[发明专利]一种凸轮及设计方法

说明书

本发明提出一种凸轮及设计方法，包括双波峰波谷凸轮曲面和中部圆形凸台，其特征在于：所述的双波峰波谷凸轮曲面形状曲面光滑连续，圆柱滚轮沿凸轮面运动的轨迹曲线、轴向速度曲线和轴向加速度曲线处处连续可导。本发明的凸轮曲面采用滚轮运动轨迹曲线、轴向速度曲线、轴向加速度曲线处处连续可导的设计，在泵运转时不存在柔性冲击，大幅减小泵的振动和噪声，提高泵工作的可靠性，解决了现有二维活塞输油泵运转时存在柔性冲击、工作不平稳的问题。

技术领域

本发明涉及一种凸轮及设计方法，特别是涉及一种二维活塞输油泵用凸轮及设计方法，属于流体机械技术及应用领域。

背景技术

二维活塞输油泵是基于二维(2D)运动原理设计的新型结构的泵，其柱塞在电机的带动下，沿两个对置凸轮完成“周向旋转+轴向往复”二维运动。其中，旋转部件周向旋转的速度由电机转速决定，而轴向往复的特性由凸轮决定。在固定转速下，凸轮曲面的设计规律直接影响泵旋转部件轴向运动的速度、加速度、跃度等性能，进而影响泵的整体性能和振动、噪声等特性。因此，凸轮曲面的设计规律对泵整体性能的提升至关重要。

专利CN207315586U公开了一种串联式二维活塞输油泵，其采用斜滚轮+斜凸轮组合(附图1)，且斜凸轮曲面采用轴向等加减速规律设计。虽然理论上斜滚轮能够减少滑动摩擦，但由于斜滚轮存在径向力，泵运转过程中两斜滚轮径向力不一致会导致柱塞偏载，致使柱塞侧倾，增大柱塞卡滞风险。同时，由于凸轮采用轴向等加减速规律设计，即旋转部件沿凸轮运动时呈现等加减速特性，行程、速度及加速度曲线如图2a、b、c所示，其中加速度曲线不连续(附图2c)，泵运转时存在柔性冲击，致使泵工作不平稳。

将凸轮面运动的轨迹曲线、轴向速度曲线和轴向加速度曲线设计为处处连续可导是一条减小柔性冲击、保证泵平稳工作的解决思路，但轴向加速度曲线处处可导带来轴向加速度曲线极值的增加，从而使运动部件的惯性载荷增大，对燃油泵的结构强度提出更高要求，最终可能造成燃油泵重量增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种提高输油泵工作可靠性、减小柱塞卡滞风险的凸轮及设计方法。

本发明的技术解决方案：一种凸轮，包括双波峰波谷凸轮曲面和中部圆形凸台，所述的双波峰波谷凸轮曲面形状曲面光滑连续，圆柱滚轮沿凸轮面运动的轨迹曲线、轴向速度曲线和轴向加速度曲线处处连续可导。

所述的双波峰波谷凸轮曲面形状由与之配合的圆柱滚轮的运动三维轨迹方程确定，滚轮运动三维轨迹方程见公式组(1)，

x＝R cosθ

y＝R sinθ

其中x、y、z为圆柱滚轮在凸轮曲面上的X、Y、Z轴方向的行程，h为圆柱滚轮沿凸轮运动的Z轴最大行程，C为常数，θ为圆柱滚轮在凸轮曲面上的旋转角度，θ∈[0,2π]，k为符号系数，为整数，当k取值为偶数时，公式(1)中的±取为+，当k取值为奇数时，公式(1)中的±取为-。

所述的常数C确定如下，

使由公式组(1)确定的滚轮运动三维轨迹的h/2平面与以R为半径、以Z轴为对称轴的圆柱G_Z的H/2平面共面，其中H为圆柱G_Z高度，H＞h+Φ，Φ为滚轮直径，R为凸轮半径。

所述的双波峰波谷凸轮曲面和中部圆形凸台之间加工与凸轮曲面形状相似或相同的避刀槽。

一种凸轮设计方法，通过以下步骤实现：

第一步，确定凸轮半径R和滚轮沿凸轮运动的Z轴最大行程h；