CN110107674A - 一种双面凸轮机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双面凸轮机构，包括双面凸轮、第一随动件、第二随动件、轴承、滑块和滑轨；凸轮从动件不需要过度部件就可以切换至另一侧凸轮轨道槽内，运动流畅无卡死，可适用于无碳小车中驱动轮与转向轮之间的运动转换。

Description

一种双面凸轮机构

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种双面凸轮机构。

背景技术

目前，自动化领域的集聚发展，所需要实现的运动也越为复杂化，传统的凸轮在原有径向大小上无法在实现更为复杂的运动。现有的机械结构中无简单的既能实现复杂运动又能实现对称轨迹变化的机构。以无碳小车为例，现有凸轮结构在实现驱动轮与转向轮之间的运动转换时，尤其是对称轨迹变化的运动转换时并没有很好的解决办法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双面凸轮机构。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种双面凸轮机构，包括双面凸轮、第一随动件、第二随动件、轴承、滑块和滑轨；

所述双面凸轮以轴孔为轴心进行转动，双面凸轮的两侧形成有形状为不封闭圆形的轨道槽；

所述滑轨安装于双面凸轮的一侧，并对其沿双面凸轮轴向进行限位；

所述滑块设置于滑轨内，可沿其滑动，所述滑块与第一随动件、第二随动件固定连接，所述第一随动件、第二随动件上分别安装有轴承，所述轴承分别对应双面凸轮两侧的轨道槽，二轴承可交替与二轨道槽发生相对转动；

所述轨道槽的起始段与结束段形成有用于使轴承进出轨道槽的渐变坡。

在上述技术方案中，所述轴孔位于双面凸轮的重心处。

在上述技术方案中，所述双面凸轮的轴孔与轨道槽之间至少形成有一处镂空，轴孔与轨道槽之间形成有支撑筋。

在上述技术方案中，所述轴孔与轨道槽之间的支撑筋上设置有销孔，用于固定凸轮或选择凸轮的初始位置。

在上述技术方案中，所述双面凸轮上设置有安装槽，用于安装时供轴承通过。

在上述技术方案中，所述第一随动件、第二随动件上形成有通孔。

在上述技术方案中，所述第一随动件、第二随动件上设置有用于安装轴承的支撑头。

在上述技术方案中，所述第一随动件、第二随动件与滑块相接触的凹槽底面两侧形成有定位片，

在上述技术方案中，所述凹槽底面上形成有定位螺纹孔。

在上述技术方案中，所述定位片的两端设置有滑块限位片。

本发明的优点和有益效果为：

一种双面凸轮机构，凸轮从动件不需要过度部件就可以切换至另一侧凸轮轨道槽内，运动流畅无卡死，可适用于无碳小车中驱动轮与转向轮之间的运动转换。

附图说明

图1示出了根据本专利实施例的一种双面凸轮机构结构示意图；

图2示出了根据本专利实施例的一种双面凸轮机构爆炸图；

图3a示出了根据本专利实施例的双面凸轮正面的结构；

图3b示出了根据本专利实施例的双面凸轮反面的结构；

图4示出了根据本专利实施例的随动件的结构；

图5a示出了根据本专利实施例的传动部件位置移动示意图；

图5b1和图5b2示出了根据本专利实施例的传动部件在假定的起始位置示意图；

图5c示出了根据本专利实施例的传动部件在假定的起始位置凸轮旋转α度后的示意图；

图5d示出了根据本专利实施例的传动部件在假定的起始位置凸轮旋转一周后的示意图；

图5e示出了根据本专利实施例的传动部件在假定的起始位置凸轮旋转360°+α°后的示意图；

图6示出了根据本专利实施例的随动件安装示意图；

图7示出了“S环形”赛道轨迹曲线图；

图8示出了实施例2中的理论轨迹函数。

其中：110为轴孔，120为支撑筋，130为销孔，140为镂空图案，150为轨道槽，151为渐变坡，152为轨道槽底，153为圆弧过度，160为安装槽，170为配重，200为第二随动件，210为定位片，211为滑块限位片，220为凹槽底面，为221定位螺纹孔，230为延伸杆，240为轴承支撑头，300为第二随动件，400为滑块，500为滑轨，600为轴承。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1一种双面凸轮机构的基本结构

本专利的凸轮机构的组成如下。图1示出了根据本专利的凸轮机构的结构示意图，图2示出了根据本专利的凸轮机构的零件爆炸图。本专利的凸轮机构由双面凸轮100、第一随动件200、第二随动件300、滑块400、滑轨500和轴承600组成。其中第一随动件200和第二随动件300通过螺钉与滑块400连接固定，为了减小与凸轮轨道槽之间的摩擦力，随动件与双面凸轮接触处装有轴承。双面凸轮旋转时轴承在轨道槽转动运动，根据轨道槽的轨迹变化轴承带动随动件做直线往复规律运动，随动件又通过滑块与滑轨相连从而实现运动。

接着将进一步介绍本专利凸轮机构中的双面凸轮100。图3a示出了双面凸轮的结构示意图。参见图3a，双面凸轮100包括特征轴孔110，支撑筋120，销孔130，镂空图案140，轨道槽150，安装槽160，配重170。

双面凸轮100具有一定厚度，其外侧轮廓根据轨道槽曲线和配重块而定，出现尖点处通过圆弧过度，使轮廓连成光滑过度的曲线。

轴孔110为凸轮的旋转中心及其重心所在位置，并且轴孔110周围有一定厚度的壁。支撑筋120为凸轮基圆以内的无用镂空去重后连接轴孔110与轨道槽的支撑筋。参见图3a支撑筋120可通过所需求刚度改变其筋数和粗细。销孔130是凸轮的固定孔，可通过与其他构件的连接固定凸轮或选择初始位置，一般设置在支撑筋120上。镂空图案140是为了在保证凸轮正常运行的情况下最大的减小凸轮自身的重量，镂空图案上筋所在的位置为另一侧轨道槽内，以免凸轮在倾斜的情况下运转凸轮随动件200、300卡入镂空图案内出现卡死。轨道槽150为凸轮上最重要的一部分，其完全影响影响从动件的运动轨迹。参加图3a会发现轨道槽150为不封闭的曲线，并且其始末端轨道渐渐消失。参见图3b始末端轨道槽均为渐变坡151，可使随动件200随着轨道槽的渐渐消失而向外移动，并且此时凸轮另一侧轨道槽对应的随动件300也渐渐移动至始端轨道槽内。为使始末端轨道槽与轨道槽底152和凸轮表面更光滑的连接，在始末端轨道槽和的始末添加了圆弧过度153。安装槽160是为了方便随动件200、300的安装而设计的，其宽度略大于轴承600的外圈。此外还在安装槽160处添加小圆角避免轴承进入时刮伤。配重170是为了凸轮在中高速运转时避免发生偏心而设计的，配重170可使凸轮重心移动至轴孔110处。

第一随动件200设置在导轨400上，如图4随动件200两侧的定位片210具有定位功能，并且定位片上设计有滑块限位片211。在随动件200定位凹槽底面220还设有定位螺纹孔221，和两侧定位片210与凹槽底面形成三面一点的定位方式，可进行有效的限位。延伸杆230是为了防止滑块400与双面凸轮100产生干涉，并有效的支撑轴承支撑头240而设计，其长度由双面凸轮100与滑块400的运动不干涉而定。而且在延伸杆230上还可适当的添加镂空图案以减重美观。支撑头240由一段阶梯轴组成小段用于支撑轴承600，大段用于轴承600的限位，加大轴的刚性和延伸轴承的位置。

图5a示出了根据本专利实施例的传动部件位置移动示意图。前面实施例介绍了，凸轮表面设有轨道槽，从动部件中随动件上到轴承能够插入到轨道槽中，并在轨道槽的带动下移动。参见图5a，当凸轮旋转一周时，带动传动部件从第一位置到达第二位置，凸轮再旋转一周时，带动传动部件从第二位置到达第一位置。

图5b1和图5b2示出了根据本专利实施例的传动部件在假定的起始位置示意图。此时处于第一随动件200正要进入凸轮的X侧轨道槽内。参见图5b和5c,当凸轮旋转角度α后，随着凸轮的Y侧轨道槽渐渐消失，推动第二随动件300向外侧移动，同时带动第一随动件200向内侧移动，使随动件第一动件200进入X侧轨道槽内。凸轮继续旋转至图5d所示位置，此时为凸轮X侧轨道槽深度即将变化处第一随动件200与凸轮的相对位置，同时也是凸轮由假定的起始位置旋转后一周的位置，期间凸轮带动传动部件按预先设定的轨迹运动。参见图5e,凸轮再旋转角度α后，随着凸轮的X侧轨道槽渐渐消失，推动第一随动件200向外侧移动，同时带动第二随动件300向内侧移动，使第二随动件300进入Y侧轨道槽内。随后运动原理与第一随动件200在凸轮X侧轨道槽内运动一致，并且凸轮可进行正反旋转。

例如，第一位置例如是B点，即起点，第二位置例如是E点，即终点。在随动件从起点位置移动到终点位置的过程中，在过渡阶段，轴承会与凸轮X侧轨迹槽“推”侧底面相摩擦。例如，过渡阶段例如是凸轮以轴孔为圆心旋转第一角度α，例如15°夹角(即图5c中轨迹槽157区域)。在随动件上轴承与凸轮轨迹槽底侧接触之后的驱动阶段，凸轮X侧轨迹槽内侧通过“推”的方式带动从动部件移动，在该驱动阶段中，凸轮例如旋转第二角度β，例如345°夹角(即图5d中轨迹槽157区域)。至此输出杆到达在终点位置。此外，与前面过程相反的，在随动件从第二位置到第一位置的过程中，上阶段的轴承从与凸轮的内壁接触转换为与凸轮的外壁接触。并且，在输出部件从第二位置到第一位置的过程中，在上阶段的轴承与外壁接触后，另一侧轴承在Y侧轨道槽内移动。

此外，随动件与凸轮之间具有一定的活动间隙，在运动过程中随动件可与凸轮表面调整一定距离，避免直接接触产生的摩擦。

图6示出了根据本专利实施例的随动件安装示意图。前面实施例介绍了，凸轮的一表面设有安装槽，传动部件设有轴承，轴承能够插入到轨道槽中。参见图6，将随动件与凸轮移动至第一位置，向凸轮中心方向移动从动部件通过凸轮安装槽至第二位置，最后拨动随动件将其移动至轨道槽内如第三位置。上述为从动件安装至凸轮轨道槽内的方法。

实施例2一种双面凸轮机构的参数设计

以第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛中“S环形”赛道挑战赛为例。首先根据理论轨迹曲线，并建立坐标系如图7所示轨迹图，将轨迹可分为四段相同的样条线，一段样条线对应凸轮一面凹槽轨迹，根据曲线上关键坐标点，通过MATLAB的CFTOOL函数拟合出一段样条线的理论函数，遵循简单可靠的原则，其理论函数选定为分段函数，例如当X∈[0,2270]时，其对应函数如图8所示。利用理论轨迹函数与前轮相对转角的数学关系，通过MATLAB得到前轮相对转角的数据。取凸轮机构从动件上与凸轮接触的点为A，设点A的位移为S；设前轮相对于后轮的转角θ；设摇杆与前轮轴平行时，前叉轴中心到滑块的距离为a；设前轮轴与后轮轴平行时，距离为L；设r为后轮轨迹的曲率半径；设y为轨迹方程。

则S＝a*tanθ，θ＝arctan(L/r)，r＝1/k，k＝|y″/((1+(y′)^2)^(3/2)|

关键程序：

计算出理论函数后利用SOLIWORKS三维软件建立相应装配关系的三维装配图，如图9所示导入前期获得的前轮相对转角数据，利用MOTION分析得到凸轮轨迹轮廓线，最后利用三维建模设计最终的凸轮模型。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双面凸轮机构，其特征在于：包括双面凸轮、第一随动件、第二随动件、轴承、滑块和滑轨；

所述双面凸轮以轴孔为轴心进行转动，双面凸轮的两侧形成有形状为不封闭圆形的轨道槽；

所述滑轨安装于双面凸轮的一侧，并对其沿双面凸轮轴向进行限位；

所述滑块设置于滑轨内，可沿其滑动，所述滑块与第一随动件、第二随动件固定连接，所述第一随动件、第二随动件上分别安装有轴承，所述轴承分别对应双面凸轮两侧的轨道槽，二轴承可交替与二轨道槽发生相对转动；

所述轨道槽的起始段与结束段形成有用于使轴承进出轨道槽的渐变坡。

2.根据权利要求1所述的一种双面凸轮机构，其特征在于：所述轴孔位于双面凸轮的重心处。

3.根据权利要求1所述的一种双面凸轮机构，其特征在于：所述双面凸轮的轴孔与轨道槽之间至少形成有一处镂空，轴孔与轨道槽之间形成有支撑筋。

4.根据权利要求1所述的一种双面凸轮机构，其特征在于：所述轴孔与轨道槽之间的支撑筋上设置有销孔，用于固定凸轮或选择凸轮的初始位置。

5.根据权利要求1所述的一种双面凸轮机构，其特征在于：所述双面凸轮上设置有安装槽，用于安装时供轴承通过。

6.根据权利要求1所述的一种双面凸轮机构，其特征在于：所述第一随动件、第二随动件上形成有通孔。

7.根据权利要求1所述的一种双面凸轮机构，其特征在于：所述第一随动件、第二随动件上设置有用于安装轴承的支撑头。

8.根据权利要求1所述的一种双面凸轮机构，其特征在于：所述第一随动件、第二随动件与滑块相接触的凹槽底面两侧形成有定位片。

9.根据权利要求8所述的一种双面凸轮机构，其特征在于：所述凹槽底面上形成有定位螺纹孔。

10.根据权利要求8所述的一种双面凸轮机构，其特征在于：所述定位片的两端设置有滑块限位片。