TWI550213B - Cam linkage five link mechanism - Google Patents

Description

凸輪傳動之五連桿機構

本發明係有關一種凸輪傳動之五連桿機構，尤指一種兼具可輕易設計來滿足需具暫停運動之運動要求與整體機構組裝成本相對低之凸輪傳動之五連桿機構。

一般工業上常利用四連桿組91作為軌跡生成之機構，如第七圖所示，只有一個自由度。

而五連桿組92則由於有兩個自由度，如第八圖所示，因此比該四連桿組91更為彈性，但其運動軌跡無法產生暫停運動。

然而，工業界中經常利用齒輪五連桿組93以產生特定的軌跡，如第九圖所示，具有一第一齒輪931、一第二齒輪932、一第一連桿933、一第二連桿934、一第三連桿935、一第四連桿936；該第一連桿933與該第一齒輪931為一體相連，該第四連桿936與該第二齒輪932一體相連，該第一連桿933與該第二連桿934相樞接於一第一樞接點93A，該第二連桿934與該第三連桿935相樞接於一第二樞接點93B，該第三連桿935與該第四連桿936相樞接於一第三樞接點93C。其原理為利用兩個齒輪(該第一、該第二齒輪931與932)傳動，使機構自由度降為1，該第一、該第二齒輪931與932作圓周運動，此一機構雖然可用於產生特定的路徑，惟整體之結構仍相當複雜，特別是不易設計出能暫停運動之運動要求。

因此，有必要開發新技術，以解決上述缺點。

本發明之目的，在於提供一種凸輪傳動之五連桿機構，其兼具可輕易設計來滿足需具暫停運動之運動要求與整體機構組裝成本相對低等優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於傳統連桿機構雖然可用於產生特定的路徑，惟整體之結構仍相當複雜，特別是不易設計出能暫停運動之運動要求等問題。

解決上述問題之技術手段係提供一種凸輪傳動之五連桿機構，其包括：一第一樞接座；一第二樞接座；一凸輪，係具有一凸輪旋轉軸心、一外接點及一滑動外表面；該凸輪旋轉軸心樞設於該第一樞接座，該滑動外表面係具有至少一升程段、至少一降程段及至少一暫停段；一第一工作桿；一第二工作桿；一第三工作桿；其中，該第一工作桿之一端係樞接於該外接點上；該第一工作桿之另端係與該第二工作桿之一端樞接於一第一工作樞接點上；該第二工作桿之另端與該第三工作桿之一端係樞接於一第二工作樞接點上；該第三工作桿之另端係樞設於該第二樞接座上；藉此，當該凸輪旋轉時，該第一工作樞接點之運動軌跡輸出 係具有至少一暫停運動之過程。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

10‧‧‧第一樞接座

20‧‧‧第二樞接座

30‧‧‧凸輪

31‧‧‧凸輪旋轉軸心

32‧‧‧外接點

33‧‧‧滑動外表面

331‧‧‧升程段

332‧‧‧降程段

333‧‧‧暫停段

40‧‧‧連桿組

40A‧‧‧第一工作桿

40B‧‧‧第二工作桿

40C‧‧‧第三工作桿

40D‧‧‧第四工作桿

40E‧‧‧第五工作桿

41‧‧‧第一工作樞接點

42‧‧‧第二工作樞接點

91‧‧‧四連桿組

92‧‧‧五連桿組

93‧‧‧齒輪五連桿組

931‧‧‧第一齒輪

932‧‧‧第二齒輪

933‧‧‧第一連桿

934‧‧‧第二連桿

935‧‧‧第三連桿

936‧‧‧第四連桿

93A‧‧‧第一樞接點

93B‧‧‧第二樞接點

93C‧‧‧第三樞接點

T1‧‧‧第一暫停段

T2‧‧‧第二暫停段

T3‧‧‧第三暫停段

T4‧‧‧第四暫停段

T5‧‧‧第五暫停段

T6‧‧‧第六暫停段

a‧‧‧第一桿長

b‧‧‧第二桿長

c‧‧‧第三桿長

d‧‧‧第四桿長

e‧‧‧第五桿長

第一圖係本發明之示意圖

第二A、第二B與第二C圖係分別為本發明之以滑動外表面變化三種運動曲線樣式及凸輪轉角之示意圖

第三A及第三B圖係分別為本發明之以桿長改變凸輪外型之兩個應用例之示意圖

第四A、第四B、第四C、第四D、第四E、第四F、第四G與第四H圖係分別為本發明之利用Matlab編寫程式與繪出齒輪-凸輪五連桿B點之八個不同變化例之軌跡圖

第五A圖係本發明之調整桿長a、c之耦點軌跡圖

第五B圖係本發明之桿長之軌跡圖

第五C圖係本發明之桿長之軌跡圖

第五D圖係本發明之改變凸輪轉角升程加60°、降程減60°之軌跡圖

第六圖係本發明之改變桿長比例與凸輪轉角之兩個凸輪外形之變化之示意圖

第七圖係傳統四連桿組作為軌跡生成機構之示意圖

第八圖係傳統五連桿組之示意圖

第九圖係傳統工業界之齒輪五連桿組產生特定軌跡機構之示意圖

參閱第一圖，本發明係為一種凸輪傳動之五連桿機構，其包括：一第一樞接座10；一第二樞接座20；一凸輪30，係具有一凸輪旋轉軸心31、一外接點32及一滑動外表面33；該凸輪旋轉軸心31樞設於該第一樞接座10；該滑動外表面33係具有至少一升程段331、至少一降程段332及至少一暫停段333；一第一工作桿40A；一第二工作桿40B；一第三工作桿40C；其中，該第一工作桿40A之一端係樞接於該外接點32上；該第一工作桿40A之另端係與該第二工作桿40B之一端樞接於一第一工作樞接點41上；該第二工作桿40B之另端與該第三工作桿40C之一端係樞接於一第二工作樞接點42上；該第三工作桿40C之另端係樞設於該第二樞接座20上；藉此，當該凸輪30旋轉時，該第一工作樞接點41之運動軌跡輸出係具有至少一暫停運動之過程(如第二A、第二B及第二C圖中的第一、第二、第三、第四、第五及第六暫停段T1、T2、T3、T4、T5與T6)。

實務上，本發明又包括：一第四工作桿40D，係樞接於該第一、該第二樞接座10與20之間； 一第五工作桿40E，係樞接於該第一樞接座10與該外接點32之間。

該第一、該第二、該第三、該第四及該第五工作桿40A、40B、40C、40D與40E係構成一連桿組40(在實際應用領域，該第四、該第五工作桿40D與40E係可被省略)。

該第一工作桿40A係具有一第一桿長a；該第二工作桿40B係具有一第二桿長b；該第三工作桿40C係具有一第三桿長c；該第四工作桿40D係具有一第四桿長d；該第五工作桿40E係具有一第五桿長e。

關於該滑動外表面33(改變運動曲線樣式及凸輪轉角)之應用例，可參考下表一：

第一應用例(如第二A圖所示)：第一段升程0°~180°；第二段暫停180°~240°；第三段降程240°~300°；第四段暫停300°~360°。

亦即，總共具有：一升程段331、一降程段332及兩個暫停段333(包括第一、第二暫停段T1與T2)。

第二應用例(如第二B圖所示)：第一段升程0°~180°；第二段暫停180°~240°；第三段降程240°~300°；第四段暫停300°~360°。

亦即，總共具有：一升程段331、一降程段332及兩個暫停段333(包括第三、第四暫停段T3與T4)。

第三應用例(如第二C圖所示)：第一段升程0°~180°；第二段暫停180°~240°；第三段降程240°~300°；第四段暫停300°~360°。

亦即，總共具有：一升程段331、一降程段332及兩個暫停段333(包括第五、第六暫停段T5與T6)。

關於各桿長之變化應用例(改變桿長之凸輪外型)，可參考下 表二：

關於改變桿長及凸輪轉角之B點運動軌跡之應用例，可參考下表三：(表三)

接著，以表二及表三之相關要件交叉繪出的軌跡圖加以比較：當固定桿長e、b、d長度，並分別調整桿長a與c長度後之軌跡圖係如第五A圖所示； 當改變桿長比例，其軌跡圖係如第五B圖所示； 當桿長，其軌跡圖係如第五C圖所示。

當改變改變凸輪轉角升程加60°、降程減60°，其軌跡圖如第五D圖所示。

藉此，可知改變桿長比例與凸輪轉角，對連桿B點的運動軌跡與凸輪外形(參閱第六圖，當該第四桿長d從15變成22.5時，凸輪之外形會由原本的實線狀態外擴成假想線狀態)都會有所影響。

此外，關於本案之「凸輪五連桿」整體機構之作動方式，該凸輪30是動力輸入，進行旋轉運動，而該第三工作桿40C係抵靠且滑動接觸該凸輪30(更詳細的講是該滑動外表面33)，進行的是在一角度範圍內之偏擺運動。相較於習知的「齒輪五連桿」機構，其輸入之第一齒輪931為旋轉運動與本案相同，但其第二齒輪932也是進行旋轉運動，而非本案之第三工作桿40C之往復某角度範圍內之偏擺運動。因此，本案與習知「齒輪五連桿」之整體機構與作動方式均截然不同。

本發明之優點及功效係如下所述：

[1]可輕易設計來滿足需具暫停運動之運動要求。在許多工業應用上，移動軌跡中會需要在某部份暫停一預定時間，當採用本案之設計時，由於只要修改凸輪之滑動外表面的暫停段之位置及角度，即可以使得輸出點(第一工作樞接點)產生先暫停運動，之後再移動的軌跡，故，相較於習知機構，本案可輕易滿足需特定暫停運動之運動要求。

[2]整體機構組裝成本相對低。相較於齒輪五連桿組，本案不具有齒輪組，不論在製造、裝配程序及成本相對低，具有較佳之商品競爭力。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

10‧‧‧第一樞接座

20‧‧‧第二樞接座

30‧‧‧凸輪

31‧‧‧凸輪旋轉軸心

32‧‧‧外接點

33‧‧‧滑動外表面

331‧‧‧升程段

332‧‧‧降程段

333‧‧‧暫停段

40‧‧‧連桿組

40A‧‧‧第一工作桿

40B‧‧‧第二工作桿

40C‧‧‧第三工作桿

40D‧‧‧第四工作桿

40E‧‧‧第五工作桿

41‧‧‧第一工作樞接點

42‧‧‧第二工作樞接點

a‧‧‧第一桿長

b‧‧‧第二桿長

c‧‧‧第三桿長

d‧‧‧第四桿長

e‧‧‧第五桿長

Claims (6)

1. 一種凸輪傳動之五連桿機構，係包括：一第一樞接座；一第二樞接座；一凸輪，係具有一凸輪旋轉軸心、一外接點及一滑動外表面；該凸輪旋轉軸心樞設於該第一樞接座，該滑動外表面係具有至少一升程段、至少一降程段及至少一暫停段；一第一工作桿；一第二工作桿；一第三工作桿；其中，該第一工作桿之一端係樞接於該外接點上；該第一工作桿之另端係與該第二工作桿之一端樞接於一第一工作樞接點上；該第二工作桿之另端與該第三工作桿之一端係樞接於一第二工作樞接點上；該第三工作桿之另端係樞設於該第二樞接座上；藉此，當該凸輪旋轉時，該第一工作樞接點之運動軌跡輸出係具有至少一暫停運動之過程。
2. 如申請專利範圍第1項所述之凸輪傳動之五連桿機構，其又包括：一第四工作桿，係樞接於該第一、該第二樞接座之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之凸輪傳動之五連桿機構，其又包括：一第五工作桿，係樞接於該第一樞接座與該外接點之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之凸輪傳動之五連桿機構，其中，該第一、該第二、該第三、該第四及該第五工作桿係構成一連桿組。
5. 如申請專利範圍第4項所述之凸輪傳動之五連桿機構，其中：該第一工作桿係具有一第一桿長；該第二工作桿係具有一第二桿長；該第三工作桿係具有一第三桿長；該第四工作桿係具有一第四桿長；該第五工作桿係具有一第五桿長。
6. 如申請專利範圍第1項所述之凸輪傳動之五連桿機構，其中，該滑動外表面係具有一升程段、一降程段及兩個暫停段。