一种适用于闭门合页的圆柱槽凸轮的制作方法

本实用新型属于凸轮机构领域，涉及适用于闭门合页的圆柱槽凸轮。

背景技术：

凸轮结构自动闭门合页通常包括门框页片、门扇页片、芯杆、弹簧及凸轮机构，其凸轮机构包括圆柱槽凸轮、凸轮横销及滚套，自动闭门合页以弹簧为动力源，凸轮机构为力矩转换单元，通过固定凸轮横销及滚套，相对圆柱槽凸轮成为不动端，圆柱槽凸轮只能沿着凸轮轮廓曲线槽相对固定的凸轮横销及滚套做轴向移动，将门扇页片开门状态时带来的扭矩转化为沿着芯杆朝轴向复位弹簧位置处的滑动位移，压缩了复位弹簧，累积弹性变形势能，当门扇页片关门状态时，圆柱槽凸轮反转做主动件，轴向远离复位弹簧，弹性变形势能释放，助推圆柱槽凸轮，连锁带动各部件复位运动，帮助使用者更加轻松的自动关门。

为实现圆柱槽凸轮轴向移动进行力矩转化，故将凸轮横销及滚套与闭门合页本体固定配合，且凸轮横销穿过圆柱槽凸轮轴心，因此圆柱槽凸轮的形状设计为中空圆柱管状，凸轮轮廓曲线槽环绕圆柱外周面并贯穿至中空的圆柱内壁呈镂空状。

为保证门扇处于关闭状态时，仍储备足够的关门扣锁力矩，根据闭门器行业标准可知的扣锁角度为0～15°，故圆柱槽凸轮上轮廓曲线槽对应-8°～-10°至0°为预压段和0 °～12°为扣锁段。(即门扇关闭位置。)

而门扇完全开启所需角度为90°，故圆柱槽凸轮上轮廓曲线槽对应13－89°为开门段。

门扇开启后，为防止门扇自动关闭，确保门扇开启后门扇可以任意停止，故圆柱槽凸轮上轮廓曲线槽对应90－180°为门停段，在门停段中，要求凸轮机构自锁实现门停，门扇需要手动推动。

门扇开启至180°后，需要回转进行关门状态，此时手动推动门扇带动圆柱槽凸轮反向旋转，凸轮横销及滚套相对轮廓曲线槽的位置从门停段离开，逆向进入开门段，进入开门段后，在弹簧恢复形变的弹力作用下，推动圆柱槽凸轮轴向移动，反向转化力矩，实现门扇自动旋转关闭，故开门段轮廓曲线槽同为关门段轮廓曲线槽。

因此设计自动闭门合页专用的圆柱槽凸轮时，因圆柱槽凸轮上的轮廓曲线槽与凸轮横销及滚套需要进行往返运动，为防止凸轮机构压力角过大，有害分力引起的摩擦阻力超过有效分力，机构发生自锁，需要考虑到以下几个方面：

该圆柱槽凸轮呈中空管状，其轮廓曲线槽呈镂空状贯穿圆柱外周面至内壁，因此设计时要考量的基圆不仅是圆柱外径，还需要考量该圆柱内径基圆大小带来的压力角变化。因基圆半径取得过小时，凸轮机构的压力角会增大，若设计时只考量外径基圆的最大压力角小于许用压力角，而忽略考量内径基圆的最大压力角，可能导致外径基圆压力角合格，然后设计内径基圆时，因内径基圆直径必然小于外径基圆直径，导致内径基圆最大压力角变大，甚至大于许用压力角，凸轮机构锁死的情况。同一横截面上，开门时凸轮压力角和自动关门时凸轮压力角的变化与轮廓曲线段壁厚有关，可以通过不同径向截面展开轮廓曲线求取凸轮压力角的变化值。由此得知，同一横截面上，凸轮机构(自动关门时)——由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化规律是由大→小。开门时、门停时(属反凸轮机构)——由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化规律是由小→大。

该凸轮机构依靠弹簧锁合，为力锁合的凸轮机构

在闭门合页开门状态时，门扇驱动圆柱槽凸轮旋转，凸轮横销及滚套作为主动件，驱使圆柱槽凸轮轴向移动，因此圆柱槽凸轮为从动件，属于反凸轮机构。

4.在闭门合页自动关门状态时，弹簧推动圆柱槽凸轮轴向移动作为主动件，凸轮横销及滚套作为从动件，属于凸轮机构。

5.在闭门合页自动门停状态时，凸轮机构自锁，开、关门需要手动推动门扇驱动圆柱槽凸轮旋转，凸轮横销及滚套作为主动件，驱使圆柱槽凸轮轴向移动，因此圆柱槽凸轮为从动件，属于反凸轮机构。

6.同一圆柱面上，同一轮廓曲线位置点凸轮机构和反凸轮机构压力角互余。

7.同一横截面上，随直径变化凸轮机构和反凸轮机构的压力角变化趋势相反。

8.可以通过不同直径圆柱面展开轮廓曲线，求得各分段轮廓曲线压力角的实际数值。

9.应根据各分段轮壳曲线对应机构工作原理和正、反凸轮机构工作条件，进行圆柱槽凸轮设计。

10.凸轮机构在闭门合页内液压油介质中工作，通过减少运动副配合间隙、用滚动替代滑动等措施提高了压力角临界值，查阅相关《机械设计手册》可知其许用压力角[α]≦73 °

四、现有圆柱槽凸轮存在的问题：

按照现有圆柱凸轮设计方法或《机械设计手册》凸轮设计条件设计的凸轮曲线完全可以满足自动关门工况，因为同一横截面上，凸轮机构(自动关门时)——由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化规律是由大→小。此时设计人员只需要按照所需外径基圆尺寸和压力角设计凸轮轮廓曲线，因为由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化规律是由大→小，故内径尺寸的轮廓曲线得到的压力角必然小于外径轮廓曲线，为降程曲线，此曲线不会对自动关门工况产生影响。

但是开门时(属反凸轮机构)——由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化规律是由小→大。此时凸轮轮廓曲线为升程曲线，如果机构分析不正确到位和压力角分配不当时，将会出现开门最大压力角αmax≥[α]许用压力角，就会出现开门时机构卡死或开门沉重(即效率低下)。

同一圆柱面上，开门时凸轮压力角和自动关门时凸轮压力角互余。减小自动关门时凸轮压力角的同时必然会导致开门时凸轮压力角的增大。当最大压力角αmax≥[α]许用压力角时就会严重影响产品功能，这就是凸轮曲线压力角分配不合理带来的产品功能失效。

而且机构分析不正确、不全面和压力角分配不合理导致的目前闭门合页专用圆柱槽凸轮外径基圆仅可以做到∮18，为减小自动闭门合页本体体积，需要尽可能减小圆柱槽凸轮的基圆。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术的不足，提供了一种合理分配凸轮轮廓曲线压力角，减少凸轮机构运行阻力，实现闭门合页开、关门顺畅，门停可靠，防止自然风关门的闭门合页圆柱槽凸轮设计方法，实现外径基圆小于∮18的圆柱槽凸轮。

本实用新型采用的技术方案：一种适用于闭门合页的圆柱槽凸轮，所述圆柱槽凸轮呈中空圆柱管状，包括外径基圆及内径基圆，所述圆柱槽凸轮上设有凸轮轮廓曲线槽，该凸轮轮廓曲线槽环绕圆柱外径基圆外周面并贯穿至内径基圆呈镂空状，所述凸轮轮廓曲线槽展开的平面曲线为升程曲线，，所述升程曲线对应圆柱槽凸轮开门方向转角设有开门方向预压段、关门方向预压段、开门方向扣锁段、关门方向扣锁段、开门段、自动关门段、开门方向门停段及关门方向门停段；

所述圆柱槽凸轮转角从-8°～-10°旋转至0°时，从动件的位移路径为开门方向预压段升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从0°旋转至12°时，从动件的位移路径为开门方向扣锁段升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从13°旋转至89°，从动件的位移路径为开门段升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从90°旋转至180°，从动件的位移路径为开门方向门停段升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从180°旋转至90°，从动件的位移路径为关门方向门停段升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从89°旋转至13°，从动件的位移路径为自动关门段升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从12°旋转至0°时，从动件的位移路径为关门方向扣锁段升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从0°旋转至-8°～-10°时，从动件的位移路径为关门方向预压段升程曲线；

所述开门方向预压段升程曲线、关门方向预压段升程曲线、开门方向扣锁段升程曲线、关门方向扣锁段升程曲线、开门段升程曲线及自动关门段升程曲线最大许用压力角αmax≤60°；所述开门方向门停段升程曲线最大许用压力角αmax≤10°；

所述关门方向门停段升程曲线最小许用压力角αmin≥80°；

采用上述技术方案，即可通过所需外径尺寸和圆柱槽凸轮压力角设计条件，利用开门方向预压段、关门方向预压段、开门扣锁段、自动关门扣锁段、开门段、自动关门段、开门方向门停段及关门方向门停段轮廓曲线特征，实现能够完成闭门合页开、关门动作的圆柱槽凸轮。其中预压段和扣锁段、开门段为同一升程曲线，预压段是防止安装使用时，门扇关闭到位的同时，升程曲线也同时或提前工作到位(丧失关门力矩输出)影响闭门效果，而设计的曲线延伸。同时也起到了门扇关闭到位的同时仍有关门力矩输出使关门效果更加可靠。开门方向预压段和关门方向预压段、开门扣锁段和自动关门扣锁段、开门段和自动关门段最大许用压力角αmax≤60°。开门方向门停段最大许用压力角αmax≤10°确保手动开、关门顺畅。关门方向(凸轮机构工作时)最小许用压力角αmin≥80°确保可靠停门。

本实用新型的进一步设置：所述门停段升程曲线与开门段升程曲线的曲线过渡处及门停段升程曲线末端位置处，在力锁合方向曲线面上均设有防风阻尼圆弧槽。

本实用新型的进一步设置：所述圆柱槽凸轮转角从13°旋转至89°时，开门段升程曲线由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化范围为α＝39°～54°，所述圆柱槽凸轮转角从 89°旋转至13°时，自动关门段升程曲线由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化范围为α＝51°～36°。

采用上述技术方案，开门时：主动件——凸轮横销及滚套；从动件——槽凸轮。属反凸轮机构。开门时α＝39°～54°＜[60°]。

自动关门时(预压和扣锁段、开门段)：主动件——槽凸轮；从动件——凸轮横销及滚套。属凸轮机构。关门时α＝51°～36°＜[60°]。符合所述开门方向预压段升程曲线、关门方向预压段升程曲线、开门扣锁段升程曲线、自动关门扣锁段升程曲线、开门段升程曲线及自动关门段升程曲线最大许用压力角αmax≤60°。而且符合凸轮机构(自动关门时)——由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化规律是由大→小。反凸轮机构(开门时)——由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化是由小→大的变化规律。

本实用新型的进一步设置：所述开门方向预压段升程曲线为开门方向扣锁段、开门段升程曲线的延伸，该预压段升程曲线和开门方向扣锁段、开门段升程曲线为同一升程曲线，压力角及压力角变化范围相同。所述关门方向预压段升程曲线为关门方向扣锁段、自动关门段升程曲线的延伸，该关门方向预压段升程曲线和关门方向扣锁段、自动关门段升程曲线为同一升程曲线，压力角及压力角变化范围相同。

采用上述技术方案，其中预压段和扣锁段、开门段为同一升程曲线，预压段是防止安装使用时，门扇关闭到位的同时，升程曲线也同时或提前工作到位(丧失关门力矩输出) 影响闭门效果，而设计的曲线延伸。

本实用新型的进一步设置：所述开门方向门停段升程曲线由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化范围为α＝4°～7°；

所述关门方向门停段升程曲线由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化范围为α＝86°～83°；

采用上述技术方案，符合所述开门方向门停段升程曲线最大许用压力角αmax≤10°；所述关门方向门停段升程曲线最小许用压力角αmin≥80°的设计条件，

开门方向门停段最大许用压力角αmax≤10°确保手动开、关门顺畅。关门方向最小许用压力角αmin≥80°实现凸轮机构锁死，防止自动关闭。

本实用新型的进一步设置：所述圆柱槽凸轮外径基圆为φ15、内径基圆为φ8.7，所述圆柱槽凸轮上沿开门方向设有外径基圆φ15的升程曲线作为第一升程曲线，所述圆柱槽凸轮上沿开门方向设有内径基圆φ8.7的升程曲线作为第二升程曲线，所述第一、第二升程曲线对应圆柱槽凸轮开门方向均设有开门方向预压段、开门方向扣锁段、开门段及开门方向门停段；所述第一升程曲线的开门方向预压段及开门方向扣锁段、开门段的最小压力角αmin＝39°、开门方向门停段最小压力角αmin＝4°；所述第二升程曲线的开门方向预压段及开门方向扣锁段、开门段的最大压力角αmax＝54°、开门方向门停段最小压力角αmin＝7°。

采用上述技术方案，通过所述的设计方法，实现设计外径基圆小于φ18的圆柱槽凸轮，且各压力角及压力角变化范围、规律均符合设计方法中的要求。

本实用新型的进一步设置：所述第一、第二升程曲线的开门方向预压段、开门方向扣锁段、开门段及开门方向门停段对应圆柱槽凸轮关门方向成为关门方向预压段、关门方向扣锁段、自动关门段及关门方向门停段，所述第一升程曲线的关门方向预压段及关门方向扣锁段、自动关门段的最大压力角αmax＝51°、关门方向门停段最大压力角αmax＝86°；所述第二升程曲线的关门方向预压段及关门方向扣锁段、自动关门段的最小压力角αmin＝36°、关门方向门停段最大压力角αmax＝83°。

本实用新型的进一步设置：所述门停段升程曲线与开门段升程曲线的曲线过渡处及门停段升程曲线末端位置处，在力锁合方向曲线面上均设有防风阻尼圆弧槽。

采用上述技术方案，本机构为力封闭槽形升程曲线，为增加门停段门扇停位效果，防止自然风关闭门扇，在门停段与开门段的曲线过渡段和门停段曲线末端的力封闭曲线面建议增加设计防风阻尼圆弧槽。设置的防风阻尼圆弧槽使得当凸轮横销及滚套位于门停段时，如果有自然风吹动门扇，凸轮横销及滚套移动至门停段升程曲线与开门段升程曲线的曲线过渡处或门停段升程曲线末端位置处，落入圆弧槽内被卡住，圆弧槽有效阻止了凸轮横销及滚套进入自动关门段，造成门扇被自然风关闭的情况。

附图说明

图1圆柱槽凸轮外径基圆φ15曲线展开图；

图2圆柱槽凸轮内孔基圆φ8.7曲线展开图；

图3开门时圆柱槽凸轮外径基圆φ15曲线压力角示意图；

图4开门时圆柱槽凸轮内孔基圆φ8.7曲线压力角示意图；

图5关门时圆柱槽凸轮外径基圆φ15曲线压力角示意图；

图6关门时圆柱槽凸轮内孔基圆φ8.7曲线压力角示意图；

图7开门时圆柱槽凸轮结构示意图。

具体实施方式

如图1-7所示，一种适用于闭门合页的圆柱槽凸轮，所述圆柱槽凸轮呈中空圆柱管状，包括外径基圆及内径基圆，所述圆柱槽凸轮上设有凸轮轮廓曲线槽，该凸轮轮廓曲线槽环绕圆柱外径基圆外周面并贯穿至内径基圆呈镂空状，所述凸轮轮廓曲线槽展开的平面曲线为升程曲线，所述升程曲线对应圆柱槽凸轮开门方向转角设有开门方向预压段1、关门方向预压段、开门方向扣锁段2、关门方向扣锁段、开门段3、自动关门段、开门方向门停段 4及关门方向门停段；

所述圆柱槽凸轮转角从-8°～-10°旋转至0°时，从动件的位移路径为开门方向预压段1 升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从0°旋转至12°时，从动件的位移路径为开门方向扣锁段2升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从13°旋转至89°，从动件的位移路径为开门段3升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从90°旋转至180°，从动件的位移路径为开门方向门停段4升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从180°旋转至90°，从动件的位移路径为关门方向门停段升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从89°旋转至13°，从动件的位移路径为自动关门段升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从12°旋转至0°时，从动件的位移路径为关门方向扣锁段升程曲线；

所述圆柱槽凸轮转角从0°旋转至-8°～-10°时，从动件的位移路径为关门方向预压段升程曲线；

所述开门方向预压段1升程曲线、关门方向预压段升程曲线、开门方向扣锁段2升程曲线、关门方向扣锁段升程曲线、开门段3升程曲线及自动关门段升程曲线最大许用压力角αmax≤60°；

所述开门方向门停段4升程曲线最大许用压力角αmax≤10°；

所述关门方向门停段升程曲线最小许用压力角αmin≥80°；

采用上述技术方案，即可通过所需外径尺寸和圆柱槽凸轮压力角设计条件，利用开门方向预压段1、关门方向预压段、开门扣锁段、自动关门扣锁段、开门段3、自动关门段、开门方向门停段4及关门方向门停段轮廓曲线特征，实现能够完成闭门合页开、关门动作的圆柱槽凸轮。其中预压段和扣锁段、开门段3为同一升程曲线，预压段是防止安装使用时，门扇关闭到位的同时，升程曲线也同时或提前工作到位(丧失关门力矩输出)影响闭门效果，而设计的曲线延伸。同时也起到了门扇关闭到位的同时仍有关门力矩输出使关门效果更加可靠。开门方向预压段1和关门方向预压段、开门扣锁段和自动关门扣锁段、开门段3和自动关门段最大许用压力角αmax≤60°。开门方向门停段4最大许用压力角αmax≤10°确保手动开、关门顺畅。关门方向(凸轮机构工作时)最小许用压力角αmin≥80°确保可靠停门。圆柱槽凸轮工作时压力角的变化较为复杂，必须根据工况，满足设计条件，在上述压力角变化范围内合理分配压力角，设计升程曲线和曲线段壁厚是圆柱槽凸轮设计取得成功的关键和遵守原则。

所述圆柱槽凸轮转角从13°旋转至89°时，开门段3升程曲线由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化范围为α＝39°～54°，所述圆柱槽凸轮转角从89°旋转至13°时，自动关门段升程曲线由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化范围为α＝51°～36°。

采用上述技术方案，开门时：主动件——凸轮横销及滚套；从动件——槽凸轮。属反凸轮机构。开门时α＝39°～54°＜[60°]。

自动关门时(预压和扣锁段、开门段3)：主动件——槽凸轮；从动件——凸轮横销及滚套。属凸轮机构。关门时α＝51°～36°＜[60°]。符合所述开门方向预压段1升程曲线、关门方向预压段升程曲线、开门扣锁段升程曲线、自动关门扣锁段升程曲线、开门段3 升程曲线及自动关门段升程曲线最大许用压力角αmax≤60°。而且符合凸轮机构(自动关门时)——由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化规律是由大→小。反凸轮机构(开门时)——由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化是由小→大的变化规律。

所述开门方向预压段1升程曲线为开门方向扣锁段2、开门段3升程曲线的延伸，该预压段升程曲线和开门方向扣锁段2、开门段3升程曲线为同一升程曲线，压力角及压力角变化范围相同。所述关门方向预压段升程曲线为关门方向扣锁段、自动关门段升程曲线的延伸，该关门方向预压段升程曲线和关门方向扣锁段、自动关门段升程曲线为同一升程曲线，压力角及压力角变化范围相同。

其中预压段和扣锁段、开门段3为同一升程曲线，预压段是防止安装使用时，门扇关闭到位的同时，升程曲线也同时或提前工作到位(丧失关门力矩输出)影响闭门效果，而设计的曲线延伸。

所述开门方向门停段4升程曲线由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化范围为α＝4°～7°；

所述关门方向门停段升程曲线由外径向里圆柱槽凸轮压力角变化范围为α＝86°～83°；

符合所述开门方向门停段4升程曲线最大许用压力角αmax≤10°；所述关门方向门停段升程曲线最小许用压力角αmin≥80°的设计条件，

开门方向门停段4最大许用压力角αmax≤10°确保手动开、关门顺畅。关门方向最小许用压力角αmin≥80°实现凸轮机构锁死，防止自动关闭。

所述圆柱槽凸轮外径基圆6为φ15、内径基圆7为φ8.7，所述圆柱槽凸轮上沿开门方向设有外径基圆φ15的升程曲线作为第一升程曲线61，所述圆柱槽凸轮上沿开门方向设有内径基圆φ8.7的升程曲线作为第二升程曲线71，所述第一、第二升程曲线对应圆柱槽凸轮开门方向均设有开门方向预压段1、开门方向扣锁段2、开门段3及开门方向门停段4；所述第一升程曲线的开门方向预压段1及开门方向扣锁段2、开门段3的最小压力角αmin＝39°、开门方向门停段4最小压力角αmin＝4°；所述第二升程曲线的开门方向预压段1及开门方向扣锁段2、开门段3的最大压力角αmax＝54°、开门方向门停段4最小压力角αmin＝7°。

采用上述技术方案，通过所述的设计方法，实现设计外径基圆小于φ18的圆柱槽凸轮，且各压力角及压力角变化范围、规律均符合设计方法中的要求。

所述第一、第二升程曲线的开门方向预压段1、开门方向扣锁段2、开门段3及开门方向门停段4对应圆柱槽凸轮关门方向成为关门方向预压段、关门方向扣锁段、自动关门段及关门方向门停段，所述第一升程曲线的关门方向预压段及关门方向扣锁段、自动关门段的最大压力角αmax＝51°、关门方向门停段最大压力角αmax＝86°；所述第二升程曲线的关门方向预压段及关门方向扣锁段、自动关门段的最小压力角αmin＝36°、关门方向门停段最大压力角αmax＝83°。

所述门停段升程曲线与开门段3升程曲线的曲线过渡处及门停段升程曲线末端位置处，在力锁合方向曲线面上均设有防风阻尼圆弧槽5。

本机构为力封闭槽形升程曲线，为增加门停段门扇停位效果，防止自然风关闭门扇，在门停段与开门段3的曲线过渡段和门停段曲线末端的力封闭曲线面建议增加设计防风阻尼圆弧槽5。设置的防风阻尼圆弧槽5使得当凸轮横销及滚套位于门停段时，如果有自然风吹动门扇，凸轮横销及滚套移动至门停段升程曲线与开门段3升程曲线的曲线过渡处或门停段升程曲线末端位置处，落入圆弧槽内被卡住，圆弧槽有效阻止了凸轮横销及滚套进入自动关门段，造成门扇被自然风关闭的情况。