一种用于发动机凸轮驱动的凹球面圆弧凸轮结构的制作方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本发明涉及一种用于发动机凸轮驱动的凹球面圆弧凸轮机构，特别适合于发动机动力提升而采用的高强度凸轮驱动结构。
【背景技术】
[0002]凸轮机构在发动机中得到广泛应用，目前凸轮驱动机构主要由凸轮轴、滚轮、挺住体等关键零部件组成。凸轮轴受加工技术限制，凸轮轴上的凸轮桃形的母线均为直线结构，进行驱动滚轮，完成挺住套的往复直线运动;滚轮侧母线主要采用直线形、大圆弧鼓形和直线与倒角相结合的结构。驱动装置滚轮宽度小于凸轮宽度，受力垂直于滚轮凸轮接触表面，滚轮在不同压力载荷作用下与凸轮的接触面积不同，容易在边缘处形成应力集中，在交变载荷的作用下使滚轮产生点蚀磨损，在受大载荷作用时容易使滚轮边缘开裂或压溃，最终导致凸轮机构驱动装置失效。而且这种驱动装置要求滚轮与凸轮轴线必须在同一平面内，必须要保证滚轮与凸轮的侧母线平行，需要键槽高精度定位，才能实现凸轮与滚轮的接触形式为线接触，装配时调整装配位置，不能直接观察，需要对此反复安装、调试，安装过程费时费力;而凹球面圆弧凸轮结构避免了直线结构凸轮轴的安装及使用弊端，安装简单，能够保证球面滚轮与凹球面圆弧凸轮轴的接触形式始终为圆弧接触，提高了接触刚度，保证了使用性能。目前查阅的文献表明:对于机构驱动装置没有采用球形滚轮与凹球面圆弧凸轮相结合的凸轮驱动机构。
【发明内容】
[0003]为了克服和弥补现有发动机凸轮机构驱动装置传动接触面小，压力分布不合理，易损坏，安装不便的技术不足和缺陷，本发明提供一种用于发动机凸轮驱动的凹球面圆弧凸轮驱动结构。通过改变滚轮、凸轮接触形状，提高接触刚度，改善受力分布情况，在相同的传动空间里传递更大的动力，并能解决滚轮安装过程中滚轮轴线与凸轮轴轴线必须共面的问题。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是基于球形滚轮与凹球面圆弧凸轮相结合的特点，设计的新型凸轮驱动结构。球形滚轮的滚压面是凸球面，凹球面圆弧凸轮的滚压面是横截面为圆弧形的凹槽，球面滚轮的球面圆弧母线与凹球面圆弧凸轮凹槽的截面圆弧线的半径是相同的，球形滚轮可沿凹球面圆弧凸轮凹槽滚动。
[0005]本发明的理论依据是:球体与横截面半径相同的圆柱凹槽在任意一点相切时有且只有一条切线，并且切线为垂直于圆柱轴心的圆弧线；圆柱与凹球面圆弧凸轮相在任意一点切时有且只有一条切线并且切线为垂直于圆柱轴心的圆弧线；当球体与凹球面圆弧凸轮在任意一点相切时，沿切线往两侧平移形成一段圆柱，不会有第二个相切位置，进而推导出:球体与凹球面圆弧凸轮在任意一点相切时有且只有一条切线，并且为一条半径等于凹槽横截面圆弧半径的平面圆弧线;进而可知:当凸轮转过任意角度时，滚轮的接触位置会发生变化，但圆弧形状和大小不变，又由于球体为中心对称结构，当球体绕球心任意转动时不会改变与凹球面圆弧凸轮切线形状和凸轮凹面的位置。当滚轮的轴线与凸轮轴轴线不平行时，滚轮与凸轮接触处会发生相对滑动，当角度很小时，滑动不明显，可以近似看做是纯滚动，但随着滚轮与凸轮之间的轴线角度的增大相对滑动的情况越明显，容易造成滚轮凸轮表面磨损，为了使滚轮与凸轮之间尽可能作纯滚动，需要采用键槽导向方式将滚轮滚动方向限制在一定范围内。
[0006]采用球形滚轮和凹球面圆弧形凸轮相结合的新型凸轮驱动机构，当滚轮绕升程方向小范围转动，由于滚轮为球形滚轮，与凸轮接触仍然为圆弧接触，不会因为滚轮角度偏转出现点接触的情况，所以安装时，只要保证凸轮轴轴向定位尺寸，让滚轮球心在凸轮凹槽的对称面上，不必保证滚轮与凸轮轴线在同一平面内，安装简单方便;采用本发明的凸轮机构还可以降低对凸轮机构中底座或箱体导向孔与轴承孔的位置加工精度的要求，降低加工难度及成本，由于凸轮是球形的，凸轮轴轴向位置能调整，即使挺住体与滚轮发生小范围偏转，滚轮也始终能装到凸轮轴的凹槽中，保证接触方式为圆弧线接触;球形滚轮与直线滚轮在相同接触宽度的条件下，圆弧接触线比直线接触线更长，在相同载荷作用时，接触面的应力会减小，并且滚轮接触面上的各个点的受力方向都指向球心，改善滚轮与凸轮间的受力分布条件，滚轮和凸轮接触面上受力更均匀，所以本发明的凸轮机构能够承受更大的载荷。
[0007]本发明的有益效果是:球形滚轮与凹球面圆弧凸轮接触方式为圆弧线接触，受力垂直于接触圆弧线并指向圆弧圆心，滚轮与凸轮受力分布均匀，边缘处无应力集中现象，不易在边缘处产生压溃、破裂，使凸轮机构能够承受更大的载荷，提高凸轮机构的使用寿命。在凸轮机构安装调试方面，凹球面圆弧凸轮结构安装时，当球形滚轮出现绕升降方向小范围转动或绕球心小范围摆动时，仍能保证接触方式为圆弧线接触，所以只要保证凸轮轴轴向定位尺寸即可，无需多次安装调试，安装调试方便。
【附图说明】
[0008]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0009]图1是凹球面圆弧凸轮结构的主视图。
[0010]图2是凹球面圆弧凸轮结构沿剖面A-A的剖视图。
[0011]图3是球体与圆柱凹槽相切的主视图。
[0012]图4是球体与圆柱凹槽相切的轴测图
图5是球体与凹球面圆弧凸轮相切的俯视图。
[0013]图6是球体与凹球面圆弧凸轮相切时沿B-B剖面的剖视图。
[0014]图7是凸轮转过45度时，球形滚轮与凹球面圆弧凸轮相切的主视图。
[0015]图8是凸轮转过45度时球形滚轮与凹球面圆弧凸轮相切沿A-A剖面的剖视图。
[0016]图9是凸轮转过45度时球形滚轮与凹球面圆弧凸轮切线在凸轮凸台上的投影。
[0017]图10是凸轮转过75度时球形滚轮与凹球面圆弧凸轮相切的主视图。
[0018]图11是凸轮转过75度时球形滚轮与凹球面圆弧凸轮相切沿A-A剖面的剖视图。
[0019]图12是凸轮转过75度时球形滚轮与凹球面圆弧凸轮切线在凸轮凸台上的投影。
[0020]图13是凸轮转过135度时球形滚轮与凹球面圆弧凸轮相切的主视图。
[0021 ]图14是凸轮转过135度时球形滚轮与凹球面圆弧凸轮相切沿A-A剖面剖视图。
[0022]图15是凸轮转过135度时球形滚轮与凹球面圆弧凸轮切线在凸轮凸台上的投影。
[0023]图16是球形滚轮绕升降方向转动与凹球面圆