專利名稱：一種弧面分度凸輪機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機械凸輪機構(gòu)，具體為一種弧面分度凸輪機構(gòu)，國際專利分類號擬為Int.cl7 F16H 37/00。
背景技術(shù)：
弧面分度凸輪機構(gòu)是一種適合于高速、高精度工作場合的最理想分度機構(gòu)。目前生產(chǎn)和使用的弧面分度凸輪機構(gòu)基本是圓柱滾子從動件。通過對其機械結(jié)構(gòu)及嚙合特點的分析可知，即使在理論嚙合狀態(tài)下，圓柱滾子與凸輪廓面的接觸也不可能實現(xiàn)純滾動。原因是凸輪以等角速度旋轉(zhuǎn)時，離凸輪軸線越遠之處，其運動速度就越大，因此嚙合滾子與凸輪接觸線上某一點處的兩側(cè)，會產(chǎn)生相反方向打滑的現(xiàn)象，使接觸面、即凸輪廓面定位段、過渡段和分度段各段產(chǎn)生不均勻的磨損或撕裂，其中以分度段的磨損或撕裂最為嚴重，從而使凸輪機構(gòu)在運動過程中的振動和噪聲增大，也降低了機構(gòu)的傳動精度和使用壽命。究其原因主要有1.圓柱滾子從動件與凸輪廓面在運動過程中存在嚴重的滑動或打滑現(xiàn)象，造成凸輪表面磨損；2.圓柱滾子從動件與凸輪廓面的線接觸對加工誤差十分敏感，實際加工后，接觸狀態(tài)難于達到理論設(shè)計時的理想接觸狀態(tài)；3.圓柱滾子從動件與凸輪廓面兩側(cè)同時接觸，加劇了滾子與凸輪表面的磨損。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是針對上述技術(shù)的不足，提供一種弧面分度凸輪機構(gòu)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、磨損小、噪聲低、壽命長等諸多優(yōu)點，特別是對加工誤差包容性強，有利于保障凸輪機構(gòu)的分度和定位精度，改善了凸輪機構(gòu)的運動和動態(tài)性能。
本實用新型擬解決所述的技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計一種弧面分度凸輪機構(gòu)，包括凸輪和與之嚙合配套的滾子，凸輪廓面包括定位段、過渡段和分度段，其特征在于所述凸輪廓面的過渡段和分度段為凹面，與之嚙合配套的滾子為曲率半徑小于所述凸輪廓面凹面曲率半徑的鼓型滾子。
本實用新型弧面分度凸輪機構(gòu)的設(shè)計特點是把凸輪廓面的過渡段和分度段設(shè)計為凹面，同時把與之嚙合配套的從動圓柱滾子相應(yīng)改為曲率半徑小于所述凸輪廓面凹面曲率半徑的鼓型滾子。這種設(shè)計可以使常規(guī)圓柱滾子從動件與凸輪廓面在運動過程中的線嚙合運動提升為本實用新型的點嚙合運動，從而使凸輪機構(gòu)具有點嚙合純滾動副傳動對誤差包容性強的特點，有利于保障凸輪機構(gòu)分度和定位的精度，改善其運動和動態(tài)性能，也提高了凸輪機構(gòu)的使用壽命。很明顯，這種設(shè)計也具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、磨損小、噪聲低的優(yōu)點，同時，這種凸輪廓面凹曲面與鼓型滾子凸曲面的配合設(shè)計，對于改善共軛曲面間的潤滑和應(yīng)力狀態(tài)都有很好的效果，可以進一步使弧面分度凸輪機構(gòu)的磨損減小，噪聲降低，使用壽命延長。


圖1是本實用新型弧面分度凸輪機構(gòu)的凸輪廓面凹曲面與鼓型滾子凸曲面配合結(jié)構(gòu)的一種實施例示意圖；圖2是本實用新型弧面分度凸輪機構(gòu)的凸輪廓面凹曲面與鼓型滾子凸曲面配合結(jié)構(gòu)的一種實施例剖面示意圖；圖3是與本實用新型弧面分度凸輪機構(gòu)對比的常規(guī)凸輪廓面與圓拄滾子的理論接觸狀態(tài)及應(yīng)力分布示意圖；圖4是與本實用新型弧面分度凸輪機構(gòu)對比的常規(guī)凸輪廓面與圓拄滾子的實際接觸狀態(tài)及應(yīng)力分布示意圖；圖5是傳統(tǒng)弧面分度凸輪機構(gòu)的凸輪槽兩側(cè)面與所述滾子同時接觸運動狀態(tài)的示意圖；圖6是本實用新型弧面分度凸輪機構(gòu)對凸輪廓面的修形位段示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及其附圖詳述本實用新型本實用新型設(shè)計的一種弧面分度凸輪機構(gòu)，包括凸輪和與之嚙合配套的滾子2，凸輪廓面1包括定位段、過渡段和分度段，其特征在于所述凸輪廓面1的過渡段和分度段為凹面，與之嚙合配套的滾子2為曲率半徑小于所述凸輪廓面1凹面曲率半徑的鼓型滾子3(參見圖1、2、3和4)。
本實用新型的這種設(shè)計是基于對傳統(tǒng)或常規(guī)弧面分度凸輪機構(gòu)理論嚙合接觸線深入研究的結(jié)果傳統(tǒng)或常規(guī)弧面分度凸輪機構(gòu)的凸輪廓面1與滾子2理論嚙合接觸線為一條空間曲線(參見如圖3)。接觸區(qū)的應(yīng)力F分布較為平均，但這種理想狀態(tài)在實際中并不容易實現(xiàn)。原因在于1.該機構(gòu)的嚙合為線接觸，對誤差十分敏感2.在加工和裝配過程中，凸輪體4及從動盤因多種或某種原因會造成線性或角度誤差。其結(jié)果都將對凸輪與滾子的實際接觸狀態(tài)產(chǎn)生嚴重影響，使原來理想的線接觸變成實際滾子2邊緣的點接觸或線接觸同時或交替存在，運動狀態(tài)不穩(wěn)定。而在滾子2與凸輪邊緣接觸情況下，滾子2會引起很大的接觸應(yīng)力(如圖4所示)，使兩構(gòu)件間的潤滑狀態(tài)惡化。實際上此時滾子2不做滾動，而是“楞”或“停滯”在凸輪廓面1上被動地“劃動”。這種“劃動”極易將凸輪廓面1劃傷。這種不良的接觸狀態(tài)，必將使凸輪和滾子兩者的使用壽命大為縮短，同時也會使凸輪機構(gòu)的動態(tài)性能變差。
研究還表明，無論從理論分析上，還是在實際的運動中，常規(guī)弧面分度凸輪機構(gòu)都體現(xiàn)出凸輪槽兩側(cè)面與滾子均接觸的特點，即在嚙合過程中，滾子2必須與r1以和r2為半徑的凸輪內(nèi)外廓面同時接觸，也就是說滾子2是在凸輪槽兩側(cè)壁中做周期性的滑動(如圖5所示)。這種接觸狀態(tài)是不良的。這樣的滑動會使凸輪體4和滾子2的磨損都很快。通過對弧面分度凸輪機構(gòu)嚙合工作特點的分析可知，滾子2與凸輪廓面1實際上只需單面或單邊接觸就能保證傳動及定位精度，因此，可以將凸輪廓面1的非接觸區(qū)域進行修形減薄處理；再者由于加工及裝配時各種誤差的存在，凸輪廓面1也必須進行修研后才能進行裝配。據(jù)此，本實用新型弧面分度凸輪機構(gòu)的進一步特征是所述凸輪廓面1過渡段和分度段中的mn段、c’e段及fg段沿其法向單邊減薄0.02-0.04mm。這意味著凸輪廓面1過渡段和分度段中的ab段及c’d段不做修形處理，或者是所述凸輪廓面1過渡段和分度段中的mn段和eh段沿其法向單邊減薄0.02-0.04mm，其余的ab段、ef段及dg段不做修形處理。前者適用于低速凸輪機構(gòu)設(shè)計，后者適用于高速凸輪機構(gòu)設(shè)計。但無論是低速凸輪機構(gòu)，還是高速凸輪機構(gòu)，都要保證其加工精度和過渡段順猾。
這種設(shè)計的原理是；在低速運動情況下，從動盤的慣性力小于摩擦阻力，只需精確保證ab段及cd段精度即可，其余段做所述的減薄修形處理，減薄量為0.02-0.04mm。但為保證滾子2與凸輪廓面1嚙合有一定的重合度，可將c點延長到c′點，也即c’e段做減薄修形處理，c’d段不做減薄修形處理。c點延長到c′點的距離或著cc′段的長度為ce段長度的1/4-1/5。在高速運動情況下，從動盤的慣性力大于工作阻力，為使機構(gòu)保持很好的動態(tài)性能和防止橫越?jīng)_擊的產(chǎn)生，滾子2在中間槽的位置時盡量不與凸輪廓面1接觸，在保證一定重合度的前提下，必須保證ab、ef及dg段的精度，所述其它段做修形減薄處理。減薄量同樣為0.02-0.04mm。需要特別說明的是，無論在何種工作情況下，定位段的精度都必須精確保證，而過渡段應(yīng)當保證順滑。
弧面分度凸輪機構(gòu)是線嚙合的空間曲面?zhèn)鲃印Ｔ谶\動過程中，凸輪與滾子理論上接觸線為空間曲線，由于接觸線上各點相對速度不等，因此造成凸輪和滾子的不均勻磨損；同時由于線接觸傳動機構(gòu)對誤差比較敏感，使得理論的線接觸在實際傳動過程中處于線接觸、點接觸和邊緣接觸之間交替或同時進行，運動不穩(wěn)定，加劇了磨損、振動和噪聲，造成使用壽命遠低于其設(shè)計壽命，定位和分度精度降低，理論的優(yōu)良性能在實際應(yīng)用中得不到充分發(fā)揮。
本實用新型提出了新型的點嚙合純滾動副傳動的弧面分度機構(gòu)的設(shè)計思想。它基于以下原理在弧面分度凸輪采用單側(cè)面加工工藝的基礎(chǔ)上，吸收了鼓形滾子從動件傳動對誤差包容性強的優(yōu)點，配合凸輪廓面的修形技術(shù)，根據(jù)單側(cè)面加工原理，任意位置上，刀具與凸輪的實際接觸線和滾子與凸輪理論接觸線在滾子寬度一半處相切，在該點的法向誤差Δn＝0，刀具兩端誤差最大。加工后廓面誤差分布有一定的規(guī)律，也就是說在除定位段以外的其他位置上，凸輪廓面呈凹型。
根據(jù)加工后的廓面形式，若在裝配時采用鼓型滾子替代設(shè)計時的圓柱型滾子，這樣鼓型滾子的凸曲面和凸輪廓面的凹曲面的嚙合傳動，凸輪廓面采取上述的廓面修形技術(shù)，這樣就形成了單側(cè)面點接觸的純滾動傳動形式，大大地提高了機構(gòu)對誤差的包容性。同時這種凸凹曲面的接觸形式有利于形成動態(tài)潤滑油膜，對于改善兩嚙合曲面間的潤滑狀態(tài)也有明顯的效果。
這種理論的點接觸，在外載荷及預(yù)緊力的作用下，會變成小橢圓面積接觸，減小了接觸應(yīng)力。根據(jù)加工后凸輪廓面的曲率情況，可以相應(yīng)地選擇滾子的曲率，使之達到最佳的嚙合狀態(tài)。但鼓形滾子3的最大半徑應(yīng)與設(shè)計滾子2的半徑相等。單側(cè)面加工原理使定位段的誤差為零，這樣有利于保障機構(gòu)的定位精度。結(jié)合廓面修形技術(shù)，使原來機構(gòu)線接觸的滑動副變成點接觸的滾動副。實驗表明，本實用新型的凸輪機構(gòu)傳動效率和使用壽命可獲得不同程度的提高，并且運動噪聲減小。
權(quán)利要求1.一種弧面分度凸輪機構(gòu)，包括凸輪和與之嚙合配套的滾子2，凸輪廓面1包括定位段、過渡段和分度段，其特征在于所述凸輪廓面1的過渡段和分度段為凹面，所述滾子2為曲率半徑小于所述凸輪廓面凹面1曲率半徑的鼓型滾子3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧面分度凸輪機構(gòu)，其特征是所述凸輪廓面1過渡段和分度段中的mn段、c’e段及fg段沿其法向單邊減薄0.02-0.04mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧面分度凸輪機構(gòu)，其特征是所述凸輪廓面1過渡段和分度段中的mn段和eh段沿其法向單邊減薄0.02-0.04mm。
專利摘要本實用新型涉及一種弧面分度凸輪機構(gòu)，包括凸輪和與之嚙合配套的滾子，凸輪廓面包括定位段、過渡段和分度段，其特征在于所述凸輪廓面的過渡段和分度段為凹面，與之嚙合配套的滾子為曲率半徑小于所述凸輪廓面凹面曲率半徑的鼓型滾子。它具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、磨損小、噪聲低、壽命長等諸多優(yōu)點，特別是對加工誤差包容性強，有利于保障凸輪機構(gòu)的分度和定位精度，改善了凸輪機構(gòu)的運動和動態(tài)性能。
文檔編號F16H57/00GK2665463SQ20032013096
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者尹明富, 趙鎮(zhèn)宏 申請人:天津工業(yè)大學(xué)