CN203703050U - 内球面凸轮及内球面凸轮摇杆机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种内球面凸轮及内球面凸轮摇杆机构，其中内球面凸轮摇杆机构设于机架上，其包括可绕自身轴心线旋转地设于所述机架上的内球面凸轮、铰支在所述机架上可摆动的摇杆，所述内球面凸轮包括凸轮本体，所述凸轮本体的一轴端上具有沿其轴向内凹的内球面，所述内球面上开设有凸轮槽，所述凸轮槽在所述凸轮本体上呈封闭状，所述摇杆的一端设有导向件，所述导向件间隙配合地设于所述凸轮槽中，当内球面凸轮在外部动力驱动下绕自身轴心线旋转时，导向件在凸轮槽与内球面的作用下沿凸轮槽滑动，摇杆绕其铰支点摆动。该内球面凸轮摇杆机构其结构简单，可获得较大的输出位移。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种内球面凸轮及内球面凸轮摇杆机构。
背景技术
摇杆机构，亦即铰支杠杆作往复摆动运动的机构，在工业及国民经济各行业中均有大量的应用。目前，工业上广泛应用的摇杆机构主要有曲柄-连杆-摇杆机构和凸轮-摇杆机构两种。
对于曲柄-连杆-摇杆机构，该类型的摇杆机构所能够得到的摇杆摆动幅度最大，但是该机构存在三个运动构件，机构较为复杂，而且摇杆的位移、速度、加速度都是固定不变的，从而极大地限制了其应用范围。
对于凸轮-摇杆机构，该类型的摇杆机构虽然能够依靠设计凸轮曲线来得到不同的摇杆位移、速度和加速度，但是常见的盘状凸轮摇杆机构、轴向凸轮摇杆机构、弧面凸轮分度机构等，大多存在摇杆摆动幅度小，亦即摆杆输出位移小的问题。上述三种凸轮机构还有一个共同的突出缺点，即凸轮机构在凸轮径向上的结构尺寸相对较大，机构的紧凑性较差。此外，有些凸轮摇杆机构采用力封闭设计，需要通过外力来实现摇杆的回程。
例如，机械工业出版社2007年10月第1版的《机械设计实用机构与装置图册（美Neil Sclater,Nicholas P.Chironis编，邹平 译）》中第150页图5.1-2所介绍的端面形封闭凸轮-摇杆机构、机械工业出版社2004年3月第1版的《机构构型与选用（孟宪源 姜琪 编著）》中第68页图1-164所介绍的轴向凸轮-摇杆机构、化学工业出版社2013年8月第1版的《高等机械设计（王新华 主编）》中第109页图6-17所介绍的弧面凸轮（亦称蜗杆凸轮）分度机构，均采用形封闭设计，其摇杆的摆动幅度受到较大制约。而《机械工程学报》杂志1996年4月第2期发表的《新型球面空间分度凸轮机构啮合特性的研究》所介绍的所谓的新型球面分度凸轮机构，实际上可以用厚度较大的盘状凸轮来代替；而且该凸轮采用力封闭方式，如果变成形封闭，需要另外增加一只凸轮，无论是结构复杂程度还是制造成本无疑都大大提高。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单的内球面凸轮。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种内球面凸轮，包括凸轮本体，所述凸轮本体的一轴端上具有沿其轴向内凹的内球面，所述内球面上开设有凸轮槽。
优选地，所述凸轮槽在所述凸轮本体上呈封闭状。
本实用新型的另一目的是提供一种结构简单的内球面凸轮摇杆机构，从而获取较大的输出位移。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种内球面凸轮摇杆机构，设于机架上，所述摇杆机构包括可绕自身轴心线旋转地设于所述机架上的内球面凸轮、铰支在所述机架上可摆动的摇杆，所述内球面凸轮包括凸轮本体，所述凸轮本体的一轴端上具有沿其轴向内凹的内球面，所述内球面上开设有凸轮槽，所述凸轮槽在所述凸轮本体上呈封闭状，所述摇杆的一端设有导向件，所述导向件间隙配合地设于所述凸轮槽中。
优选地，所述摇杆在所述机架上的铰支中心位于所述凸轮本体的旋转中心线上。
优选地，所述摇杆上收容在所述凸轮槽的所述导向件为圆柱端头、球头端头、圆柱滚子、球面滚子中的一种。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：内球面凸轮摇杆机构上，实质的运动部件仅为内球面凸轮和摇杆，其以最少的机械构件便实现了摇杆机构的复杂运动，其结构简单、制造工艺性好、技术性能指标高，可以输出不同的位移、速度和加速度，同时可以获得较大的输出位移，克服了现有技术中摇杆机构存在的缺陷，也填补了凸轮机构领域的一项空白，对传统的机构学来说也是一种贡献。
附图说明
附图1为本实用新型中内球面凸轮上轴侧端面的结构示意图；
附图2为本实用新型中内球面凸轮摇杆机构的结构示意图；
附图3为本实用新型中内球面凸轮摇杆机构另一种结构形式的示意图；
附图4为附图3的内球面凸轮摇杆机构中内球面凸轮的轴侧端面的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
参见图2所示的内球面凸轮摇杆机构，该摇杆机构设于机架1上，其包括可绕自身轴心线旋转地设于机架1上的内球面凸轮2以及铰支在机架1上可摆动的摇杆3。
参见图1、图2所示，内球面凸轮2包括凸轮本体21，凸轮本体21的上轴端旋转地设于机架1上，其下轴端具有沿其轴向内凹的内球面22，内球面22上开设有凸轮槽23，该凸轮槽23在凸轮本体21上呈封闭状，凸轮槽23上至少有一段与凸轮本体1的轴心线之间的径向尺寸为非恒定值。
摇杆3的下端铰支在机架1上，其上端设有导向件4，导向件4中心固定地设置在摇杆3的上端。该导向件4间隙配合地设于凸轮槽23中，从而使得导向件4在凸轮槽23中可沿凸轮槽23的延伸方向滑动或滚动。
在设置时，可使得凸轮槽23与凸轮本体1的轴心线之间径向尺寸为不断变化的，如可设置为本实施例中的椭圆状，这样可使得摇杆3铰支在机架1上的铰支点距离凸轮槽23的距离不断变化。这样，当内球面凸轮2在外部动力驱动下绕自身轴心线旋转时，摇杆3上端的导向件4在凸轮槽23及内球面22的作用下，摇杆3绕其铰支点摆动。
当然，也可将凸轮槽23设置为图3所示的曲线形状，凸轮槽23的曲线是根据摇杆3需输出的角位移、速度及加速度等设计要求来设置的，从而使得摇杆3输出的摆动曲线满足使用需要。
内球面凸轮2上，内球面22在理论上可以做到半球状，因此摇杆3的摆动幅度，即摇杆3输出的角位移，相对于传统的圆柱凸轮摇杆机构、盘状凸轮摇杆机构以及外球面摇杆机构等，可以大幅度地提高。
与其他凸轮摇杆机构一样，该内球面凸轮摇杆机构上，凸轮槽23的延伸曲线可以根据需要而设计，因此摇杆3输出的角位移、速度与加速度等可以有多种变化，这相比传统的曲柄-连杆-摇杆机构，其技术性能指标显著提高。此外，参见图1所示，本实施例中，凸轮槽23呈封闭状，这样，摇杆3不需要通过外力便可实现摇杆3的回程，而无需像现有技术中某些凸轮摇杆机构上需要外加一只凸轮来构成封闭装置，因而相对简化了机构。
内球面凸轮2的加工可借助多轴联动数控加工技术，内球面22及凸轮槽23的加工通过数控编程的方式进行加工，其制造工艺性优良，与现有技术中的圆柱凸轮、弧面凸轮等基本相同。
根据负载以及使用寿命等不同需求，导向件4可设置为圆柱端头、球头端头、圆柱滚子、球面滚子中的一种，当导向件4为圆柱端头或球头端头时，其结构较为简单，但由于该导向件4与凸轮槽23之间在相对滑动时为滑动摩擦，其使用寿命较短；采用圆柱滚子或球面滚子作为导向件4，导向件4在凸轮槽23中相对凸轮槽23发生滚动，两者之间为滚动摩擦，因而可显著地提高其使用寿命。
附图3所示的内球面凸轮摇杆机构中，其与附图2所示的内球面凸轮摇杆机构的区别仅在于摇杆3上铰支点的设置，该实施例中，摇杆3的中部铰支在机架1上，摇杆3上与导向件4所在端部相异的端部作为其输出端，其他设置方式均与附图2所示的实施例相一致。
综上，如何以较少或最少的运动构件，来创新设计出摇杆机构，始终是机构学领域的一个技术难题。因为作为一个机构来说，运动构件少不仅意味着结构简单，制造成本低，更重要的是意味着工作可靠性高。而本实用新型的内球面凸轮摇杆机构，其从运动学的意义上只有2个实质性运动构件，即内球面凸轮2与摇杆3，其以最少的机械构件便实现了摇杆机构的复杂运动，其结构简单、制造工艺性好、技术性能指标高，可以输出不同的位移、速度和加速度，同时可以获得较大的输出位移，克服了现有技术中摇杆机构存在的缺陷，也填补了凸轮机构领域的一项空白，对传统的机构学来说也是一种贡献。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种内球面凸轮，其特征在于：包括凸轮本体，所述凸轮本体的一轴端上具有沿其轴向内凹的内球面，所述内球面上开设有凸轮槽。
2.根据权利要求1所述的内球面凸轮，其特征在于：所述凸轮槽在所述凸轮本体上呈封闭状。
3.一种内球面凸轮摇杆机构，设于机架上，其特征在于：所述摇杆机构包括可绕自身轴心线旋转地设于所述机架上的内球面凸轮、铰支在所述机架上可摆动的摇杆，所述内球面凸轮包括凸轮本体，所述凸轮本体的一轴端上具有沿其轴向内凹的内球面，所述内球面上开设有凸轮槽，所述凸轮槽在所述凸轮本体上呈封闭状，所述摇杆的一端设有导向件，所述导向件间隙配合地设于所述凸轮槽中。
4.根据权利要求3所述的内球面凸轮摇杆机构，其特征在于：所述摇杆在所述机架上的铰支中心位于所述凸轮本体的旋转中心线上。
5.根据权利要求3所述的内球面凸轮摇杆机构，其特征在于：所述导向件为圆柱端头、球头端头、圆柱滚子、球面滚子中的一种。
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| CN103775607A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-05-07 | 苏州大学 | 内球面凸轮及内球面凸轮摇杆机构 |
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