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度凸轮机构：一种新的间歇性机制 机械工程学院，上海交通大学，上海，中华人民共和国 2机械工程学院，天津大学，天津，中华人民共和国 摘要： 具有 种类型的行星传动的结构类似少齿差，其中 H 表示的枢转臂，和 本文重点介绍的是在这样一个新的机制中，间距曲线和一个凸轮轮廓的生成。对 出 凸轮的曲线方程。对凸轮的节距曲线的偏移量进行布尔运算，然后得出凸轮的轮廓曲线。在此之后，被消除凸轮轮廓上的尖点，由一个特定的厄米曲线取代。 下文将展示这三种类型的动画，并呈现这样一个机制的原型。 关键词：间歇机构，分度凸轮机构，行星传动 1、介绍： 分度凸轮机构在工业中被广泛使用。平行分度凸轮机构，弧面分度凸轮机构，圆柱分度凸轮机构，这三种传统类型的机构在今天广为人知 81 。 近年来，一些新的索引的类型的凸轮机构也有报道，例如，冈萨 雷斯 洛杉矶报道的凸轮和从动件之间直接接触的合成的球形分度凸轮机构 9 。这个类型的球面分度凸轮机构，包括 滚筒 10 。 冈萨雷斯 洛杉矶 11 还提出了统一的方法，目的在于分度凸轮的合成机制与直接接触传递 。西冈和西村报道了一类新型的有内部凸轮的平行分度凸轮机 构 12 。张 13 14 对于分度凸轮机制，创建了一个新的概念 提出了两种类型的这种机构。在本文中，这个概念延伸到 是一个间歇运动机中构具有 的机制适合某些需要大量停止的工作环境。在该机制中由于大部分的滚子可以与 凸轮接合，所以可以得到更高的强度和更紧凑的设计。这一新的机制的索引驱动器的适用范围将扩大到更广泛的行业应用。 2、设备结构： 一个 计划描绘在图 1。 摆线减速机由一个行星齿轮，有偏心率的输入轴 H（旋转手臂）和固定在太阳齿轮 子组成。对于纯旋转运动的输出轴 一个平行四边形机构的设备 作为一个 。 1也被用来作为该计划的新机制。在这样的机制中，行星齿轮 由一个凸轮 运动过程中，输入轴 旋转的行星齿轮 星齿轮 根据凸轮 ， 中的行星齿轮 滚子被固定在太阳齿轮 型，其中滚子被固定在行星齿轮 太阳轮齿 输出轴的太阳齿轮 是固定的，该机制是不再是一个行星齿轮机构，而是从一个行星齿轮机构倒退变为一个普通齿轮传动机构。（图 2）因为这样的退变机制也能 完成间歇运动的任务。这被叫做退变型的 于型机构的研究工作在先前已经被张报道过了。在本文中，都集中在所有这三种类型的合成。 轮的节距曲线： 根据前面提到的对于该机制的布局和其组成部分的相对运动，在图 3 构造出了坐标系统和型机构的参数。考虑三个结构： 定坐标系 入轴 行星凸轮有关 的相对坐标系统 且们假设， 太阳齿轮 i）为 太阳齿轮 b 中滚子的数目是 z。输入轴 ，行星凸轮的角位移是 g。分别让 i= 1， .，z）代表各滚子的中心。 三个位置向量， 也示于图 3中，其中 b。 他们之间的关系是： 对于 ，坐标系和参数的构造如图 4 所示，在这样的类型里， g 所扮演的角色的行星滚子齿轮， b 是一个内部的凸轮，和 H 是有偏心率的输入轴。 别表示太阳齿轮 b 和滚子齿轮 g 的中心。固定坐标系 刚性地连接到凸轮 b 的内部，输入轴 H 以一个恒定的角速度绕点 转。移动坐标系统刚性地连接到滚子子齿轮 g， 滚子齿轮 g 的旋转中心。此外， 子齿轮 g 的半径为 太阳齿轮 b 中的滚子的数目是 z。 输入轴 ，行星凸轮的角位移是 g，分别让 i= 1， .， z）代表各滚子的中心。三个位置向量， 用在这里，具有与类型 们有着不同的关系： 方程（ 1）和（ 2）应满足 从等式（ 3）和（ 4）中，根据 I 型，得到下面的表达式： 然后，输入轴和输出轴的位移是由下面的等式定义的： 对于 ，可以获得另一种表达方式： 在 中的输入轴和输出轴的位移有不同的定义： 构的输入和输出之间的关系 从方程（ 1）和（ 2），可以看出，两种类型的节距曲线由它们相应的组中的每个方程所确定的几个曲线构 成。每个曲线彼此连接，以确保该节距曲线的凸轮是连续的。然后，图 5 和 6 中的参数分别提供了 I 型和 机构的节距曲线。在这两种类型中， 00 中， n=12，改性的正弦运动用于生成节距曲线。图 5 还显示了每一块曲线之间的带有星号的连接点，其中 d= 6 中， d= 1， 4、 凸轮的轮廓： 尔运算 虽然星轮的凸轮曲线的间距是一个闭合曲线，但是由于曲线互相相交（图 5 和图6），所以它不是一个简单的平面曲线。鉴于作为电机曲线的平面分析曲 线 偏移量 曲线中被定义为： 其中， 别表示到 部和外部偏移的单位法线矢量，如果行星凸轮的间距曲线是一个简单的曲线，行星凸轮的轮廓将变成内部偏移曲线 I 型），或外部偏移曲线 ）。因为节距曲线上某些地方发生互相相交，行星凸轮的轮廓就由内部和外部的偏移量上的若干处组成。 要确定的行星凸轮的轮廓，就要在由简单的曲线围成的区域上引入一个布尔算法。假设 曲线 围的区域， 曲线 围的区域。在这里，三种布尔运算互相联系：合并 示为 让 交，表示为 让 减，表示为 环布尔运算）的算法用来计算凸轮的轮廓。这里应用的 法是 15 通过采用布尔运算，我们得到了各类型的凸轮轮廓的表达。由于相交也会引起节距曲线的偏移，我们首先将偏移量分成两部分：一个是由自相交部分包围的区域，我们称为 部偏移曲线）和 部偏移曲线）。另一个是由不相交部分包围的区域，我们称为 部偏移曲线）和 部偏移曲线） 。 对于型，用 交集减去 并集来表示凸轮轮廓围出的面积 对于 ，凸轮轮廓围成的面积 并集来表示： 图 7 和图 8 分别表示类型 I 和类型 成的凸轮轮廓，由经过布尔运算的图 5和图 6 中获得。另外，在如图 7 所示，滚子的半径计算中 图 8 中， 轮轮廓的平整度 在凸轮轮廓上，连接两个偏移量的点，即， 交点，成为一个尖点。 这样的尖点是在轮廓中的一个弱点，它的曲率是无穷大的，容易折断。为了消除尖点 ，尖点附近的曲线替换为一个 线。由于几个滚子与凸轮同时啮合，更换不会影响机构的输出。图 9 示出了的一个尖点附近的局部区域，其中 位于尖点 P 两侧的点。鉴于结束点 有在这些点上的凸轮轮廓的切线向量， 线可以很容易地被定义。因此，曲线 以从凸轮轮廓上除去，用 线嵌入来代替。每个轮廓上的尖点可以被除去，取而代之的是一个特定的 线。在此之后，凸轮轮廓就变成一个简洁，流畅，连续的曲线。图 10 表示的是前面提到的改变之后的凸轮轮廓。 5、 机构的运动图片 图 11 和 12 分别显示了行星索引机制的动画（ I 型和 ），（ a）显示一个间歇运动期间的开始，（ b） (c)和（ d）是在运动期间的相位，（ e）是运动期间的结束，也是停留时间的开始，（ f）和（ g）是在停留期间内，（ h）是这个间歇运动周期的结束和下一个的开始。 6、 倒退机构 考虑 V 被固定（图 2），输出轴是太阳齿轮 b，这个机构是一个行星齿轮机构的退变机构，与内部平行索引机构相比，在这样的退变机构中输入轴是 H，而不是凸轮 g，凸轮 g 在任何运动期间都没有角位移，在运动过程中，输入轴 H 以均匀的速度转 动，行星凸轮没有角位移，滚子齿轮 b 的旋转是一种间歇运动。对行星齿轮机构来说也一样。图 13 显示出了 I 型（图 11）的一个运动期间中退变机构的动画，其中，（ a）表示间歇运动期间的开始，（ b） ,(c)和（ d）是运动期间的相位，（ e）是运动期间的结束，也是停留时间的开始，（ f）和（ g）是在停留期间内，（ h）是这个间歇运动周期的结束和下一个的开始。 7、 机构的原型 用已取得的原型机构（ I 型）来验证其该机制的可行性，图 14 分别显示出了行星凸轮，凸轮和滚子的组装，以及原型外观的照片。凸轮是用一个线性切割机，而不是 削制造的，因为在凸轮轮廓上有一些槽。用线切割制造的凸轮并不十分准确，但是用以测试该机构的可行性是足够的。该原型机构通过驱动马达皮带链实现了 250 转 /分的速度。这个原型机构证明， 度凸轮机构的概念是可行的，成功的。另一个样机已经被制造用来对这种机构的定位精度，最高速度，振动和噪音等性能的测试，第二个原型机构的性能测试报告将在后面提交。 8、 总结 度凸轮机构的布局采用了类似于摆线减速器的结构，根据凸轮的滚子对的不同布局，该机制可以被设计成两个不同的类型（ I 型和 ）。把输出轴 这样得到的一个退变机构，也是一个间歇运动机构。由于节距曲线自的相交，异常的凸轮轮廓就由若干节距曲线内部和外部的偏移区域组成。这一机制的原型证明 度凸轮机构的概念是可行的，并在工业上拥有极大的潜力。 参考文献 : 1、 R. J. . 1949, 93 96 2、 C. N. ., 1952,143 160 3、 P. W. M 1965( 4、 J. H. J1972 ( 5、 J. S. G. , 1977( 6、 J. , 1978( 7、 F. Y. 982 ( 8、 P., X., T. of 1988,23(4), 313 318. 9、 M. A. J. of of a 990. 2, 359364 10、 of of a J. 1994, 116, 315 319 11、 M. A. J. M. A. J. of of a J. T. 1994, 116,369 374. 12、 M. T. of : J. 1998,212, 577585. 13、 C. A of 1995, 15, 871 873 ( 14、 H. C. of . 2003,39, 13 16. 15、 R. F. 1996, 230 239 (
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