闭门合页圆柱槽凸轮设计方法和该方法设计的圆柱槽凸轮技术

闭门合页圆柱槽凸轮设计方法，按以下步骤进行，①根据所需外径尺寸和圆柱槽凸轮压力角设计条件，确定设计基本升成曲线。②根据同一横截面上，圆柱槽凸轮压力角变化规律和槽凸轮压力角设计条件，确定设计曲线段壁厚。③校核及优化调整。④设计出的圆柱槽凸轮升程曲线为受力面曲线（即力封闭曲线面）。以此圆柱槽凸轮升程曲线为基准在非受力方向让出宽度与横销滚套间隙配合的槽。⑤最终设计出的圆柱槽凸轮升程曲线为与横销滚套间隙配合的等宽槽凸轮升程曲线。

Design method of closed door hinge cylindrical cam and cylindrical groove cam designed by this method

The design method of closed door hinge cylindrical groove cam is carried out according to the following steps. First, according to the design conditions of the required outer diameter and the pressure angle of the cylindrical slot cam, the basic design curve is determined. Secondly, according to the change law of the pressure angle of the cylindrical cam and the design condition of the pressure angle of the slot cam on the same cross section, the wall thickness of the design curve section is determined. (3) check and optimize the adjustment. (4) the curve of the lift of a cylindrical groove cam is a curve of the force surface (that is, the force closed curve). The cam lift curve of the cylindrical groove is based on the groove in which the width of the non force direction is transferred and the clearance of the roll sleeve is matched. The final design of the cylindrical groove cam lift curve and cross pin roll sleeve width clearance groove cam lift curve.

【技术实现步骤摘要】
闭门合页圆柱槽凸轮设计方法和该方法设计的圆柱槽凸轮
本专利技术属于机械设计领域，涉及一种机械机构的设计方法和该方法设计的产品，特别是闭门合页圆柱槽凸轮设计方法和该方法设计的圆柱槽凸轮。
技术介绍
一、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。二、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。三、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。(φ＝0°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。四、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：1.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。2.该凸轮机构依靠弹簧锁合，为力锁合的凸轮机构3.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°11.凸轮横销及滚套与圆柱槽凸轮之间的配合为滚动摩擦，磨损较小且可承受较大的载荷，并利用弹簧的作用力形成力锁合凸轮机构，使凸轮横销及滚套能够充分与圆柱槽凸轮轮廓接触，属于滚子从动件，确定凸轮横销及滚套最大直径可以通过现有教材中的设计方法或《机械设计手册》中滚子半径确定部分设计确定。四、现有设计方法存在的问题：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。另外，因曲线压力角分配不合理，导致凸轮机构运行阻力额外增加，只能通过增加弹簧力度(即弹簧体积)克服额外增加的运行阻力来加以解决。五、现有的相关设计方法现有的圆柱凸轮设计方法例如：【1】王经卓等.圆锥滚子摆动从动件圆锥凸轮机构压力角的解析方法.机械设计[J].2000.8；【2】石永刚，吴央芳.凸轮机构设计与应用创新[M].北京：机械工业出版社，2007。王经卓等文献【1】对圆锥滚子摆动从动件圆锥凸轮机构进行了详尽地分析和研究，以单参数包络面理论为基础建立了圆锥凸轮机构的数学模型，通过坐标变换.推导出了压力角解析式，为进一步研究空间凸轮机构奠定了扎实的基础。目前常用的方法是石永刚等在【2】文献论述的按基圆平面展开设计凸轮的轮廓线的方法，它根据圆柱凸轮转角的值，按给定的从动件运动规律求得摆杆摆角ψ值，作出轮廓线上对应的点，用光滑曲线连接各对应的点，即得展开的理论轮廓线，并在此基础上推导出许用压力角条件式及基圆半径条件式。现有滚子半径的确定方法例如：【3】陈立德.机械设计基础(第三版).北京：高等教育出版社.2007要求滚子半径RT与理论轮廓线最小曲率半径PMIN满足RT≦0.8PMIN,并使实际轮廓线的最小曲率半径P、≥(3～5)MM。其中曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
闭门合页圆柱槽凸轮设计方法，其特征在于：按以下步骤进行，步骤一，首先根据所需外径基圆尺寸建立基本升程曲线，该升程曲线对应圆柱槽凸轮开门方向转角φ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φ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φ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φ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φ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φ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φ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φ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φ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°；步骤二，根据同一横截面上，圆柱槽凸轮压力角变化规律及步骤一中压力角设计值范围、条件，求出内径基圆尺寸，确定圆柱槽凸轮壁厚；步骤三，根据同一圆柱面上，同一轮廓曲线位置点凸轮机构和反凸轮机构压力角互余；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的原则，校核升程曲线压力角是否超出最大许用压力角或最小许用压力角，超出则利用原则分配压力角进行优化调整；步骤四，根据力锁合的凸轮机构的特性，设计出的圆柱槽凸轮基本升程曲线为受力面曲线(即力锁合曲线面)，计算确定滚子的直径，以圆柱槽凸轮基本升程曲线为基准在非受力方向，以滚子的直径数值做等距偏移，形成第二条圆柱槽凸轮基本升程曲线，封闭连接两条圆柱槽凸轮基本升程曲线形成宽度与凸轮横销、滚套间隙配合的槽；步骤五，与凸轮横销、滚套间隙配合的等宽槽凸轮升程曲线作为最终的圆柱槽凸轮升程曲线。...

【技术特征摘要】
1.闭门合页圆柱槽凸轮设计方法，其特征在于：按以下步骤进行，步骤一，首先根据所需外径基圆尺寸建立基本升程曲线，该升程曲线对应圆柱槽凸轮开门方向转角φ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φ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φ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φ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φ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φ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φ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φ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φ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°；步骤二，根据同一横截面上，圆柱槽凸轮压力角变化规律及步骤一中压力角设计值范围、条件，求出内径基圆尺寸，确定圆柱槽凸轮壁厚；步骤三，根据同一圆柱面上，同一轮廓曲线位置点凸轮机构和反凸轮机构压力角互余；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的原则，校核升程曲线压力角是否超出最大许用压力角或最小许用压力角，超出则利用原则分配压力角进行优化调整；步骤四，根据力锁合的凸轮机构的特性，设计出的圆柱槽凸轮基本升程曲线为受力面曲线(即力锁合曲线面)，计算确定滚子的直径，以圆柱槽凸轮基本升程曲线为基准在非受力方向，以滚子的直径数值做等距偏移，形成第二条圆柱槽凸轮基本升程曲线，封闭连接两条圆柱槽凸轮基本升程曲线形成宽度与凸轮横销、滚套间隙配合的槽；步骤五，与凸轮横销、滚套间隙配合的等宽槽凸轮升程曲线作为最终的圆柱槽凸轮升程曲线。2.根据权利要求1所述的闭门合页圆柱槽凸轮设计方法，其特征在于：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。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠生，梁保全，顾胜康，何胜远，
申请(专利权)人：浙江木子机电有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33