一種用于發動機凸輪驅動的凹球面圓弧凸輪結構的制作方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發明涉及一種用于發動機凸輪驅動的凹球面圓弧凸輪機構，特別適合于發動機動力提升而采用的高強度凸輪驅動結構。
【背景技術】
[0002]凸輪機構在發動機中得到廣泛應用，目前凸輪驅動機構主要由凸輪軸、滾輪、挺住體等關鍵零部件組成。凸輪軸受加工技術限制，凸輪軸上的凸輪桃形的母線均為直線結構，進行驅動滾輪，完成挺住套的往復直線運動;滾輪側母線主要采用直線形、大圓弧鼓形和直線與倒角相結合的結構。驅動裝置滾輪寬度小于凸輪寬度，受力垂直于滾輪凸輪接觸表面，滾輪在不同壓力載荷作用下與凸輪的接觸面積不同，容易在邊緣處形成應力集中，在交變載荷的作用下使滾輪產生點蝕磨損，在受大載荷作用時容易使滾輪邊緣開裂或壓潰，最終導致凸輪機構驅動裝置失效。而且這種驅動裝置要求滾輪與凸輪軸線必須在同一平面內，必須要保證滾輪與凸輪的側母線平行，需要鍵槽高精度定位，才能實現凸輪與滾輪的接觸形式為線接觸，裝配時調整裝配位置，不能直接觀察，需要對此反復安裝、調試，安裝過程費時費力;而凹球面圓弧凸輪結構避免了直線結構凸輪軸的安裝及使用弊端，安裝簡單，能夠保證球面滾輪與凹球面圓弧凸輪軸的接觸形式始終為圓弧接觸，提高了接觸剛度，保證了使用性能。目前查閱的文獻表明:對于機構驅動裝置沒有采用球形滾輪與凹球面圓弧凸輪相結合的凸輪驅動機構。
【發明內容】
[0003]為了克服和彌補現有發動機凸輪機構驅動裝置傳動接觸面小，壓力分布不合理，易損壞，安裝不便的技術不足和缺陷，本發明提供一種用于發動機凸輪驅動的凹球面圓弧凸輪驅動結構。通過改變滾輪、凸輪接觸形狀，提高接觸剛度，改善受力分布情況，在相同的傳動空間里傳遞更大的動力，并能解決滾輪安裝過程中滾輪軸線與凸輪軸軸線必須共面的問題。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是基于球形滾輪與凹球面圓弧凸輪相結合的特點，設計的新型凸輪驅動結構。球形滾輪的滾壓面是凸球面，凹球面圓弧凸輪的滾壓面是橫截面為圓弧形的凹槽，球面滾輪的球面圓弧母線與凹球面圓弧凸輪凹槽的截面圓弧線的半徑是相同的，球形滾輪可沿凹球面圓弧凸輪凹槽滾動。
[0005]本發明的理論依據是:球體與橫截面半徑相同的圓柱凹槽在任意一點相切時有且只有一條切線，并且切線為垂直于圓柱軸心的圓弧線；圓柱與凹球面圓弧凸輪相在任意一點切時有且只有一條切線并且切線為垂直于圓柱軸心的圓弧線；當球體與凹球面圓弧凸輪在任意一點相切時，沿切線往兩側平移形成一段圓柱，不會有第二個相切位置，進而推導出:球體與凹球面圓弧凸輪在任意一點相切時有且只有一條切線，并且為一條半徑等于凹槽橫截面圓弧半徑的平面圓弧線;進而可知:當凸輪轉過任意角度時，滾輪的接觸位置會發生變化，但圓弧形狀和大小不變，又由于球體為中心對稱結構，當球體繞球心任意轉動時不會改變與凹球面圓弧凸輪切線形狀和凸輪凹面的位置。當滾輪的軸線與凸輪軸軸線不平行時，滾輪與凸輪接觸處會發生相對滑動，當角度很小時，滑動不明顯，可以近似看做是純滾動，但隨著滾輪與凸輪之間的軸線角度的增大相對滑動的情況越明顯，容易造成滾輪凸輪表面磨損，為了使滾輪與凸輪之間盡可能作純滾動，需要采用鍵槽導向方式將滾輪滾動方向限制在一定范圍內。
[0006]采用球形滾輪和凹球面圓弧形凸輪相結合的新型凸輪驅動機構，當滾輪繞升程方向小范圍轉動，由于滾輪為球形滾輪，與凸輪接觸仍然為圓弧接觸，不會因為滾輪角度偏轉出現點接觸的情況，所以安裝時，只要保證凸輪軸軸向定位尺寸，讓滾輪球心在凸輪凹槽的對稱面上，不必保證滾輪與凸輪軸線在同一平面內，安裝簡單方便;采用本發明的凸輪機構還可以降低對凸輪機構中底座或箱體導向孔與軸承孔的位置加工精度的要求，降低加工難度及成本，由于凸輪是球形的，凸輪軸軸向位置能調整，即使挺住體與滾輪發生小范圍偏轉，滾輪也始終能裝到凸輪軸的凹槽中，保證接觸方式為圓弧線接觸;球形滾輪與直線滾輪在相同接觸寬度的條件下，圓弧接觸線比直線接觸線更長，在相同載荷作用時，接觸面的應力會減小，并且滾輪接觸面上的各個點的受力方向都指向球心，改善滾輪與凸輪間的受力分布條件，滾輪和凸輪接觸面上受力更均勻，所以本發明的凸輪機構能夠承受更大的載荷。
[0007]本發明的有益效果是:球形滾輪與凹球面圓弧凸輪接觸方式為圓弧線接觸，受力垂直于接觸圓弧線并指向圓弧圓心，滾輪與凸輪受力分布均勻，邊緣處無應力集中現象，不易在邊緣處產生壓潰、破裂，使凸輪機構能夠承受更大的載荷，提高凸輪機構的使用壽命。在凸輪機構安裝調試方面，凹球面圓弧凸輪結構安裝時，當球形滾輪出現繞升降方向小范圍轉動或繞球心小范圍擺動時，仍能保證接觸方式為圓弧線接觸，所以只要保證凸輪軸軸向定位尺寸即可，無需多次安裝調試，安裝調試方便。
【附圖說明】
[0008]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0009]圖1是凹球面圓弧凸輪結構的主視圖。
[0010]圖2是凹球面圓弧凸輪結構沿剖面A-A的剖視圖。
[0011]圖3是球體與圓柱凹槽相切的主視圖。
[0012]圖4是球體與圓柱凹槽相切的軸測圖
圖5是球體與凹球面圓弧凸輪相切的俯視圖。
[0013]圖6是球體與凹球面圓弧凸輪相切時沿B-B剖面的剖視圖。
[0014]圖7是凸輪轉過45度時，球形滾輪與凹球面圓弧凸輪相切的主視圖。
[0015]圖8是凸輪轉過45度時球形滾輪與凹球面圓弧凸輪相切沿A-A剖面的剖視圖。
[0016]圖9是凸輪轉過45度時球形滾輪與凹球面圓弧凸輪切線在凸輪凸臺上的投影。
[0017]圖10是凸輪轉過75度時球形滾輪與凹球面圓弧凸輪相切的主視圖。
[0018]圖11是凸輪轉過75度時球形滾輪與凹球面圓弧凸輪相切沿A-A剖面的剖視圖。
[0019]圖12是凸輪轉過75度時球形滾輪與凹球面圓弧凸輪切線在凸輪凸臺上的投影。
[0020]圖13是凸輪轉過135度時球形滾輪與凹球面圓弧凸輪相切的主視圖。
[0021 ]圖14是凸輪轉過135度時球形滾輪與凹球面圓弧凸輪相切沿A-A剖面剖視圖。
[0022]圖15是凸輪轉過135度時球形滾輪與凹球面圓弧凸輪切線在凸輪凸臺上的投影。
[0023]圖16是球形滾輪繞升降方向轉動與凹球面圓