凸轮机构及其优化作用—以3AH5型真空断路器为例

在操动机构中，凸轮是操动功输入环节的一个重要机件。它与滚轮、连杆一起组成凸轮机构，其功能不仅是输入操动功，更重要的按照设定的凸轮轮廓曲线，达到优化输入功，使之与合闸阻力功合理配合的目的。另外，它还可用为控制运动部件变换方向的导向元件。

图4-12　弹簧操动机构中的凸轮传动机构

凸轮与滚轮组合的实例如图4-12所示，这种传动方式可视为一套特殊的四连杆机构。其中凸轮转轴中心到轮廓边缘各点的距离作为主动臂对应图4-7中的OA；滚轮半径作为拐臂3。这个特殊的四连杆机构与图4-7中典型结构不同之处在于主动臂OA的尺寸是个变量，它随着储能轴的转动而变化，而且OA与拐臂3（滚轮）的连接不是固定的轴而是两个机件接触的切点。图4-13（a）、（b）所示分别为在断路器合闸起始和终止瞬间各连杆的相对位置以及主动臂转角α1和从动轮转角α2的变化趋势。观察发现，转角α1最大值约124°，即接近主动臂死区，这时的机械效益很高，达到省力的效果。

图4-13　3AH5型真空断路器的凸轮传动机构(www.xing528.com)

（a）分闸位置时；（b）合闸时的瞬间

凸轮机构对操作功优化的作用可以3AH5型真空断路器为例来分析。图4-14（a）所示其储能弹簧的特性线，如主动臂OA为一固定尺寸的拐臂，这时弹簧释能施加的输入力矩的变化与力的变化相同，均呈直线状。而当OA改为图4-13所示的凸轮以后，弹簧释能时传动的力矩则按照凸轮轮廓线进行了合理的调整与优化，其后一段部分被提高，成为图4-14（b）所示实线（按凸轮轮廓实际尺寸计算）的形态，这有利于力最终作用到极柱的出力特性的后部分更好地与超程对应的触头弹簧压力增大合理配合。

图4-14　3AH5真空断路器弹簧操动机构中凸轮对传动力矩的调整

（a）储能弹簧的特性线；（b）用凸轮调整的传动力矩