轴向弧面凸轮及并联输出的摇杆机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种并联输出的摇杆机构，包括可绕自身轴心线旋转地设于机架上的轴向弧面凸轮，该轴向弧面凸轮包括凸轮本体，凸轮本体的一侧轴端上具有其轴向向内凹陷的凹陷部，凹陷部的表面上开设有凸轮槽，凸轮槽绕凸轮本体的轴心线环设在凹陷部的表面上呈封闭状，该摇杆机构还包括多根可摆动地设于机架上的摇杆，摇杆上设有导向件，导向件均间隙配合地设于凸轮槽中。当轴向弧面凸轮在外部动力驱动下绕自身轴心线旋转时，摇杆的下端输出往复式摆动，这样便获取了并联输出的多个摆动运动。这相比传统的在凸轮的径向方向布置并联摇杆的圆柱凸轮摇杆机构、径向弧面摇杆机构来说，其在空间布置上结构更为紧凑，占用空间相对较小，且更容易装配。
【专利说明】轴向弧面凸轮及并联输出的摇杆机构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种轴向弧面凸轮以及并联输出的摇杆机构。
【背景技术】
[0002]凸轮摇杆机构，亦即铰支杠杆作往复摆动运动的机构，在工业及国民经济各行业中均有大量的应用。目前常见的三种凸轮摇杆机构为盘状凸轮摇杆机构、轴向凸轮摇杆机构、弧面凸轮分度机构；上述三种凸轮机构大多存在摇杆摆动幅度小，亦即摆杆输出位移小的问题；而且还有一个共同的突出缺点，即凸轮机构在凸轮径向上的结构尺寸相对较大，因而造成机构的紧凑性差。此外，有些凸轮摇杆机构采用力封闭设计，需要通过外力来实现摇杆的回程。
[0003]例如，机械工业出版社2007年10月第I版的《机械设计实用机构与装置图册(美Neil Sclater, Nicholas P.Chironis编,邹平译)》中第150页图5.1-2所介绍的端面形封闭凸轮-摇杆机构、机械工业出版社2004年3月第I版的《机构构型与选用(孟宪源姜琪编著)》中第68页图1-164所介绍的轴向凸轮-摇杆机构、化学工业出版社2013年8月第I版的《高等机械设计(王新华主编)》中第109页图6-17所介绍的弧面凸轮(亦称蜗杆凸轮)分度机构，均采用形封闭设计，其摇杆的摆动幅度受到较大制约；同时，上述几种凸轮机构在凸轮径向上的结构尺寸相对较大，机构的紧凑性差。而《机械工程学报》杂志1996年4月第2期发表的《新型球面空间分度凸轮机构啮合特性的研究》所介绍的所谓的新型球面分度凸轮机构，实际上可以用厚度较大的盘状凸轮来代替；而且该凸轮采用力封闭方式，如果变成形封闭，需要另外增加一只凸轮，无论是结构复杂程度还是制造成本无疑都大大提闻。
[0004]在需要多个摇摆运动从动件并联输出的场合，传统的做法是采用圆柱凸轮摇杆机构或径向弧面凸轮摇杆机构，在其径向上布置多个并联摇杆机构，造成空间布置繁杂，结构庞大。目前尚未检索到在轴向上布置并联摇杆机构的凸轮摇杆机构。如果能发明一种可以在轴向一端并联输出多只摇杆机构的轴向凸轮摇杆机构，无疑将是对凸轮摇杆机构的一个巨大创新。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种结构简单的轴向弧面凸轮。
[0006]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0007]—种轴向弧面凸轮，包括凸轮本体，所述凸轮本体的一侧轴端上具有沿所述凸轮本体的轴向向内凹陷的凹陷部，所述凹陷部在所述凸轮本体的任意轴向截面上形成两条弧线，两条所述弧线均沿所述凸轮本体的轴向内凹并对称地分布在所述凸轮本体的轴心线两侧。
[0008]在此技术方案中，优选地，所述凹陷部的表面上开设有凸轮槽，所述凸轮槽绕所述凸轮本体的轴心线环设在所述凹陷部的表面上呈封闭状。[0009]本实用新型的另一目的是提供一种并联输出的摇杆机构，从而并联输出多组摇摆运动。
[0010]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0011 ] 一种并联输出的摇杆机构，包括可绕自身轴心线旋转地设于机架上的轴向弧面凸轮，所述轴向弧面凸轮包括凸轮本体，所述凸轮本体的一侧轴端上具有沿所述凸轮本体的轴向向内凹陷的凹陷部，所述凹陷部在所述凸轮本体的任意轴向截面上形成两条弧线，两条所述弧线沿所述凸轮本体的轴向内凹并对称地分布在所述凸轮本体的轴心线两侧，所述凹陷部的表面上开设有凸轮槽，所述凸轮槽绕所述凸轮本体的轴心线环设在所述凹陷部的表面上呈封闭状，所述摇杆机构还包括可摆动地设于所述机架上的多根摇杆，每根所述摇杆的其中一轴端上设有导向件，所有所述摇杆上的所述导向件均间隙配合地设于所述凸轮槽中。
[0012]在此技术方案中，优选地，多个所述导向件沿所述凸轮槽的延伸方向均匀间隔地分布在所述凸轮槽中。
[0013]在此技术方案中，优选地，所述摇杆在所述机架上的铰支点、所述凸轮本体其中一轴向截面上与所述摇杆同侧的所述弧线的圆心为同一点。
[0014]在此技术方案中，优选地，所述导向件为圆柱端头、球头端头、圆柱滚子、球面滚子中的一种。
[0015]作为一种具体的实施方式，所述摇杆有两根，两根所述摇杆关于所述凸轮本体的轴心线对称地设置在所述机架上。
[0016]由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点:本实用新型的并联输出的摇杆机构中，当轴向弧面凸轮在外部动力驱动下绕自身轴心线旋转时，每根摇杆端部上的导向件便带动摇杆绕其在机架上的铰支点摆动，使得摇杆的另一端输出往复式摆动，这样便可并联输出多组摇摆运动。由于所有摇杆均位于轴向弧面凸轮的同一轴侦牝该并联输出的摇杆机构的结构较小，且结构极为紧凑，占用空间极小，相比现有技术其在应用时更易装配，占用空间更小，工作可靠性得到了提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]附图1为本实用新型中并联输出的摇杆机构的主视结构示意图；
[0018]附图2为附图1中A-A方向剖视示意图。
[0019]其中:1、凸轮本体；2、凸轮槽；3、弧线；4、摇杆；5、导向件。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体的实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
[0021]参见图1、图2所示的并联输出的摇杆机构，其包括一轴向弧面凸轮和多根摇杆4。
[0022]轴向弧面凸轮可绕自身轴心线旋转地设置在机架上，该轴向弧面凸轮包括凸轮本体1，凸轮本体I的一侧轴端上具有沿凸轮本体I的轴向向内凹陷的凹陷部，该凹陷部是以弧线3为母线、以凸轮本体I的轴心线为中心线旋转而形成，凹陷部在凸轮本体I的上述轴端上沿周向呈封闭状，凹陷部在凸轮本体I的任意轴向截面上均形成两条对称分布在凸轮本体I轴心线两侧的弧线3。在凹陷部的表面上开设有凸轮槽2，该凸轮槽2绕凸轮本体I的轴心线环设在凹陷部的表面上呈封闭状，凸轮槽2沿凸轮本体I的径向方向与凸轮本体I的轴心线之间的距离为非恒定值，或者至少有一段为非恒定值。在本实施例中凸轮槽2呈椭圆环状，如图2所示，这样便使得凸轮槽2距离凸轮本体I轴心线的径向尺寸沿凸轮槽2的周向不断变化。
[0023]多根摇杆4可摆动地设于机架上。参见图1所示，每根摇杆4的中部均铰接在机架上，摇杆4的上端设有导向件5，其下端作为摆动输出端。导向件5中心固定地设置在摇杆4的上端，导向件5间隙配合地设置在凸轮槽2中从而可沿凸轮槽2的延伸方向滑动或滚动。
[0024]当轴向弧面凸轮在外部动力驱动下绕自身轴心线旋转时，每根摇杆4上端的导向件5沿着凸轮槽2运动，由于凸轮槽2距离凸轮本体I轴心线的径向尺寸不断变化，导向件5便带动摇杆4绕其中部的铰支点摆动，使得摇杆4的下端输出往复式摆动，这样便获取了并联输出的多个摆动运动。这相比传统的在凸轮的径向方向布置并联摇杆的圆柱凸轮摇杆机构、径向弧面摇杆机构来说，其在空间布置上结构更为紧凑，占用空间相对较小，且更容易装配。
[0025]凸轮本体I上凹陷部以及凸轮槽2的曲线可以根据需要设计，使得摇杆4的下端能够不同的角位移、速度及加速度以满足不同的设计要求，使得并联输出的摇杆机构适用于不同的应用需求。
[0026]此外，根据负载以及使用寿命等不同需求，导向件5可设置为圆柱端头、球头端头、圆柱滚子、球面滚子中的一种，当导向件5为圆柱端头或球头端头时，其结构较为简单，但由于该导向件5与凸轮槽2之间在相对滑动时为滑动摩擦，其使用寿命较短；采用圆柱滚子或球面滚子作为导向件5，导向件5在凸轮槽2中相对凸轮槽2滚动，两者之间为滚动摩擦，因而可显著地提高其使用寿命。
[0027]当摇杆4为两根时，如图1所示，在两个摇杆4的下端固定上不同功能的揉搓工具，便可使得该摇杆机构形成各种功能不同的双手揉搓仿生机构。本实施例中两根摇杆4在机架上关于凸轮本体I的轴心线对称设置，且摇杆4在机架上的铰支点与凸轮本体I的其中一轴向截面上的弧线3的圆心为同一点，这样可使得两根摇杆4的下端输出的摆动运动相对称。
[0028]当轴向弧面凸轮在外部动力驱动下绕自身轴心线旋转时，摇杆4上端的导向件5沿着凸轮槽2运动，由于凸轮槽2距离凸轮本体I轴心线的径向尺寸不断变化，导向件5便带动摇杆4绕其中部的铰支点摆动，使得摇杆4的下端输出类似双手揉搓的往复摆动。在两个摇杆4的下端固定上不同功能的揉搓工具，便可形成各种功能不同的双手揉搓仿生机构。设计时根据摇杆4需输出的角位移、速度及加速度等因素设计凸轮本体I上的凹陷部及凸轮槽2的曲线，使得双手揉搓机构适用于不同的揉搓对象。
[0029]综上，本实用新型的并联输出的摇杆机构，其中通过设置轴向弧面凸轮，并在其一轴侧设置多根摇杆，从而可以并联输出多个摆动运动，该并联输出的摇杆机构结构简单，其相比传统的在凸轮的径向方向布置并联摇杆的圆柱凸轮摇杆机构、径向弧面摇杆机构来说，其在空间布置上结构更为紧凑，占用空间相对较小，且更容易装配。
[0030]另外，作为该并联输出的摇杆机构的特例，两根摇杆4可配合输出类似人手的揉搓运动，而单侧的揉搓输出动作中，从运动学上仅有轴向弧面凸轮和摇杆4这两个实质性的运动构件，这样便实现了复杂的模仿双手揉搓的平面运动，对于传统的机构学也是一种贡献。同时，其结构极为简单，造价特别低廉，工作可靠性高，能够满足不同行业对双手揉搓仿生机构的要求，这与现有的那些结构庞大复杂、造价极其高昂的仿生装置形成了非常鲜明的对照。
[0031]上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种轴向弧面凸轮，其特征在于:包括凸轮本体，所述凸轮本体的一侧轴端上具有沿所述凸轮本体的轴向向内凹陷的凹陷部，所述凹陷部在所述凸轮本体的任意轴向截面上形成两条弧线，两条所述弧线均沿所述凸轮本体的轴向内凹并对称地分布在所述凸轮本体的轴心线两侧。
2.根据权利要求1所述的轴向弧面凸轮，其特征在于:所述凹陷部的表面上开设有凸轮槽，所述凸轮槽绕所述凸轮本体的轴心线环设在所述凹陷部的表面上呈封闭状。
3.一种并联输出的摇杆机构，其特征在于:包括可绕自身轴心线旋转地设于机架上的轴向弧面凸轮，所述轴向弧面凸轮包括凸轮本体，所述凸轮本体的一侧轴端上具有沿所述凸轮本体的轴向向内凹陷的凹陷部，所述凹陷部在所述凸轮本体的任意轴向截面上形成两条弧线，两条所述弧线沿所述凸轮本体的轴向内凹并对称地分布在所述凸轮本体的轴心线两侧，所述凹陷部的表面上开设有凸轮槽，所述凸轮槽绕所述凸轮本体的轴心线环设在所述凹陷部的表面上呈封闭状，所述摇杆机构还包括可摆动地设于所述机架上的多根摇杆，每根所述摇杆的其中一轴端上设有导向件，所有所述摇杆上的所述导向件均间隙配合地设于所述凸轮槽中。
4.根据权利要求3所述的并联输出的摇杆机构，其特征在于:多个所述导向件沿所述凸轮槽的延伸方向均匀间隔地分布在所述凸轮槽中。
5.根据权利要求3所述的并联输出的摇杆机构，其特征在于:所述摇杆在所述机架上的铰支点、所述凸轮本体其中一轴向截面上与所述摇杆同侧的所述弧线的圆心为同一点。
6.根据权利要求3所述的并联输出的摇杆机构，其特征在于:所述导向件为圆柱端头、球头端头、圆柱滚子、球面滚子中的一种。
7.根据权利要求3?6任一所述的并联输出的摇杆机构，其特征在于:所述摇杆有两根，两根所述摇杆关于所述凸轮本体的轴心线对称地设置在所述机架上。
【文档编号】F16H25/16GK203703031SQ201420043760
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】窦云霞, 王传洋 申请人:苏州大学