用于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，尤其是一種軌道交通車輛基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的 凸輪放大機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著軌道交通車輛的功率和運(yùn)行速度地不斷提高，必須要求基礎(chǔ)制動(dòng)裝置能輸出 較大的制動(dòng)力，以保證列車在緊急制動(dòng)時(shí)能在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)停車。目前，基礎(chǔ)制動(dòng)裝置 的力放大機(jī)構(gòu)主要有三種型式：杠桿、楔形滑塊、凸輪推桿。采用凸輪推桿結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)制動(dòng) 裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、制動(dòng)效率高、制動(dòng)倍率覆蓋廣等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)使用最廣泛。
[0003] 采用凸輪推桿結(jié)構(gòu)的其中一種基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，是一個(gè)典型的 偏心凸輪推桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其包括閘瓦1、主軸復(fù)位彈簧2、推桿3、滾輪4、活塞銷5、凸輪銷6、 凸輪7、活塞復(fù)位彈簧8和活塞9。凸輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)中心通過凸輪銷6與基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的外殼 鉸接，活塞9的支腳與凸輪7的邊緣處通過活塞銷5鉸接，推桿3的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有滾輪4， 推桿3的另一端與閘瓦1相連。滾輪4與凸輪7的外緣輪廓相接觸。其工作原理是：當(dāng)基 礎(chǔ)制動(dòng)裝置通入空氣壓力時(shí)，活塞9在氣壓的作用下克服活塞復(fù)位彈簧8的回復(fù)力向下滑 動(dòng)，通過活塞銷5推動(dòng)凸輪7繞凸輪銷6轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，凸輪7轉(zhuǎn)動(dòng)以推動(dòng)推桿3向前伸出， 使閘瓦1壓緊車輪踏面，施加制動(dòng)力。
[0004] 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的凸輪機(jī)構(gòu)通過改變凸輪外緣輪廓的弧線實(shí)現(xiàn)改變基礎(chǔ)制動(dòng)裝置 的制動(dòng)倍率，不同制動(dòng)倍率下，凸輪具有不同的外緣輪廓弧線。對于普通的凸輪推桿傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)來說，其凸輪輪廓的求解僅僅是用圖解法或解析法對凸輪推桿的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行求解，沒 有關(guān)注推桿受力的一致性。
[0005] 中國專利文獻(xiàn)201110338441. 9公開了一種恒定制動(dòng)力機(jī)車踏面單元制動(dòng)器，其 放大凸輪的工作曲面為以其與制動(dòng)缸體鉸接點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的對數(shù)螺線。其理論原理是：由 于對數(shù)螺線具有等角性，既對數(shù)螺線與所有過極點(diǎn)的射線的交角Ψ都相等，所以任何一條 參數(shù)給定的對數(shù)螺線與過極點(diǎn)的射線的交角Ψ都為一個(gè)確定值，而對數(shù)螺線上任意一點(diǎn) 的壓力角K為交角Ψ的余角（既K+Ψ =90° )，所以對數(shù)螺線上任意一點(diǎn)的壓力角K同 樣是一個(gè)定值。這樣在該曲線上的任何一點(diǎn)都具有唯一的壓力角，因而也就具有唯一的制 動(dòng)倍率。但是，經(jīng)理論分析可知，實(shí)際上制動(dòng)倍率不僅僅與壓力角有關(guān)，還與其他多種因素 相關(guān)比如：行程、轉(zhuǎn)動(dòng)角度等。設(shè)計(jì)時(shí)制動(dòng)倍率為3. 1的凸輪，根據(jù)上述專利文獻(xiàn)公布的技 術(shù)方案制成樣品，實(shí)測制動(dòng)倍率為3. 8,誤差很大，可見該種設(shè)計(jì)方法存在缺陷，無法運(yùn)用的 需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種可以準(zhǔn)確可靠地根據(jù)所需的制動(dòng)倍率計(jì)算并繪制出凸 輪輪廓，使得凸輪輪廓上的任意一點(diǎn)的制動(dòng)倍率恒定的用于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè) 計(jì)方法。
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種用于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，所 述凸輪機(jī)構(gòu)包括推桿、滾輪、凸輪和活塞，活塞的支腳與凸輪的邊緣處鉸接，推桿的一端轉(zhuǎn) 動(dòng)連接有滾輪，滾輪與凸輪的外緣輪廓相接觸，包括以下具體步驟：
[0008] A.用反轉(zhuǎn)法對凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程和受力情況進(jìn)行分析，得到基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的制 動(dòng)倍率a的計(jì)算模型：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，所述凸輪機(jī)構(gòu)包括推桿（3)、滾輪 (4)、凸輪（7 )和活塞（9 )，活塞（9 )的支腳與凸輪（7 )的邊緣處鉸接，推桿（3 )的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連 接有滾輪（4)，滾輪（4)與凸輪（7)的外緣輪廓相接觸，其特征在于，包括以下具體步驟： A.對凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程和受力情況進(jìn)行分析，得到基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的制動(dòng)倍率a的計(jì) 算模型：
其中，s為推桿（3)在導(dǎo)路上移動(dòng)的距離，r為活塞（9)作用點(diǎn)距凸輪（7)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的 距離，S為凸輪（7)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，β為活塞（9)作用點(diǎn)與凸輪（7)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線與導(dǎo)路 的夾角； Β.用解析法得到凸輪（7)的理論輪廓線的坐標(biāo)方程式：
其中，x、y為凸輪（7)的理論輪廓線上點(diǎn)的直角坐標(biāo)，Stl為滾輪（4)圓心與凸輪（7)在 導(dǎo)路方向上的初始距離，e為凸輪（7)轉(zhuǎn)動(dòng)中心與推桿（3)導(dǎo)路的偏距； C. 用解析法得到凸輪（7)的實(shí)際輪廓線的坐標(biāo)方程式：
其中，X1^1為凸輪（7)實(shí)際輪廓線上點(diǎn)的直角坐標(biāo)，rt為滾輪（4)的半徑； D. 確定a和s的數(shù)值，將計(jì)算模型④代入坐標(biāo)方程式⑤和⑥中，求解并繪制出凸輪（7) 的輪廓； E. 根據(jù)所繪制的凸輪（7 )輪廓加工制造出凸輪（7 )。
2. 按照權(quán)利要求1所述的用于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所 述步驟D通過Visual LISP與VBA交叉編程的方法進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和繪圖。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的用于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述步驟A中， 首先對推桿（3)和滾輪（4)進(jìn)行受力分析，得到關(guān)系式： Fcos a = Q ① 其中，F(xiàn)為凸輪（7)對滾輪（4)的正壓力，α為凸輪（7)的壓力角，Q為推桿（3)所受的 軸向力； 然后對凸輪（7)進(jìn)行受力分析，得到關(guān)系式：
其中，F(xiàn)lt為活塞（9)對凸輪（7)的推力； 根據(jù)關(guān)系式式①、②求解得到制動(dòng)倍率a的計(jì)算公式：
由公式③可求解得到所述計(jì)算模型④。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，包括以下具體步驟：A.對凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程和受力情況進(jìn)行分析，得到基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的制動(dòng)倍率a的計(jì)算模型；B.用解析法得到凸輪的理論輪廓線的坐標(biāo)方程式；C.用解析法得到凸輪的實(shí)際輪廓線的坐標(biāo)方程式；D.確定a和s的數(shù)值，將計(jì)算模型代入坐標(biāo)方程式中，求解并繪制出凸輪的輪廓；E.根據(jù)所繪制的凸輪輪廓加工制造出凸輪。本發(fā)明的用于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法建立了凸輪輪廓與制動(dòng)倍率的計(jì)算模型，可以準(zhǔn)確可靠地求解并繪制出指定制動(dòng)倍率的凸輪輪廓，使得凸輪輪廓上的任意一點(diǎn)的制動(dòng)倍率恒定。
【IPC分類】F16D121-14, F16D65-18, F16D125-28
【公開號】CN104747632
【申請?zhí)枴緾N201310746745
【發(fā)明人】伍安旭, 江浪, 茍青炳, 杜利清
【申請人】常州南車鐵馬科技實(shí)業(yè)有限公司, 南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月30日