施加力以转动曲拐204之前处于初始操作状态的曲拐。在致动装置212施加力之后，曲拐被转动。图5b-5k中的每一个示出转动额外的1度后的曲拐(即图5b示出转动1度后的曲拐，图5c示出转动2度后的曲拐，等等)。
如这些图所示，在该转动期间，柔性轴202沿基本线性路径以基本线性运动移动。具体地，贯穿曲拐204围绕第一枢销210的整个转动，柔性轴202沿线236(其平行于Y轴232)遵循基本线性运动。
为了实现基本线性运动，双凸轮结构平衡当通过致动装置212施加力矩到曲拐204时所引起的力。图6详细示出了在曲拐系统200中的各种组件的相互作用和作用于曲拐系统200的各种组件的力。该双凸轮方案平衡了赋予柔性轴202的杆端215的力，使得柔性轴能够以基本线性运动移动。
曲拐204通过由致动装置212生成的赋予第一枢销210的力矩250而被转动。该力矩250导致曲拐力252和张力254被施加到柔性轴202。张力254被分解成第二枢销214反作用力，即第二枢销反作用力Rx 256和Ry 258。第二枢销214被保持在槽孔216内，其如上面所描述被用作第一凸轮。如果不受支撑，则第二枢销214趋向于通过销反作用力Rx 256而朝向第一枢销210滑动。这将引起被施加到柔性轴202的侧面负载。但是，如图所示的第二凸轮的轨道220通过施加抵消反作用力Cam2R R 260来阻止该侧面负载。Cam2R R 260具有分量Cam2R Rx 262和Cam2R Ry 264。此抵消反作用力Cam2R Rx 262抵消第二枢销反作用力Rx 256。
杆端215的感生力矩271是由于来自抵消反作用力Cam2R R 260的合力矢量不被指向第二枢销214并因此趋向于转动杆端215导致的。凸轮2L被并入以抵消该感生力矩271。相对的凸轮表面(即第二凸轮的次凸轮表面或轨道221)也用于抵消由Cam2R R 260生成的感生力矩271。具体地，该相对的凸轮表面221产生抵消力Cam2L R 270，该抵消力生成反作用于感生力矩271的抵消力矩272。有利地，如果在曲拐系统200的操作过程期间，柔性轴负载254自身反转(如，张紧力到压缩力)，则该次凸轮表面221可以开始进行(take up)槽孔216中的机构的任何附带的反向驱动。
在示例性实施例中，第一从动件表面的形状、第一凸轮的形状、第二从动件表面的形状以及第二凸轮表面的形状至少部分基于(i)由致动装置赋予曲拐的转动度数和(ii)第一臂与第二臂的长度来选择。这些形状也可以基于其它因素来选择。为了选择形状，可以应用运动学分析或图解法来确定哪些形状将导致柔性轴遵循基本线性路径。
在示例性实施例中，当柔性轴总是处于张紧状态时，图1、图2a-k和图3所示的“单凸轮”构造是合适的。在一个示例中，如果柔性轴变得被压缩，则其将沿着槽孔向下反向驱动所述销。有利地，图4、图5a-k和图6所示的“双凸轮”构造可以适应仅张紧和推挽式(张紧/压缩)操作。
3.示例方法
图8是能够根据本公开实现的方法300。方法300是用于制造包括曲拐的系统的方法，该曲拐耦连到柔性轴的末端，所述曲拐包括第一臂、第二臂以及在其之间的枢轴。
如图8所示，在方框302处，该方法涉及选择(i)用于曲拐的第二臂的凸轮表面的形状和(ii)用于柔性轴的杆端的从动件表面的形状，其中从动件表面的形状和凸轮表面的形状被选择，使得在向第一臂施加力时，柔性轴将以基本线性运动移动。此外，在方框304处，该方法涉及机械加工曲拐的第二臂上的凸轮表面。更进一步，在方框306处，该方法涉及机械加工柔性轴的杆端的从动件表面。再进一步，在方框308处，该方法涉及在第二臂上提供槽孔，并且在方框310处，该方法涉及将枢销耦连到柔性轴的杆端且耦连到槽孔。在示例性实施例中，凸轮表面的形状和/或尺寸以及从动件表面的形状至少部分基于(a)由致动装置赋予曲拐的转动度数和(b)第二臂的长度来确定。
在示例性实施例中，方法300也可以涉及在双凸轮曲拐的第二凸轮上形成次凸轮表面。具体地，在这个实施例中，方法300还涉及(a)选择(i)用于曲拐的第二臂的第二凸轮表面的形状和(ii)用于柔性轴的杆端的第二从动件表面的形状，(b)在柔性轴的杆端上机械加工第二从动件表面，以及(c)在第二臂上机械加工第二凸轮表面。
图9是制造系统500的下一个简化框图。在示例性实施例中，方法300的功能由诸如制造系统500的制造系统执行。通过示例的方式，图9的制造系统500包括控制器502和机械加工装置504。控制器502与机械加工装置504通信并且被配置为控制机械加工装置504的操作。机械加工装置504可以包括任何合适的机械加工组件。
在示例性实施例中，机械加工装置504包括组件定位装置。在这个示例性实施例中，组件定位装置包括握住(grip)组件(如，曲拐)并将组件移到期望位置的一个或多个机械臂。例如，在一个示例中，组件定位装置是包括机械手的夹钳。在另一个示例中，组件定位装置是具有可固定和压紧组件的铰接夹具的带槽台面(grooved table bed)。其它示例也是可能的。
如上所述，机械加工装置504被配置为在曲拐的臂上机械加工凸轮表面，并且在曲拐第二臂上机械加工槽孔。机械加工装置504可以是被配置为机械加工这些特征部件的任何合适的装置。在示例性实施例中，机械加工装置包括研磨或铣削设备。在另一个实施例中，机械加工装置包括钻头或冲孔装置。在另一个实施例中，机械加工装置可以由单轴线或多轴线机械加工系统组成。其它示例机械加工设备也是可能的。
机械加工装置504可以由控制器502自动控制和/或由操作者手动控制。例如，在示例性实施例中，控制器502控制机械加工装置的操作。图9示出这种控制器可以包括的一些物理组件。如图9所示，控制器502可以包括通信接口506、处理单元508以及数据存储装置510，所有这些组件通过系统总线、网络或其它连接机构512通信地链接在一起。通过这种布置，通信接口506起到提供与各种其它机械加工元件通信的功能，因此可以采用各种形式，例如允许有线和/或无线通信。处理单元508可以包括一个或多个通用处理器(如，微处理器)和/或一个或多个特殊用途处理器(如，专用集成电路)并且可以整体或部分与通信接口集成。并且数据存储装置510可以包括一个或多个易失性和/或非易失性存储部件，如光存储器、磁存储器或闪速存储器并且可以整体或部分与处理单元集成。如图所示，通过示例的方式，数据存储装置510包含程序逻辑/指令514，其可由处理单元508执行以执行本文描述的各种功能。在示例性实施例中，数据存储装置510包括程序逻辑/指令514，其可执行以促使制造系统500执行以下步骤：(a)选择(i)用于曲拐的第二臂的凸轮表面的形状和(ii)用于柔性轴的杆端的从动件表面的形状，其中从动件表面的形状和凸轮表面的形状被选择，使得在向第一臂施加力时，柔性轴将以基本线性运动移动；(b)在曲拐的第二臂上机械加工凸轮表面；以及(c)在柔性轴的杆端上机械加工从动件表面。
此外，本公开包括根据以下条款的实施例：
1.一种用于对柔性轴赋予线性运动的系统，该系统包括：
曲拐，其具有第一臂、第二臂以及在其之间的第一枢销；
致动装置，其耦连到第一臂且配置为对其施加力以促使曲拐围绕第一枢销转动；
第二枢销，其耦连到柔性轴杆端且进一步耦连到第二臂上的槽孔；
从动件表面，其在柔性轴的杆端上且被配置为在第二臂上机械加工的凸轮表面上滑动；以及
其中在向第一臂施加力时，柔性轴以基本线性运动移动。
2.条款1的系统，其中从动件表面的形状和凸轮表面的形状至少部分基于(i)由致动装置赋予曲拐的转动度数和(ii)第一臂的长度及第二臂的长度来选择。
3.条款1的系统，其中当从动件表面在凸轮表面上滑动时，从动件表面对凸轮表面的相互作用产生抵消第二枢销反作用力的凸轮反作用力，使得第二枢销以基本线性运动移动。
4.条款1的系统，其中槽孔具有(i)基本对应于第二枢销的直径的宽度和(ii)大于第二枢销的直径的长度。
5.条款4的系统，其中当柔性轴以基本线性运动移动时，槽孔相对于第二枢销横向移动。
6.条款1的系统，其中从动件表面包括第一弯曲形状，且其中凸轮表面包括与第一弯曲形状不同的第二弯曲形状。
7.条款1的系统，其进一步包括第二从动件表面，该第二从动件表面在柔性轴的杆端上且被配置为在第二臂上机械加工的第二凸轮表面上滑动。
8.条款1的系统，其中柔性轴是可变截面风机喷管(VAFN)的柔性轴。
9.条款8的系统，其中曲拐被配置为围绕第一枢销在至少0到10度之间转动。
10.条款1的系统，其中柔性轴在柔性轴的杆端处不受支撑。
11.条款1的系统，其中柔性轴包括金属或纤维增强塑性材料。
12.一种用于对柔性轴赋予线性运动的系统，该系统包括：
曲拐，其具有第一臂、第二臂以及在其之间的第一枢销；
致动装置，其耦连到第一臂且被配置为施加力以促使曲拐围绕第一枢销转动；
第二枢销，其耦连到柔性轴的杆端且进一步耦连到第二臂上的槽孔；
第一从动件表面，其在柔性轴的杆端上且被配置为在第二臂上机械加工的第一凸轮表面上滑动；
第二从动件表面，其在柔性轴的杆端上且被配置为在第二臂上机械加工的第二凸轮表面上滑动，其中第二从动件表面与第一从动件表面相比位于柔性轴的杆端的相反侧上；
其中在向第一臂施加力时，柔性轴以基本线性运动移动。
13.条款12的系统，其中第一从动件表面的形状、第一凸轮表面的形状、第二从动件表面的形状以及第二凸轮表面的形状至少部分基于(i)由致动装置赋予曲拐的转动度数和(ii)第一臂的长度及第二臂的长度来选择。
14.条款13的系统，其中曲拐被配置为围绕第一枢销在至少0到10度之间转动。
15.一种用于制造包括曲拐的系统的方法，该曲拐耦连到柔性轴的杆端，该曲拐包括第一臂、第二臂以及在其之间的枢轴，该方法包括：
选择(i)用于曲拐的第二臂的凸轮表面的形状和(ii)用于柔性轴的杆端的从动件表面的形状，其中从动件表面的形状和凸轮表面的形状被选择，使得在向第一臂施加力时，柔性轴将以基本线性运动移动；
在曲拐的第二臂上机械加工凸轮表面；以及
在柔性轴的杆端上机械加工从动件表面。
16.条款15的方法，其中凸轮表面的形状和从动件表面的形状至少部分基于(a)将由致动装置赋予曲拐的转动度数以及(b)第一臂和第二臂的长度来确定。
17.条款15的方法，其进一步包括提供第一枢销到第一臂和第二臂之间的枢轴中。
18.条款17的方法，其进一步包括：
在第二臂上提供槽孔；以及
将第二枢销耦连到柔性轴的杆端并耦连到槽孔。
19.条款15的方法，其进一步包括：
选择(i)用于曲拐的第二臂的第二凸轮表面的形状和(ii)用于柔性轴的杆端的第二从动件表面的形状；
在柔性轴的杆端上机械加工第二从动件表面；以及
在第二臂上机械加工第二凸轮表面。
20.条款15的方法，其中柔性轴是可变截面风机喷管(VAFN)的柔性轴。
4.结论
示例性实施例已在上面描述。但是，应当理解，本领域技术人员在不偏离本公开的真实范围和精神的情况下可以对这些实施例作出修改和变化。展示不同的有利实施例的描述是出于举例说明和描述的目的，且并不旨在穷举或以所公开的形式限制实施例。对本领域技术人员来说，很多修改和变化将是明显的。此外，不同的有利实施例相比于其它有利实施例可以提供不同的优点。被选择的一个实施例或一些实施例之所以被选择和描述是为了最好地解释实施例的原理及实际应用并且可以使本领域普通技术人员理解所公开的具有各种修改的各种实施例适用于可预期的具体用途。

Claims (15)

1.一种用于将线性运动赋予柔性轴的系统，所述系统包括：
曲拐，其具有第一臂、第二臂以及在其之间的第一枢销；
致动装置，其耦连到所述第一臂且配置为对其施加力以促使所述曲拐围绕所述第一枢销转动；
第二枢销，其耦连到所述柔性轴的杆端且还耦连到所述第二臂上的槽孔；
从动件表面，其在所述柔性轴的所述杆端上且配置为在所述第二臂上机械加工的凸轮表面上滑动；以及
其中在向所述第一臂施加所述力时，所述柔性轴以基本线性运动移动。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述从动件表面的形状和所述凸轮表面的形状至少部分基于(i)由所述致动装置赋予所述曲拐的转动的度数和(ii)所述第一臂的长度及所述第二臂的长度来选择。
3.根据权利要求1所述的系统，其中当所述从动件表面在所述凸轮表面上滑动时，所述从动件表面对所述凸轮表面的相互作用产生抵消所述第二枢销的反作用力的凸轮反作用力，使得所述第二枢销以所述基本线性运动移动。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述槽孔具有(i)基本对应于所述第二枢销的直径的宽度和(ii)大于所述第二枢销的所述直径的长度，且其中当所述柔性轴以所述基本线性运动移动时，所述槽孔相对于所述第二枢销横向移动。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述从动件表面包括第一弯曲形状，且其中所述凸轮表面包括不同于所述第一弯曲形状的第二弯曲形状。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其还包括在所述柔性轴的所述杆端上且配置为在所述第二臂上机械加工的第二凸轮表面滑动的第二从动件表面。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述柔性轴是可变截面风机喷管VAFN的柔性轴，且其中所述曲拐被配置为围绕所述第一枢销在至少0到10度之间转动。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述柔性轴在所述柔性轴的所述杆端不受支撑。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述柔性轴包括金属或纤维增强塑性材料。
10.一种用于制造包括耦连到柔性轴的杆端的曲拐的系统的方法，所述曲拐包括第一臂、第二臂以及在其之间的枢轴，所述方法包括：
选择(i)用于所述曲拐的所述第二臂的凸轮表面的形状和(ii)用于所述柔性轴的所述杆端的从动件表面的形状，其中所述从动件表面的形状和所述凸轮表面的形状被选择，使得在向所述第一臂施加力时，所述柔性轴将以基本线性运动移动；
在所述曲拐的所述第二臂上机械加工所述凸轮表面；以及
在所述柔性轴的所述杆端上机械加工所述从动件表面。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述凸轮表面的形状和所述从动件表面的形状至少部分基于(a)由致动装置赋予所述曲拐的转动的度数和(b)所述第一臂及所述第二臂的长度来确定。
12.根据权利要求10所述的方法，其还包括提供第一枢销到所述第一臂与所述第二臂之间的所述枢轴中。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其还包括：
在所述第二臂上提供槽孔；以及
将第二枢销耦连到所述柔性轴的所述杆端并耦连到所述槽孔。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其还包括：
选择(i)用于所述曲拐的所述第二臂的第二凸轮表面的形状和(ii)用于所述柔性轴的所述杆端的第二从动件表面的形状；
在所述柔性轴的所述杆端上机械加工所述第二从动件表面；以及
在所述第二臂上机械加工所述第二凸轮表面。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述柔性轴是可变截面风机喷管VAFN的柔性轴。
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