本發(fā)明涉及一種蝸桿凸輪分度機構。

背景技術：

常用的蝸桿凸輪分度機構，其組成主要包括：蝸桿凸輪、滾子盤、滾子，滾子等間距安裝在滾子盤的徑向圓周上。蝸桿凸輪上設有槽道，槽道則可分為停歇槽道和運動槽道。工作時，有兩個滾子始終與槽道相互嚙合。當蝸桿凸輪在原地被驅動旋轉時，若滾子嚙合于停歇槽道，滾子盤靜止不動；若滾子嚙合于運動槽道，滾子盤在槽道的嚙合推動下產生回轉運動；這樣便能實現(xiàn)滾子盤的間歇運動(轉動)。

因為間歇運動(轉動)效果良好的，上述蝸桿凸輪分度機構應用廣泛，例如應用于機械加工設備中的刀庫、分度工作臺等。

盡管如此，為保持滾子與槽道在工作時的良好嚙合關系，槽道形狀復雜，加工困難，目前要一次制作完成蝸桿凸輪及其槽道，必須使用設備昂貴、加工程序復雜的五軸加工機，加工成本高，難以大量生產。

針對制造困難這個不足，也出現(xiàn)了一些改善的方法，比如將蝸桿凸輪的槽道底面呈半圓形曲面，與槽道具有運動配合關系的滾子也采用半圓形球面的外形結構。這樣，在加工蝸桿凸輪的槽道時，只需用具有半圓形切削邊緣的刀具搭配四軸加工機即可。因此，采用改善結 構，蝸桿凸輪1制造容易快速，適于大量生產并可降低生產成本。然而，這樣就沒有對蝸桿凸輪的運動曲線加以改進，運動性能有待提高。同時，滾子在嚙入與嚙出槽道時容易產生干涉。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的旨在于提供一種蝸桿凸輪分度機構，提升機構的整體運動性能，而且避免滾子在嚙入嚙出槽道時產生干涉。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種蝸桿凸輪分度機構，包括蝸桿凸輪和滾子盤，蝸桿凸輪包括蝸桿和固設在蝸桿上的凸輪，該凸輪的外側開設有槽道，該槽道呈螺旋狀；該滾子盤上設有多個滾子，該多個滾子沿滾子盤的周向間隔分布，該滾子用于在槽道內運動：

該槽道從一端至另一端依次設有嚙入段、第一停歇段、正弦加速運動段、等速運動段、正弦減速運動段、第二停歇段和嚙出段，該嚙入段和嚙出段的槽寬均大于該滾子的寬度，該第一停歇段、正弦加速運動段、等速運動段、正弦減速運動段和第二停歇段的槽寬均等于該滾子的寬度，并且當滾子位于該第一停歇段、正弦加速運動段、等速運動段、正弦減速運動段和第二停歇段內部時、滾子的中心位于該槽道的中心線上；

設定該嚙入段、第一停歇段、正弦加速運動段、等速運動段、正弦減速運動段、第二停歇段和嚙出段圍繞Z軸的轉動角度分別為：θ₄、θ₃、θ₂、θ₁、θ₅、θ₆和θ₇，并且θ₅＝θ₂、θ₆＝θ₃、θ₇＝θ₄；其中該Z軸為該凸輪的轉軸；

同時，設定槽道運動段的轉動角度θ₀，該槽道運動段包括正弦加速運動段、等速運動段和正弦減速運動段；槽道正弦加速運動段在Z軸方向的位移為h₁；槽道正弦減速運動段在Z軸方向的位移為h₂；相鄰滾子的中心距為H；滾子中心圓的半徑為R；滾子個數(shù)為N；蝸桿凸輪與滾子盤的中心距為D；

以蝸桿凸輪的中心點為原點，建立柱面坐標系O(r,θ,z),θ為槽道中心線繞Z軸的旋轉角度；

該嚙入段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-R·sin{2π/N-arcsin[z(θ+2π)/R]},θ＝[-(θ₀/2+θ₃+θ₄),-(θ₀/2+θ₃)]…(1)

該第一停歇段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2,θ＝[-(θ₀/2+θ₃),-θ₀/2]…(2)

該正弦加速運動段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2+h₁·{(θ+θ₀/2)/θ₂-sin[π(θ+θ₀/2)/θ₂]/π},θ＝[-θ₀/2,-θ₀/2+θ₂]…(3)

該等速運動段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2+h₁+(H-h₁-h₂)(θ+θ₀/2-θ₂)/(θ₀-2θ₂),θ＝[-θ₀/2+θ₂,θ₀/2-θ₂]…(4)

該正弦減速運動段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方 程：

Z(θ)＝H/2-h₂·{(θ₀/2-θ)/θ₂-sin[π(θ₀/2-θ)/θ₂]/π},θ＝[θ₀/2-θ₂,θ₀/2]…(5)

該第二停歇段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝H/2,θ＝[θ₀/2,θ₀/2+θ₃]…(6)

該嚙出段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝R·sin{2π/N+arcsin[z(θ+2π)/R]},θ＝[θ₀/2+θ₃,θ₀/2+θ₃+θ₄]…(7)

該槽道中心線在該凸輪的徑向截面的投影滿足以下方程：

r(θ)＝D-R·cos{arcsin[z(θ)/R]}…(8)

其中，r為槽道中心線在該凸輪徑向截面的投影上的點至Z軸的距離；

而且，θ₁、θ₂、θ₃、θ₄為正數(shù)；θ₀＝θ₁+2θ₂；θ₀+θ₃＝2π；

H＝2·R·sin(π/N)；

h₁＝h₂＝2·θ₂·H/(θ₀-θ₂)。

進一步地，該槽道的徑向截面呈半圓形。

進一步地，該滾子的側面為圓弧面，該圓弧面用于與該槽道內側壁接觸。

本發(fā)明的有益效果在于：

相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的蝸桿凸輪分度機構，其蝸桿凸輪采用等速運動和正弦加速度運動相結合的修正等速運動曲線，機構在整個運動過程中，既無剛性沖擊也無柔性沖擊，運動平穩(wěn)，速度高，分度 精確，提升機構的整體運動性能；而且，槽道的設計充分考慮了滾子在嚙入嚙出時與槽道的位置關系，避免產生干涉。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2至圖4為蝸桿凸輪在三個不同工作狀態(tài)的結構示意圖；

圖5為蝸桿凸輪的結構示意圖(顯示出槽道中心線)；

圖6為槽道中心線111在凸輪徑向截面的投影示意圖；

圖7為槽道中心線111的Z軸方向的位移與極半徑r的示意圖；

圖8為滾子的運動速度和加速度曲線示意圖；

其中：1、蝸桿凸輪；101、蝸桿；102、凸輪；11、槽道；111、槽道中心線；11ab、嚙入段；11bc、第一停歇段；11cd、正弦加速運動段；11de、等速運動段；11ef、正弦減速運動段；11fg、第二停歇段；11gh、嚙出段；2、滾子盤；21、滾子；L、滾子的寬度；h、相鄰兩個滾子的中心距；R、滾子中心圓的半徑；D、蝸桿凸輪與滾子盤的中心距。

具體實施方式

下面，結合附圖以及具體實施方式，對本發(fā)明做進一步描述：

如圖1至圖6所示，本發(fā)明的蝸桿凸輪分度機構，包括蝸桿凸輪1和滾子盤2，蝸桿凸輪1包括蝸桿101和固設在蝸桿101上的凸輪102，該凸輪102的外側開設有槽道11，該槽道11呈螺旋狀；該滾子盤2上設 有多個滾子21，該多個滾子21沿滾子盤2的周向間隔分布，該滾子21用于在槽道11內運動；

該槽道11從一端至另一端依次設有嚙入段11ab、第一停歇段11bc、正弦加速運動段11cd、等速運動段11de、正弦減速運動段11ef、第二停歇段11fg和嚙出段11gh，該嚙入段11ab和嚙出段11gh的槽寬均大于該滾子21的寬度，因此，該滾子21在嚙入和嚙出該槽道11時，可以不與槽道11接觸，從而使蝸桿凸輪1不會推動該滾子盤2運動，該第一停歇段11bc、正弦加速運動段11cd、等速運動段11de、正弦減速運動段11ef和第二停歇段11fg的槽寬均等于該滾子21的寬度L，并且當滾子21位于該第一停歇段11bc、正弦加速運動段11cd、等速運動段11de、正弦減速運動段11ef和第二停歇段11fg的內部時、滾子21的中心位于槽道11的槽道中心線111上；

設定該嚙入段11ab、第一停歇段11bc、正弦加速運動段11cd、等速運動段11de、正弦減速運動段11ef、第二停歇段11fg和嚙出段11gh圍繞Z軸的轉動角度分別為：θ₄、θ₃、θ₂、θ₁、θ₅、θ₆和θ₇，并且θ₅＝θ₂、θ₆＝θ₃、θ₇＝θ₄；其中該Z軸為該凸輪102的轉軸(本實施例中，θ₄、θ₃、θ₂、θ₁、θ₅、θ₆和θ₇分別為該嚙入段11ab、第一停歇段11bc、正弦加速運動段11cd、等速運動段11de、正弦減速運動段11ef、第二停歇段11fg和嚙出段11gh對應的槽道中心線111圍繞Z軸的轉動角度)；

同時，設定槽道運動段的轉動角度θ₀(本實施例中，θ₀為槽道運動段對應的槽道中心線111圍繞Z軸的轉動角度),該槽道運動段 包括正弦加速運動段11cd、等速運動段11de、正弦減速運動段11ef；槽道正弦加速運動段11cd在Z軸方向的位移為h₁；槽道正弦減速運動段在Z軸方向的位移為h₂；相鄰滾子21的中心距為H(槽道運動段在Z軸方向的位移也為H)；滾子21中心圓的半徑為R；滾子21個數(shù)為N；蝸桿凸輪1與滾子盤2的中心距為D；

以蝸桿凸輪1的中心點為原點，軸向為Z軸，該原點位于Z軸上，該Z軸為該凸輪102的轉軸，建立柱面坐標系O(r,θ,z),θ為槽道中心線111繞Z軸的旋轉角度；

該嚙入段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-R·sin{2π/N-arcsin[z(θ+2π)/R]},θ＝[-(θ₀/2+θ₃+θ₄),-(θ₀/2+θ₃)]…(1)

該第一停歇段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2,θ＝[-(θ₀/2+θ₃),-θ₀/2]…(2)

該正弦加速運動段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2+h₁·{(θ+θ₀/2)/θ₂-sin[π(θ+θ₀/2)/θ₂]/π},θ＝[-θ₀/2,-θ₀/2+θ₂]…(3)

該等速運動段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝-H/2+h₁+(H-h₁-h₂)(θ+θ₀/2-θ₂)/(θ₀-2θ₂),θ＝[-θ₀/2+θ₂,θ₀/2-θ₂]…(4)

該正弦減速運動段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝H/2-h₂·{(θ₀/2-θ)/θ₂-sin[π(θ₀/2-θ)/θ₂]/π},θ＝[θ₀/2-θ₂,θ₀/2]…(5)

該第二停歇段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝H/2,θ＝[θ₀/2,θ₀/2+θ₃]…(6)

該嚙出段的槽道中心線在Z軸方向的投影滿足以下方程：

Z(θ)＝R·sin{2π/N+arcsin[z(θ+2π)/R]},θ＝[θ₀/2+θ₃,θ₀/2+θ₃+θ₄]…(7)

該槽道中心線在該凸輪的徑向截面的投影滿足以下方程：

r(θ)＝D-R·cos{arcsin[z(θ)/R]}…(8)

其中，r為槽道中心線在該凸輪徑向截面的投影上的點至Z軸的距離(下文將r稱為極半徑)；

而且，θ₁、θ₂、θ₃、θ₄為正數(shù)；θ₀＝θ₁+2θ₂；θ₀+θ₃＝2π；

H＝2·R·sin(π/N)；

h₁＝h₂＝2·θ₂·H/(θ₀-θ₂)。

本發(fā)明的蝸桿凸輪分度機構，其蝸桿凸輪采用等速運動和正弦加速度運動相結合的修正等速運動曲線，機構在整個運動過程中，既無剛性沖擊也無柔性沖擊，運動平穩(wěn)，速度高，分度精確；而且，槽道的設計充分考慮了滾子在嚙入嚙出時與槽道的位置關系，避免產生干涉。

在圖中，a為嚙入段11ab的起點，b為嚙入段11ab的終點(同時為第一停歇段11bc的起點)，c為第一停歇段11bc的終點(同時為正弦加速運動段11cd的起點)，d為正弦加速運動段11cd的終點(同 時為等速運動段11de的起點)，e為等速運動段11de的終點(同時為正弦減速運動段11ef的起點，f為正弦減速運動段11ef的終點(同時為第二停歇段11fg的起點),g為第二停歇段11fg的終點(同時為嚙出段11gh的起點)，h為嚙出段11gh的終點。

為更好說明，以下較佳實施例?。害?sub>0＝3π/2，θ₂＝π/2，θ₃＝π/2，θ₄＝3π/4。代入方程(1)-(7)，得到：

Z(θ)＝-R·sin{2π/N-arcsin[z(θ+2π)/R]},θ＝[-2π,-5π/4]…(1’)

Z(θ)＝-H/2,θ＝[-5π/4,-3π/4]…(2’)

Z(θ)＝-H/2+(H/4)·{(3π/2+2θ)/π-sin(3π/2+2θ)/π},θ＝[-3π/4,-π/4]…(3’)

Z(θ)＝H·θ/π,當θ＝[-π/4,π/4]…(4’)

Z(θ)＝H/2-(H/4)·{(3π/2-2θ)/π-sin(3π/2-2θ)/π},當θ＝[π/4,3π/4]…(5’)

Z(θ)＝H/2,θ＝[3π/4,5π/4]…(6’)

Z(θ)＝R·sin{2π/N+arcsin[z(θ+2π)/R]},當θ＝[5π/4,2π]…(7’)

根據(jù)方程(1’)-(7’)和(8)，得到槽道中心線111在Z軸投影的曲線，請一同參考圖7。

在工作時，滾子21經嚙入段11ab進入槽道11到達第一停歇段 11bc；滾子21與槽道11在第一停歇段11bc配合工作時，雖然蝸桿凸輪圍繞Z軸轉動，但滾子盤2則靜止不回轉，因此，滾子盤2的分度、制動、定位一般在第一停歇段進行；接著，滾子21依次進入正弦加速運動段11cd、等速運動段11de和正弦減速運動段11ef，在Z軸方向依次做正弦加速度加速運動、等速運動、正弦加速度減速運動；之后進入第二停歇段11fg，這時，相對第一停歇段11bc，滾子盤2已轉過一個分度角：2π/N；最后滾子21從嚙出段11gh離開槽道11。

由圖7可知，處于第一停歇段11bc與第二停歇段11fg時，槽道中心線111的Z軸方向的位移與極半徑r均不隨旋轉角度θ的變化而變化，所以，滾子21與槽道11在停歇段互相嚙合時，雖然蝸桿凸輪1圍繞Z軸轉動，但滾子21靜止不動，滾子盤2也靜止不回轉。因此，整個機構在停歇段進行制動、分度與定位，能夠產生良好的分段驅進效果。

由圖8可知，加速度A為有限值，并且沒有突變，因此，機構在整個運動過程中，既無剛性沖擊也無柔性沖擊，運動平穩(wěn)，速度高，分度精確(圖8中的A曲線為滾子21運動的加速度曲線，V曲線為滾子21運動的速度曲線)。

另外，方程(1’)與(7’)充分考慮了滾子21在嚙入嚙出時與槽道11的位置關系，有效地避免產生干涉。

進一步地，該槽道11的徑向截面呈半圓形，這樣在加工蝸桿凸輪的槽道11時，只需用具有半圓形切削邊緣的刀具搭配四軸加工機即可。因此，蝸桿凸輪1制造容易快速，適于大量生產并可降低生產成本。

進一步地，該滾子21的側面為圓弧面，該圓弧面用于與該槽道11內側壁接觸。

對本領域的技術人員來說，可根據(jù)以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應該屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。