KHV分度凸輪機(jī)構(gòu)：一種新的間歇性機(jī)制HaoWang1,CeZhang2,andGuanlongChen11機(jī)械工程學(xué)院，上海交通大學(xué)，上海，中華人民共和國2機(jī)械工程學(xué)院，天津大學(xué)，天津，中華人民共和國摘要：KHV分度凸輪機(jī)構(gòu)是一種新型的間歇機(jī)構(gòu)，它具有KHV行星齒輪傳動裝置（一種類型的行星傳動的結(jié)構(gòu)類似少齒差，其中K表示太陽齒輪，H表示的樞轉(zhuǎn)臂，和V表示的輸出機(jī)制）。本文重點(diǎn)介紹的是在這樣一個(gè)新的機(jī)制中，間距曲線和一個(gè)凸輪輪廓的生成。對KHV分度凸輪機(jī)構(gòu)的三種類型進(jìn)行比較和討論，得出凸輪的曲線方程。對凸輪的節(jié)距曲線的偏移量進(jìn)行布爾運(yùn)算，然后得出凸輪的輪廓曲線。在此之后，被消除凸輪輪廓上的尖點(diǎn)，由一個(gè)特定的厄米曲線取代。下文將展示這三種類型的動畫，并呈現(xiàn)這樣一個(gè)機(jī)制的原型。關(guān)鍵詞：間歇機(jī)構(gòu)，分度凸輪機(jī)構(gòu)，行星傳動1、介紹：分度凸輪機(jī)構(gòu)在工業(yè)中被廣泛使用。平行分度凸輪機(jī)構(gòu)，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)，這三種傳統(tǒng)類型的機(jī)構(gòu)在今天廣為人知81。近年來，一些新的索引的類型的凸輪機(jī)構(gòu)也有報(bào)道，例如，岡薩雷斯-帕拉西奧斯和洛杉磯報(bào)道的凸輪和從動件之間直接接觸的合成的球形分度凸輪機(jī)構(gòu)9。這個(gè)類型的球面分度凸輪機(jī)構(gòu)，包括滾筒10。岡薩雷斯-帕拉西奧斯和洛杉磯11還提出了統(tǒng)一的方法，目的在于分度凸輪的合成機(jī)制與直接接觸傳遞。西岡和西村報(bào)道了一類新型的有內(nèi)部凸輪的平行分度凸輪機(jī)構(gòu)12。張1314對于分度凸輪機(jī)制，創(chuàng)建了一個(gè)新的概念-行星分度凸輪機(jī)構(gòu)，并提出了兩種類型的這種機(jī)構(gòu)。在本文中，這個(gè)概念延伸到KHV分度凸輪機(jī)構(gòu)，這是一個(gè)間歇運(yùn)動機(jī)中構(gòu)具有KHV行星齒輪變速器的布局。新的機(jī)制適合某些需要大量停止的工作環(huán)境。在該機(jī)制中由于大部分的滾子可以與凸輪接合，所以可以得到更高的強(qiáng)度和更緊湊的設(shè)計(jì)。這一新的機(jī)制的索引驅(qū)動器的適用范圍將擴(kuò)大到更廣泛的行業(yè)應(yīng)用。2、設(shè)備結(jié)構(gòu)：一個(gè)KHV分度凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是類似一個(gè)擺線針輪減速機(jī)，其計(jì)劃描繪在圖1。擺線減速機(jī)由一個(gè)行星齒輪，有偏心率的輸入軸H（旋轉(zhuǎn)手臂）和固定在太陽齒輪b上的一些滾子組成。對于純旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的輸出軸V行星齒輪g的偏心擺動被一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)的設(shè)備w濾出。作為一個(gè)KHV分度凸輪機(jī)構(gòu)的布局是類似的擺線減速機(jī)，圖。1也被用來作為該計(jì)劃的新機(jī)制。在這樣的機(jī)制中，行星齒輪g和在太陽齒輪b上的輥將被取代，由一個(gè)凸輪-輥機(jī)構(gòu)來進(jìn)行間歇運(yùn)動。在運(yùn)動過程中，輸入軸H將在一個(gè)恒定的速度旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)的行星齒輪g則是間歇性的。行星齒輪g的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動也被輸出裝置w濾出到軸五。根據(jù)凸輪-滾子的布局，KHV分度凸輪機(jī)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)為兩種不同的類型，即，I型，其中的行星齒輪g是一個(gè)凸輪，而滾子被固定在太陽齒輪b上，和型，其中滾子被固定在行星齒輪g上，而太陽輪齒b是一個(gè)內(nèi)部的凸輪。當(dāng)輸出軸的太陽齒輪b和V是固定的，該機(jī)制是不再是一個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)，而是從一個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)倒退變?yōu)橐粋€(gè)普通齒輪傳動機(jī)構(gòu)。（圖2）因?yàn)檫@樣的退變機(jī)制也能完成間歇運(yùn)動的任務(wù)。這被叫做退變型的KHV索引機(jī)制。關(guān)于型機(jī)構(gòu)的研究工作在先前已經(jīng)被張報(bào)道過了。在本文中，都集中在所有這三種類型的合成。3.1、凸輪的節(jié)距曲線：根據(jù)前面提到的對于該機(jī)制的布局和其組成部分的相對運(yùn)動，在圖3構(gòu)造出了坐標(biāo)系統(tǒng)和型機(jī)構(gòu)的參數(shù)?？紤]三個(gè)結(jié)構(gòu)：g是行星凸輪，b是有滾子的太陽齒輪，H是有偏心作用的輸入軸。Ob和Og分別表示太陽齒輪b和行星凸輪g的中心。固定坐標(biāo)系ObXbYb被剛性地固定在太陽齒輪b上，輸入軸H以一個(gè)恒定的角速度繞點(diǎn)Ob旋轉(zhuǎn)。與行星凸輪有關(guān)的相對坐標(biāo)系統(tǒng)OgXgYg也建立起來了，并且Og也代表了行星凸輪g的旋轉(zhuǎn)中心。我們假設(shè)，e表示輸入軸的偏心，與太陽齒輪b的半徑（Ob與滾子的中心之間的距離Mi）為Rz。在太陽齒輪b中滾子的數(shù)目是z。輸入軸H的角位移是H，行星凸輪的角位移是g。分別讓Mi（i=1，.，z）代表各滾子的中心。三個(gè)位置向量，RZI，H和RTI，也示于圖3中，其中RZI被固定在太陽齒輪b并且面向各個(gè)滾子的中心和點(diǎn)Ob。H被固定于輸入軸并且面向行星凸輪的中心與點(diǎn)Ob。RTI表示點(diǎn)Og作凸輪節(jié)距曲線運(yùn)動的位置.他們之間的關(guān)系是：對于II型，坐標(biāo)系和參數(shù)的構(gòu)造如圖4所示，在這樣的類型里，g所扮演的角色的行星滾子齒輪，b是一個(gè)內(nèi)部的凸輪，和H是有偏心率的輸入軸。Ob與Og分別表示太陽齒輪b和滾子齒輪g的中心。固定坐標(biāo)系ObXbYb也剛性地連接到凸輪b的內(nèi)部，輸入軸H以一個(gè)恒定的角速度繞點(diǎn)Ob旋轉(zhuǎn)。移動坐標(biāo)系統(tǒng)OgXgYg被剛性地連接到滾子子齒輪g，Og是滾子齒輪g的旋轉(zhuǎn)中心。此外，e表示的偏心，滾子齒輪g的半徑為Rz。在太陽齒輪b中的滾子的數(shù)目是z。輸入軸H的角位移是H，行星凸輪的角位移是g，分別讓Mi（i=1，.，z）代表各滾子的中心。三個(gè)位置向量，RZI，H和RTI，也用在這里，具有與類型I相同的意義。在II型中，他們有著不同的關(guān)系：方程（1）和（2）應(yīng)滿足從等式（3）和（4）中，根據(jù)I型，得到下面的表達(dá)式：然后，輸入軸和輸出軸的位移是由下面的等式定義的：對于II型，可以獲得另一種表達(dá)方式：在II型中的輸入軸和輸出軸的位移有不同的定義：3.2、機(jī)構(gòu)的輸入和輸出之間的關(guān)系從方程（1）和（2），可以看出，兩種類型的節(jié)距曲線由它們相應(yīng)的組中的每個(gè)方程所確定的幾個(gè)曲線構(gòu)成。每個(gè)曲線彼此連接，以確保該節(jié)距曲線的凸輪是連續(xù)的。然后，圖5和6中的參數(shù)分別提供了I型和II型機(jī)構(gòu)的節(jié)距曲線。在這兩種類型中，RZ=100中，n=12，改性的正弦運(yùn)動用于生成節(jié)距曲線。圖5還顯示了每一塊曲線之間的帶有星號的連接點(diǎn)，其中d=0.83和K1=1.2，圖6中，d=1，K1=1.92。4、凸輪的輪廓：4.1、布爾運(yùn)算雖然星輪的凸輪曲線的間距是一個(gè)閉合曲線，但是由于曲線互相相交（圖5和圖6），所以它不是一個(gè)簡單的平面曲線。鑒于作為電機(jī)曲線的平面分析曲線RTi，到RTi的偏移量Rz在曲線中被定義為：其中，ni分別表示到RTI、RII和ROI內(nèi)部和外部偏移的單位法線矢量，如果行星凸輪的間距曲線是一個(gè)簡單的曲線，行星凸輪的輪廓將變成內(nèi)部偏移曲線RLi（I型），或外部偏移曲線ROi（II型）。因?yàn)楣?jié)距曲線上某些地方發(fā)生互相相交，行星凸輪的輪廓就由內(nèi)部和外部的偏移量上的若干處組成。要確定的行星凸輪的輪廓，就要在由簡單的曲線圍成的區(qū)域上引入一個(gè)布爾算法。假設(shè)Ac1是曲線C1包圍的區(qū)域，Ac2是曲線C2包圍的區(qū)域。在這里，三種布爾運(yùn)算互相聯(lián)系：合并AC1，AC2，表示為AC1AC2；讓AC1，AC2相交，表示為AC1AC2；讓AC1和AC2相減，表示為AC1AC2。LOBO（循環(huán)布爾運(yùn)算）的算法用來計(jì)算凸輪的輪廓。這里應(yīng)用的LOBO算法是Rohmfeld15