CN106246843A - 一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构 - Google Patents

Abstract

一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构，主要包括固连在输入轴上的弧面凸轮体、固连在输出轴上的摆动盘组件。摆动盘组件中包括摆动盘和4个滚子，滚子轴线均与摆动盘轴线垂直相交，相邻滚子轴线之间的夹角为60度。凸轮体上的凸脊与滚子啮合，凸脊轮廓在凸轮旋转一周过程中分为两个间歇期与两个摆动期，两个摆动期段的凸脊轮廓均为三段螺旋凸脊，能使摆动盘发生180度摆动；两个停歇期段的凸脊轮廓均为圆环面，且分别位于弧面凸轮体的两个轴端。凸轮体旋转一周过程中，摆动盘依次发生了一次顺时针摆动、第一次间歇、一次逆时针摆动和第二次间歇，从而实现了180度往复间歇摆动，并实现了双停留运动规律。

Description

一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构

技术领域

本发明涉及一种间歇传动机构，特别是一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构，属于机械技术领域。

背景技术

凸轮摆动机构，主要有凸轮体和带有滚子的摆动盘组成，通过凸轮推动摆动盘上的滚子，把凸轮的连续转动转换为摆动盘的周期性间歇往复摆动。凸轮摆动机构有很多种结构形式，如平面摆动凸轮、圆柱摆动凸轮或弧面摆动凸轮等。其中由于弧面凸轮机构冲击振动小，运转平稳可靠，具有较好的动力学特性，所以在需要高速度、高精度摆动的生产线工序中，往往使用弧面摆动凸轮机构实现两个工序之间的物料传递。但是，目前市场上的常见弧面凸轮摆动机构，摆动盘通常安装有两个滚子，最大摆动角度为两个滚子之间的夹角，一般不会大于60度。而在生产线中，往往两个相邻工序之间的角度是180度，这就要求弧面凸轮摆动机构必须完成180度往复摆动，且在两个工序位置上必须留有一定的工作时间，即弧面摆动凸轮机构的运动规律必须是双停留运动规律，这种规律是连杆机构及其他机构无法实现的。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明采用的技术方案是：本发明的一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构主要由输入轴、输出轴、弧面凸轮体、摆动盘组件组成。

所述的输入轴和输出轴相互交错垂直，弧面凸轮体通过键连接安装在输入轴上，摆动盘组件通过键连接安装在输出轴上。所述的摆动盘组件包括摆动盘和4个滚子，滚子轴线均与摆动盘轴线垂直相交，且所有滚子沿圆周径向固定连接在摆动盘上，相邻滚子轴线之间的夹角为60度，即4个滚子均匀分布在摆动盘的半个圆周上；滚子形状可以为圆柱形、圆台形或圆弧形。

所述的弧面凸轮体是一个以圆弧为母线的回转体上环绕叠加了四段凸脊，按照先后位置顺序分别为凸脊Ⅰ、凸脊Ⅱ、凸脊Ⅲ和凸脊Ⅳ。其中，凸脊Ⅰ和凸脊Ⅲ均包括两段螺旋凸脊以及一段圆环凸脊，圆环凸脊在两段螺旋凸脊的中间，凸脊Ⅰ中的圆环凸脊与凸脊Ⅲ中的圆环凸脊分别位于圆弧回转体的两个轴端；凸脊Ⅱ和凸脊Ⅳ只包括一段螺旋凸脊，凸脊Ⅱ的螺旋凸脊位于凸脊Ⅰ的一段螺旋凸脊和凸脊Ⅲ的一段螺旋凸脊中间，凸脊Ⅳ的螺旋凸脊位于凸脊Ⅰ的另一段螺旋凸脊和凸脊Ⅲ的另一段螺旋凸脊中间。

所述的弧面凸轮体的凸脊轮廓在凸轮旋转一周过程中分为四个阶段：上停歇期——下摆动期——下停歇期——上摆动期。上停歇期中的凸脊只包括凸脊Ⅰ的圆环凸脊，下停歇期的凸脊只包括凸脊Ⅲ的圆环凸脊；上摆动期包括三段螺旋凸脊：凸脊Ⅰ中的一段螺旋凸脊、凸脊Ⅲ中的一段凸脊及凸脊Ⅱ的螺旋凸脊，这三段螺旋凸脊的旋向是一致的，可以左旋，也可以右旋；下摆动期包括三段螺旋凸脊：凸脊Ⅰ中的另一段螺旋凸脊、凸脊Ⅲ中的另一段螺旋凸脊及凸脊Ⅳ的螺旋凸脊，这三段螺旋凸脊的旋向是一致的，可以左旋，也可以右旋。上摆动期三段螺旋凸脊的旋向和下摆动期的三段凸脊旋向相反。当凸轮旋转处于上摆动期时，凸脊轮廓推动滚子，使摆动盘顺时针转位摆动；当凸轮旋转处于下摆动期时，凸脊轮廓推动滚子，使摆动盘逆时针转位摆动；两个停歇期的凸脊轮廓为圆环面，凸轮旋转时，凸脊轮廓使摆动盘停止转动。每两个摆动期之间有一个停歇期，从而实现从动盘的往复间歇摆动，也实现了双停留运动规律。

所述凸轮体旋转处于上停歇期时，相邻的滚子Ⅰ和滚子Ⅱ跨夹在凸脊Ⅰ上，两个滚子分别和凸脊Ⅰ上、下两侧的定位圆环面接触，摆动盘无法转动，处于停歇期。以滚子Ⅰ的轴线为0度角，逆时针为正，则此时滚子Ⅰ的位置角为0度，滚子Ⅱ的位置角为60度，滚子Ⅲ的位置角为120度，滚子Ⅳ的位置角为180度。凸轮继续旋转，此时凸脊Ⅰ的廓面已由圆环面变为螺旋凸脊廓面，凸脊Ⅰ的此段螺旋廓面推动滚子Ⅰ和摆动盘顺时针转动，进入下摆动期。凸轮继续旋转，滚子Ⅱ与与凸脊Ⅱ的螺旋廓面接触，从而进入啮合，而滚子Ⅰ逐渐退出啮合，此时凸脊Ⅱ的螺旋廓面推动滚子Ⅱ，使摆动盘继续顺时针摆动。凸轮继续旋转，滚子Ⅲ与凸脊Ⅲ中的一段螺旋廓面接触，从而进入啮合，而滚子Ⅱ逐渐退出啮合，此时凸脊Ⅲ的螺旋廓面推动滚子Ⅲ，使摆动盘继续顺时针摆动。当滚子Ⅲ与凸脊Ⅲ中的圆环面接触时，下摆动期结束，此时滚子Ⅰ的位置角为-180度，滚子Ⅱ的位置角为-120度，滚子Ⅲ的位置角为-60度，滚子Ⅳ的位置角为0度，即此阶段摆动盘按顺时针方向摆动了180度，摆动角为滚子间夹角的3倍。凸轮继续旋转，当凸脊Ⅲ的圆环面进入啮合时，滚子Ⅲ和滚子Ⅳ被夹在凸脊Ⅲ的上、下两侧圆环面中，摆动盘停止转动，凸轮处于下停歇期。凸轮继续旋转，此时凸脊Ⅲ的廓面由圆环面变为螺旋凸脊廓面，凸脊Ⅲ的此段螺旋廓面推动滚子Ⅳ使摆动盘逆时针转动，进入上摆动期。凸轮继续旋转，滚子Ⅲ与凸脊Ⅳ的螺旋廓面接触，从而进入啮合，而滚子Ⅳ逐渐退出啮合，此时凸脊Ⅳ的螺旋廓面推动滚子Ⅲ，使摆动盘继续逆时针摆动。凸轮继续旋转，滚子Ⅱ与凸脊Ⅰ中的一段螺旋廓面接触，从而进入啮合，而滚子Ⅲ逐渐退出啮合，此时凸脊Ⅰ的螺旋廓面推动滚子Ⅱ，使摆动盘继续逆时针摆动。当滚子Ⅰ与凸脊Ⅲ中的圆环面接触时，下摆动期结束，此时滚子Ⅰ的位置角为0度，滚子Ⅱ的位置角为60度，滚子Ⅲ的位置角为120度，滚子Ⅳ的位置角为180度，即此阶段摆动盘按逆时针方向摆动了180度，摆动角为滚子间夹角的3倍。凸轮继续旋转，当凸脊Ⅰ圆环面进入啮合时，滚子Ⅰ和滚子Ⅱ被夹在凸脊Ⅰ的上、下两侧圆环面中，摆动盘停止转动，进入上停歇期，从而完成了一个工作循环。当凸轮转完360度后，开始重复上述过程，进行下一个工作循环。

所述凸轮体旋转一周过程中，摆动盘依次发生了一次顺时针摆动、第一次间歇、一次逆时针摆动和第二次间歇，每次的摆动角度为180度；两次摆动之间必有一次停歇，从而实现了180度往复间歇摆动，并实现了双停留运动规律。

本发明的有益效果是：摆动机构的输入轴旋转一周过程中，输出轴能完成180度双停留间歇往复摆动，实现了大摆动输出，能够满足生产线中的工艺要求；通过两个滚子跨夹在凸轮圆环面凸脊上，消除了侧隙，大大提高了传动精度，极大提升了生产效率。

附图说明

图1为凸轮凸脊处于上停歇期时的滚子与凸脊啮合示意图。

图2为凸轮凸脊处于下摆动期时的滚子与凸脊Ⅰ啮合示意图。

图3为凸轮凸脊处于下摆动期时的滚子与凸脊Ⅱ啮合示意图。

图4为凸轮凸脊处于下摆动期时的滚子与凸脊Ⅲ啮合示意图。

图5为凸轮凸脊处于下停歇期时的滚子与凸脊啮合示意图。

图6为凸轮凸脊处于上摆动期时的滚子与凸脊啮合示意图。

图7为弧面凸轮凸脊廓面的展开示意图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

参看图1，一种实现180度往复摆动的弧面凸轮机构主要由输入轴6、输出轴4、弧面凸轮体7、摆动盘组件组成。所述的输入轴6和输出轴4相互交错垂直，凸轮体7通过键连接安装在输入轴6上，摆动盘组件通过键连接安装在输出轴4上。所述的摆动盘组件包括摆动盘5和多个滚子1，滚子轴线均与摆动盘5轴线垂直相交，且所有滚子1通过螺纹连接和销连接沿摆动盘圆周径向固定在摆动盘5上，滚子数为4个，滚子之间的圆心角均为60°；滚子形状为圆柱体，可以由滚针轴承或凸轮从动轴承代替。

所述的弧面凸轮体7为一个以圆弧为母线的回转体上环绕叠加了四段凸脊，分别为凸脊Ⅰ9、凸脊Ⅱ17、凸脊Ⅲ22和凸脊Ⅳ27。参看图7，凸脊Ⅰ9和凸脊Ⅲ22均包括两段螺旋凸脊以及一段圆环凸脊，圆环凸脊在两段螺旋凸脊的中间，两段螺旋凸脊中一段为左旋，另一段为右旋，凸脊Ⅰ9中的圆环凸脊与凸脊Ⅲ22中的圆环凸脊分别位于圆弧回转体7的两个轴端；凸脊Ⅱ17和凸脊Ⅳ27只包括一段螺旋凸脊，凸脊Ⅱ17的螺旋凸脊旋向为左旋，位于凸脊Ⅰ9的左旋凸脊和凸脊Ⅲ22的左旋凸脊中间；凸脊Ⅳ27的螺旋凸脊旋向为右旋，位于凸脊Ⅰ9的右旋凸脊和凸脊Ⅲ22的右旋凸脊中间。参看图7，所述的凸轮廓在凸轮旋转一周过程中分为四个阶段：上停歇期28——下摆动期26——下停歇期25——上摆动期24。

上停歇期28中的凸脊只包括凸脊Ⅰ9的圆环凸脊，下停歇期25的凸脊只包括凸脊Ⅲ22的圆环凸脊；上摆动期24包括三段右旋凸脊：凸脊Ⅰ9中的右旋凸脊、凸脊Ⅲ22中的右旋凸脊及凸脊Ⅱ；下摆动期26包括三段左旋凸脊：凸脊Ⅰ9中的左旋凸脊、凸脊Ⅲ22中的左旋凸脊及凸脊Ⅳ。当凸轮旋转处于上摆动期24时，三段右旋凸脊轮廓依次推动滚子，使摆动盘5逆时针转位摆动；当凸轮旋转处于下摆动期26时，三段左旋凸脊轮廓依次推动滚子，使摆动盘5顺时针转位摆动；两个停歇期的凸脊轮廓为圆环面，凸轮旋转时，凸脊轮廓使摆动盘5停止转动。每两个摆动期之间有一个停歇期，从而即实现从动盘的往复间歇摆动，也实现了双停留运动规律。

参看图1，所述弧面凸轮体7旋转处于上停歇期28时，相邻的滚子Ⅰ3和滚子Ⅱ2跨夹在凸脊Ⅰ9上，滚子Ⅰ3和滚子Ⅱ2分别和凸脊Ⅰ9的定位圆环面上侧廓面8和下侧廓面10接触，摆动盘5无法转动，处于上停歇期。以滚子Ⅰ3的轴线为0度角，逆时针为正，则此时滚子Ⅰ3的位置角为0度，滚子Ⅱ2的位置角为60度，滚子Ⅲ14的位置角为120度，滚子Ⅳ18的位置角为180度。

参看图2，弧面凸轮体7继续旋转，此时凸脊Ⅰ9的廓面已由圆环面变为左旋凸脊廓面11，凸脊Ⅰ9的螺旋廓面11推动滚子Ⅰ3使摆动盘5顺时针转位摆动，进入下摆动期；参看图3，一段时间后，滚子Ⅱ2进入啮合，并与凸脊17下面的左螺旋廓面12接触，凸脊17下面的左螺旋廓面12推动滚子Ⅱ2使摆动盘5继续顺时针转位摆动，而在适当时刻，滚子Ⅰ3退出啮合；一段时间后滚子Ⅲ14与凸脊Ⅲ22下面的左螺旋廓面13接触，从而也进入啮合。

参看图4，弧面凸轮体7继续旋转，凸脊Ⅲ22下面的左旋廓面13推动滚子Ⅲ14使摆动盘5继续顺时针转动，某一时刻，滚子Ⅱ2退出啮合，而滚子Ⅳ18与凸脊Ⅲ22上面的左螺旋廓面15接触，从而也进入啮合，直到滚子Ⅲ14和滚子Ⅳ18分别与凸脊Ⅲ22的圆环面接触，下摆动期26结束。参看图5，此时滚子Ⅰ3的位置角为-180度，滚子Ⅱ2的位置角为-120度，滚子Ⅲ14的位置角为-60度，滚子Ⅳ18的位置角为0度，即在下摆动期摆动盘5按顺时针方向摆动了180度，摆动角为滚子轴线夹角的3倍。

参看图5，弧面凸轮体7继续旋转，当凸脊Ⅲ22的圆环面进入啮合时，滚子Ⅲ14和滚子Ⅳ18跨夹凸脊Ⅲ22两侧的定位圆环面上，滚子Ⅲ14和滚子Ⅳ18分别和凸脊Ⅲ22定位圆环面的上侧廓面16和下侧廓面19接触，摆动盘5停止转动，处于下停歇期。

参看图6，弧面凸轮体7继续旋转，此时凸脊Ⅲ22的廓面由圆环面变为右旋凸脊廓面，凸脊Ⅲ22上面的右螺旋廓面20推动滚子Ⅳ18继续旋转，使摆动盘5逆时针转动，进入上摆动期24；凸轮继续旋转，随后凸脊Ⅳ27上面的右旋廓面21推动滚子Ⅲ14使摆动盘继续逆时针转动，随后凸脊Ⅰ9上面的右旋廓面23推动滚子Ⅱ2使摆动盘继续逆时针转动，直到凸轮旋转使滚子Ⅰ3和滚子Ⅱ2分别与凸脊Ⅰ9中的定位环面接触，上摆动期结束，又进入上停歇期，完成了一个工作循环。在上摆动期结束时，滚子Ⅰ3的位置角为0度，滚子Ⅱ2的位置角为60度，滚子Ⅲ14的位置角为120度，滚子Ⅳ18的位置角为180度，即此阶段摆动盘5按逆时针方向摆动了180度。当凸轮转完360度后，进行下一个工作循环。

所述弧面凸轮体7旋转一周过程中，摆动盘5依次发生了一次顺时针摆动、第一次间歇、一次逆时针摆动和第二次间歇，每次的摆动角度均为180度。

Claims (6)

1.一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构，主要包括输入轴、输出轴、固连在输入轴上的弧面凸轮体、固连在输出轴上的摆动盘组件，其特征在于：所述的输入轴和输出轴是交错垂直，摆动盘设置有4个滚子，所有滚子沿摆动盘圆周径向固定连接在摆动盘上，滚子轴线均与摆动盘轴线垂直相交；且每个滚子间隔角度为60度，即4个滚子均匀分布在摆动盘的半个圆周上；所述的弧面凸轮体是一个以圆弧为母线的回转体上环绕叠加了四段凸脊；凸脊轮廓在凸轮旋转一周过程中分为两个间歇期与两个摆动期，即上停歇期、下停歇期与上摆动期、下摆动期；上摆动期和下摆动期均包括三段螺旋凸脊，上停歇期和下停歇期均为一段圆环面，但分别位于弧面凸轮体的两个轴端；所述的弧面凸轮体旋转一周过程中，摆动盘依次发生了一次顺时针摆动、第一次间歇、一次逆时针摆动和第二次间歇，每次的摆动角度为180度，从而实现了180度往复间歇摆动，并实现了双停留运动规律。

2.据权利要求1所述的一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构，其特征在于，弧面凸轮体上环绕的四段凸脊按照先后位置顺序分别为凸脊Ⅰ、凸脊Ⅱ、凸脊Ⅲ和凸脊Ⅳ；凸脊Ⅰ和凸脊Ⅲ均包括两段螺旋凸脊以及一段圆环凸脊，圆环凸脊在两段螺旋凸脊的中间，凸脊Ⅰ中的圆环凸脊与凸脊Ⅲ中的圆环凸脊分别位于圆弧回转体的两个轴端；凸脊Ⅱ和凸脊Ⅳ只包括一段螺旋凸脊，凸脊Ⅱ的螺旋凸脊位于凸脊Ⅰ的一段螺旋凸脊和凸脊Ⅲ的一段螺旋凸脊中间，凸脊Ⅳ的螺旋凸脊位于凸脊Ⅰ的另一段螺旋凸脊和凸脊Ⅲ的另一段螺旋凸脊中间。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构，其特征在于上停歇期中的凸脊只包括凸脊Ⅰ的圆环凸脊，下停歇期的凸脊只包括凸脊Ⅲ的圆环凸脊；上摆动期包括的三段螺旋凸脊为：凸脊Ⅰ中的一段螺旋凸脊、凸脊Ⅲ中的一段凸脊及凸脊Ⅱ的螺旋凸脊；下摆动期包括的三段螺旋凸脊：凸脊Ⅰ中的另一段螺旋凸脊、凸脊Ⅲ中的另一段螺旋凸脊及凸脊Ⅳ的螺旋凸脊。

4.根据权利要求1、权利要求2和权利要求3所述的一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构，其特征在于上摆动期的三段螺旋凸脊的旋向是一致的，下摆动期的三段螺旋凸脊的旋向也是一致的，可以左旋，也可以右旋，但上摆动期三段螺旋凸脊的旋向和下摆动期的三段凸脊的旋向相反。

5.根据权利要求1和权利要求2所述的一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构，其特征在于当凸轮旋转处于上停歇期时，相邻的滚子Ⅰ和滚子Ⅱ跨夹在凸脊Ⅰ上，两个滚子分别和凸脊Ⅰ上、下两侧的定位圆环面接触，摆动盘无法转动；当凸轮旋转处于下停歇期时，滚子Ⅲ和滚子Ⅳ被夹在凸脊Ⅲ的上、下两侧圆环面中，摆动盘无法转动；当凸轮旋转处于下摆动期时，三段螺旋凸脊先后推动滚子Ⅰ、滚子Ⅱ和滚子Ⅲ，使摆动盘连续顺时针摆动180度；当凸轮旋转处于上摆动期时，三段螺旋凸脊先后推动滚子Ⅳ、滚子Ⅲ和滚子Ⅱ，使摆动盘连续逆时针摆动180度。

6.根据权利要求1所述的一种实现180度往复间歇摆动的弧面凸轮机构，其特征在于滚子形状可以为圆柱形、圆台形或圆弧形。