CN207634634U - 一种摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构，所述摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构包括机架、凸轮原动件、滚子和直动从动件，凸轮原动件安装在机架上且其上开有滚子槽，滚子与滚子槽两侧工作廓面高副连接，滚子与直动从动件通过转动副连接，所述直动从动件通过转动副还连接有中间摇块，中间摇块通过移动副连接有摆动从动件，摆动从动件一端通过转动副与机架连接。本实用新型通过在直动从动件锥柱空间凸轮上在增加一个中间摇块和摆动从动件，实现在同一凸轮原动件和同一工作廓面输出摆动和直动两种关联运动。

Description

一种摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构

技术领域

本实用新型涉及一种摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构，属于空间凸轮技术领域。

背景技术

空间凸轮机构因其具有能实现精确的运动传递与控制、传动能力强、结构紧凑、高可靠性、低成本的显著优点被广泛应用于各类机械产品中。目前，空间凸轮机构可分为空间锥柱凸轮机构、空间分度凸轮机构等，其中，空间锥柱凸轮机构以其从动件的运动形式不同，可再细分为直动从动件空间锥柱凸轮机构和摆动从动件空间锥柱凸轮机构两个子类型，其从动件的输出运动形式分别为沿定直线的平动和绕定轴的转动。

图1为摆动从动件锥柱空间凸轮机构，图2为直动从动件锥柱空间凸轮机构，图中1均为凸轮原动件，2为滚子，3为从动件。滚子安装于凸轮原动件的工作廓面槽中，凸轮原动件绕自身轴线旋转，特定的工作廓面推动滚子带动从动件按预定的运动规律进行摆动和直动运动。

对比图1和图2可知，目前的空间锥柱凸轮机构因其结构限制，仅能分别输出直动和摆动运动，对于同时需要两种运动的应用场合，必须分别配置直动凸轮机构和摆动凸轮机构，从而带来机械结构复杂、重量增加、安装困难等问题，势必增加设计难度和制造成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构，该空间锥柱凸轮机构能以同一凸轮原动件和同一工作廓面实现摆动和直动两种关联运动输出。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构，包括机架、凸轮原动件、滚子和直动从动件，所述凸轮原动件通过转动副安装在机架上且其上开有滚子槽，滚子与滚子槽两侧工作廓面高副连接，滚子与直动从动件通过转动副连接，直动从动件通过移动副安装在机架上，所述直动从动件通过转动副还连接有中间摇块，中间摇块通过移动副连接有摆动从动件，摆动从动件一端通过转动副与机架连接，当凸轮原动件沿自身轴线旋转时，滚子带动直动从动件做直线运动，同时摆动件绕机架做定轴摆动。

进一步地，所述凸轮原动件为圆柱凸轮或圆锥凸轮。

进一步地，所述滚子为圆柱滚子或圆锥滚子。

本实用新型的运动原理：当凸轮原动件沿自身轴线旋转时，滚子槽两侧的工作廓面驱动滚子做往复运动，滚子带动直动从动件做直线运动，同时，中间摇块跟着直动从动件移动，摆动件绕机架做定轴摆动。

本实用新型通过在直动从动件锥柱空间凸轮机构上增加一个中间摇块和摆动从动件、以及三个平面低副，在保持机构自由度数不变的条件下，可实现以同一凸轮原动件和同一工作廓面输出摆动和直动两种关联运动，且两种运动各自动作，互不影响；具有结构简单、重量轻、安装方便、设计制造难度低及成本低等优点。

附图说明

图1为现有摆动从动件锥柱空间凸轮机构的结构示意图。

图2为现有直动从动件锥柱空间凸轮机构的结构示意图。

图3为滚子的结构示意图。

图4为本实用新型的结构示意图。

图5为本实用新型的俯视示意图。

图6直动和摆动运动规律关系图。

图中标记：1、圆锥凸轮；2、圆锥滚子；3、直动杆；4、中间摇块；5、摆动杆；6、机架。

具体实施方式

如图3、图4所示，本实施例提供的摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构包括圆锥凸轮1、圆锥滚子2、直动杆3、中间摇块4、摆动杆5和机架 6，圆锥凸轮1通过转动副安装在机架6上且其上开有滚子槽，圆锥滚子2 位于滚子槽中并与滚子槽两侧工作廓面高副连接，圆锥滚子2与直动杆3 通过转动副连接，直动杆3通过移动副安装在机架6上，中间摇块4通过转动副与直动杆3连接，摆动杆5通过移动副与中间摇块4连接，摆动杆 5的另一端通过转动副连接在机架6上。

当圆锥凸轮半锥顶角γ＝0时，凸轮原动件为圆柱凸轮，圆锥滚子半锥顶角α＝0时，滚子为圆柱滚子。

本实用新型凸轮机构运动时，直动杆3和摆动杆5的夹角以及二杆交点到摆动杆5回转轴线的距离会连续变化，因此利用中间摇块4为中介，中间摇块4与直动杆3之间为转动副，可保证直动杆3和摆动杆5的夹角变化，中间摇块4与摆动杆5间为移动副，可保证二杆交点到摆动杆5转动轴线的距离变化，因此本实用新型凸轮机构可正常运转。

本实用新型摆动直动双输出空间凸轮机构中所有运动构件均只做平面运动，因此机构自由度计算公式为：

F＝n×3-p_L×2-p_H×1-p'

式中，F为机构自由度，n为运动构件数量，P_L为低副(转动副和移动副)数量，P_H为高副数量，P，为局部自由度。

在本实用新型凸轮机构中，运动构件包括圆锥凸轮1、圆锥滚子2、直动杆3、中间摇块4和摆动杆5，n＝5；低副包括圆锥凸轮1与机架6之间的转动副、圆锥滚子2与直动杆3之间的转动副、直动杆3与中间摇块4 之间的转动副、中间摇块4与摆动杆5之间的移动副、摆动杆5与机架6 之间的转动副、直动杆3与机架6之间的移动副，P_L＝6；高副包括圆锥滚子2与凸轮工作廓面间高副，P_H＝1；考虑到圆锥滚子2自身的转动不影响从动件运动规律，为局部自由度，因此P，＝1；

计算本实用新型的机构自由度为：

F＝n×3-p_L×2-p_H×1-p'＝5×3-6×2-1×1-1＝1

本实用新型的机构自由度数为1，即当凸轮原动件数为1时，机构的直动输出和摆动输出运动规律(传递函数)是确定的，且具有相关性，并非彼此独立。为讨论两种运动规律(传递函数)之间的关系及利用运动规律求解凸轮工作廓面的参数方程，以便进行凸轮设计，可将滚子考虑为与直动从动件固定联结，从而消除局部自由度，摆动从动件作变半径摆动运动。

直动运动规律和变半径摆动运动规律间的关系如图5所示，根据图5 可知，在运动平面上，直动运动与变半径的摆动运动等价。图中S₁为直动从动件运动规律，为摆动运动规律，为凸轮转角，为将直动运动与摆动运动规律统一表达为摆动形式以便进行凸轮设计，引入变半径函数b₁＝b₁ 其初始长度为b；因此，得到直动和摆动的统一表达方法：

从动件运动规律函数关系：

变半径函数：

从动件自转角修正量：

空间锥柱凸轮通用廓面方程的推导如下：

根据曲面族包络面理论可知，在图1所示的坐标系下，z轴与凸轮转轴重合，x轴位于凸轮转轴与摆杆转轴的公垂线上(两轴间距为a)。设x，y， z坐标轴的单位向量分别为摆杆转轴与xz平面的夹角为90°+γ，μ为滚子底平面到x轴的距离，在距滚子底平面高度为δ的位置上，滚子半径为r₁+δtgα，坐标原点位于x轴与凸轮转轴的交点。

假设凸轮静止不动，滚子从动件在绕z轴作角位移为反方向旋转的同时，绕摆杆轴线作角位移为的摆动，此时从动件的表面曲面族可以表达为参数方程：

其中，0≤θ≤π，为凸轮转角(独立运动参数)。

根据曲面族包络面理论，计算可得：

上式中(r₁+δtgα)＞0，现在计算可求得混合积：

令将上式两边同时乘上得到：

再令：

由(3)可得：

Hsinθ+Icosθ+J＝0

将式(4)代入式(2)中消去θ，即可得到以参数方式表达的凸轮廓面方程。记为：

本实用新型使用同一凸轮原动件可同时输出两种形式不同、运动规律相互关联的运动。采用上述数学模型，通过定义两种运动规律方程间的数学联系，将直动运动和摆动运动的运动规律函数用统一的空间解析几何曲面参数方程(式5)进行表达，进行凸轮设计时，只需将相关设计参数代入空间解析机构方程，即可求得以三维坐标形式表达的凸轮工作廓面，求解结果可以直接导入任一常用的三维设计软件，如UG、SolidWorks等，为凸轮零件的计算机辅助设计和数控加工提供了简便易行的设计手段。

以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和实用新型构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构，包括机架、凸轮原动件、滚子和直动从动件，所述凸轮原动件通过转动副安装在机架上且其上开有滚子槽，滚子与滚子槽两侧工作廓面高副连接，滚子与直动从动件通过转动副连接，直动从动件通过移动副安装在机架上，其特征在于：所述直动从动件通过转动副还连接有中间摇块，中间摇块通过移动副连接有摆动从动件，摆动从动件的另一端通过转动副与机架连接，当凸轮原动件沿自身轴线旋转时，滚子带动直动从动件做直线运动，同时摆动件绕机架做定轴摆动。

2.根据权利要求1所述的摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构，其特征在于：所述凸轮原动件为圆柱凸轮或圆锥凸轮。

3.根据权利要求1所述的摆动直动双输出空间锥柱凸轮机构，其特征在于：所述滚子为圆柱滚子或圆锥滚子。