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KHV分度凸轮机构：一种新的间歇性机制HaoWang1,CeZhang2,andGuanlongChen11机械工程学院，上海交通大学，上海，中华人民共和国2机械工程学院，天津大学，天津，中华人民共和国摘要：KHV分度凸轮机构是一种新型的间歇机构，它具有KHV行星齿轮传动装置（一种类型的行星传动的结构类似少齿差，其中K表示太阳齿轮，H表示的枢转臂，和V表示的输出机制）。本文重点介绍的是在这样一个新的机制中，间距曲线和一个凸轮轮廓的生成。对KHV分度凸轮机构的三种类型进行比较和讨论，得出凸轮的曲线方程。对凸轮的节距曲线的偏移量进行布尔运算，然后得出凸轮的轮廓曲线。在此之后，被消除凸轮轮廓上的尖点，由一个特定的厄米曲线取代。下文将展示这三种类型的动画，并呈现这样一个机制的原型。关键词：间歇机构，分度凸轮机构，行星传动1、介绍：分度凸轮机构在工业中被广泛使用。平行分度凸轮机构，弧面分度凸轮机构，圆柱分度凸轮机构，这三种传统类型的机构在今天广为人知81。近年来，一些新的索引的类型的凸轮机构也有报道，例如，冈萨雷斯-帕拉西奥斯和洛杉矶报道的凸轮和从动件之间直接接触的合成的球形分度凸轮机构9。这个类型的球面分度凸轮机构，包括滚筒10。冈萨雷斯-帕拉西奥斯和洛杉矶11还提出了统一的方法，目的在于分度凸轮的合成机制与直接接触传递。西冈和西村报道了一类新型的有内部凸轮的平行分度凸轮机构12。张1314对于分度凸轮机制，创建了一个新的概念-行星分度凸轮机构，并提出了两种类型的这种机构。在本文中，这个概念延伸到KHV分度凸轮机构，这是一个间歇运动机中构具有KHV行星齿轮变速器的布局。新的机制适合某些需要大量停止的工作环境。在该机制中由于大部分的滚子可以与凸轮接合，所以可以得到更高的强度和更紧凑的设计。这一新的机制的索引驱动器的适用范围将扩大到更广泛的行业应用。2、设备结构：一个KHV分度凸轮机构的结构是类似一个摆线针轮减速机，其计划描绘在图1。摆线减速机由一个行星齿轮，有偏心率的输入轴H（旋转手臂）和固定在太阳齿轮b上的一些滚子组成。对于纯旋转运动的输出轴V行星齿轮g的偏心摆动被一个平行四边形机构的设备w滤出。作为一个KHV分度凸轮机构的布局是类似的摆线减速机，图。1也被用来作为该计划的新机制。在这样的机制中，行星齿轮g和在太阳齿轮b上的辊将被取代，由一个凸轮-辊机构来进行间歇运动。在运动过程中，输入轴H将在一个恒定的速度旋转，而旋转的行星齿轮g则是间歇性的。行星齿轮g的旋转运动也被输出装置w滤出到轴五。根据凸轮-滚子的布局，KHV分度凸轮机构可以被设计为两种不同的类型，即，I型，其中的行星齿轮g是一个凸轮，而滚子被固定在太阳齿轮b上，和型，其中滚子被固定在行星齿轮g上，而太阳轮齿b是一个内部的凸轮。当输出轴的太阳齿轮b和V是固定的，该机制是不再是一个行星齿轮机构，而是从一个行星齿轮机构倒退变为一个普通齿轮传动机构。（图2）因为这样的退变机制也能完成间歇运动的任务。这被叫做退变型的KHV索引机制。关于型机构的研究工作在先前已经被张报道过了。在本文中，都集中在所有这三种类型的合成。3.1、凸轮的节距曲线：根据前面提到的对于该机制的布局和其组成部分的相对运动，在图3构造出了坐标系统和型机构的参数。考虑三个结构：g是行星凸轮，b是有滚子的太阳齿轮，H是有偏心作用的输入轴。Ob和Og分别表示太阳齿轮b和行星凸轮g的中心。固定坐标系ObXbYb被刚性地固定在太阳齿轮b上，输入轴H以一个恒定的角速度绕点Ob旋转。与行星凸轮有关的相对坐标系统OgXgYg也建立起来了，并且Og也代表了行星凸轮g的旋转中心。我们假设，e表示输入轴的偏心，与太阳齿轮b的半径（Ob与滚子的中心之间的距离Mi）为Rz。在太阳齿轮b中滚子的数目是z。输入轴H的角位移是H，行星凸轮的角位移是g。分别让Mi（i=1，.，z）代表各滚子的中心。三个位置向量，RZI，H和RTI，也示于图3中，其中RZI被固定在太阳齿轮b并且面向各个滚子的中心和点Ob。H被固定于输入轴并且面向行星凸轮的中心与点Ob。RTI表示点Og作凸轮节距曲线运动的位置.他们之间的关系是：对于II型，坐标系和参数的构造如图4所示，在这样的类型里，g所扮演的角色的行星滚子齿轮，b是一个内部的凸轮，和H是有偏心率的输入轴。Ob与Og分别表示太阳齿轮b和滚子齿轮g的中心。固定坐标系ObXbYb也刚性地连接到凸轮b的内部，输入轴H以一个恒定的角速度绕点Ob旋转。移动坐标系统OgXgYg被刚性地连接到滚子子齿轮g，Og是滚子齿轮g的旋转中心。此外，e表示的偏心，滚子齿轮g的半径为Rz。在太阳齿轮b中的滚子的数目是z。输入轴H的角位移是H，行星凸轮的角位移是g，分别让Mi（i=1，.，z）代表各滚子的中心。三个位置向量，RZI，H和RTI，也用在这里，具有与类型I相同的意义。在II型中，他们有着不同的关系：方程（1）和（2）应满足从等式（3）和（4）中，根据I型，得到下面的表达式：然后，输入轴和输出轴的位移是由下面的等式定义的：对于II型，可以获得另一种表达方式：在II型中的输入轴和输出轴的位移有不同的定义：3.2、机构的输入和输出之间的关系从方程（1）和（2），可以看出，两种类型的节距曲线由它们相应的组中的每个方程所确定的几个曲线构成。每个曲线彼此连接，以确保该节距曲线的凸轮是连续的。然后，图5和6中的参数分别提供了I型和II型机构的节距曲线。在这两种类型中，RZ=100中，n=12，改性的正弦运动用于生成节距曲线。图5还显示了每一块曲线之间的带有星号的连接点，其中d=0.83和K1=1.2，图6中，d=1，K1=1.92。4、凸轮的轮廓：4.1、布尔运算虽然星轮的凸轮曲线的间距是一个闭合曲线，但是由于曲线互相相交（图5和图6），所以它不是一个简单的平面曲线。鉴于作为电机曲线的平面分析曲线RTi，到RTi的偏移量Rz在曲线中被定义为：其中，ni分别表示到RTI、RII和ROI内部和外部偏移的单位法线矢量，如果行星凸轮的间距曲线是一个简单的曲线，行星凸轮的轮廓将变成内部偏移曲线RLi（I型），或外部偏移曲线ROi（II型）。因为节距曲线上某些地方发生互相相交，行星凸轮的轮廓就由内部和外部的偏移量上的若干处组成。要确定的行星凸轮的轮廓，就要在由简单的曲线围成的区域上引入一个布尔算法。假设Ac1是曲线C1包围的区域，Ac2是曲线C2包围的区域。在这里，三种布尔运算互相联系：合并AC1，AC2，表示为AC1AC2；让AC1，AC2相交，表示为AC1AC2；让AC1和AC2相减，表示为AC1AC2。LOBO（循环布尔运算）的算法用来计算凸轮的轮廓。这里应用的LOBO算法是Rohmfeld15.首先提出的。通过采用布尔运算，我们得到了各类型的凸轮轮廓的表达。由于相交也会引起节距曲线的偏移，我们首先将偏移量分成两部分：一个是由自相交部分包围的区域，我们称为SI（内部偏移曲线）和SO（外部偏移曲线）。另一个是由不相交部分包围的区域，我们称为AI（内部偏移曲线）和AO（外部偏移曲线）。