阅读说明：本技术 部件减少和可靠性改善的中性位置限位开关头设计 (Neutral position limit switch head design with reduced components and improved reliability ) 是由 S·S·凯萨卡 A·E·德维利斯 于 2019-07-25 设计创作，主要内容包括：本发明题为“部件减少和可靠性改善的中性位置限位开关头设计”。本发明涉及限位开关操作头,其包括能够沿顺时针方向和逆时针方向旋转的轴；被支撑在轴上并且能够响应于轴的旋转而沿顺时针方向和逆时针方向旋转的凸轮构件；以及响应于凸轮构件的旋转而由凸轮构件致动的从动件,其中从动件包括枢轴销,能够围绕枢轴销枢转的杠杆部分,以及安装到杠杆部分并与凸轮构件接触的滚动销。致动器构件接触杠杆部分并且响应于杠杆部分的枢转而沿第一方向或第二方向线性平移。滚动销在凸轮构件旋转时沿凸轮构件的轮廓运动,以便使杠杆部分枢转,其中致动器构件响应于杠杆部分的枢转而沿第一方向或第二方向线性平移。(The invention provides a neutral position limit switch head design with reduced components and improved reliability. The invention relates to a limit switch operating head, which comprises a shaft capable of rotating in a clockwise direction and a counterclockwise direction; a cam member supported on the shaft and rotatable in a clockwise direction and a counterclockwise direction in response to rotation of the shaft; and a follower actuated by the cam member in response to rotation of the cam member, wherein the follower includes a pivot pin, a lever portion pivotable about the pivot pin, and a roll pin mounted to the lever portion and in contact with the cam member. The actuator member contacts the lever portion and linearly translates in the first direction or the second direction in response to pivoting of the lever portion. The roll pin moves along a profile of the cam member as the cam member rotates to pivot the lever portion, wherein the actuator member linearly translates in the first direction or the second direction in response to pivoting of the lever portion.)

部件减少和可靠性改善的中性位置限位开关头设计

背景技术

本发明整体涉及限位开关，并且更具体地讲，涉及一种中性位置限位开关，其包括简化的头部组件设计，其中运动部件较少。

电限位开关包括广泛采用的一类开关设备，其用于根据可位移开关感测构件的位置选择性地完成和/或中断一个或多个电连接。许多电限位开关包括头部组件，该头部组件结合旋转致动器，该旋转致动器将旋转运动转化为线性运动以致动限位开关。典型的头部组件具有曲柄或用于旋转致动器轴的其它杠杆，以及由致动器轴驱动的输出构件，该输出构件具有线性输出运动。输出构件接合并驱动可位移开关感测构件的元件，以用于选择性地完成和/或中断一个或多个电连接。在一些实施方案中，电限位开关可被构造为中性位置开关，其中头部组件的致动器轴能够沿顺时针方向和逆时针方向两者旋转，以实现输出构件的运动以及可位移开关感测构件在不同模式下从中性位置到两个不同位置的对应平移。

然而，应当认识到，目前构造的上述设计的头部组件在所关注的其操作特性和构造方面具有某些缺点。例如，其中头部组件的致动器轴能够沿顺时针方向和逆时针方向两者旋转的中性位置限位开关通常在旋转被转换成输出构件的线性运动之前需要致动器轴的大程度的预行程旋转(例如，接近15°-20°)，这导致限位开关的切换/跳闸时间增加。虽然可以减小这种大程度的预行程旋转，但通常通过使头部组件具有更复杂的运动部件使得头部组件更复杂，诸如通过具有单独的凸轮构件并提供用于相对于致动器轴和输出构件以不同取向安装这些凸轮构件以获得所需的操作。因此，应当认识到，具有这种构造的头部组件包括大量运动部件，这增加了头部组件的成本和复杂性，并且可导致该领域中的可靠性问题。

因此，希望提供一种用于中性位置限位开关的头部组件，该头部组件在旋转被转换成输出构件的线性运动之前需要致动器轴的较小程度的预行程旋转(例如，接近5°)，以便为限位开关提供更快的切换/跳闸时间。还希望头部组件通过简化的头部组件设计实现这种减小的预行程旋转程度，该设计具有减少的运动部件的数量，这将需要较少的时间和成本来组装它们并且将由于其中的运动部件的减少而增强限位开关的可靠性。

发明内容

根据本发明的一个方面，用于在限位开关中提供致动的操作头包括外壳，能够沿顺时针方向和逆时针方向旋转的轴，被支撑在轴上并且能够响应于轴的旋转而沿顺时针方向和逆时针方向旋转的凸轮构件，以及响应于凸轮构件沿顺时针方向和逆时针方向的旋转而由凸轮构件致动的从动件，其中从动件还包括固定到外壳上的枢轴销，被定位在枢轴销上并且能够围绕枢轴销沿相反的方向枢转的杠杆部分，以及安装到杠杆部分并与凸轮构件接触的滚动销。操作头还包括致动器构件，该致动器构件与杠杆部分接触并且响应于杠杆部分的枢转而沿第一方向或第二方向线性平移。当凸轮构件沿顺时针方向或逆时针方向旋转时，滚动销沿凸轮构件的轮廓运动，以便使杠杆部分枢转，其中致动器构件响应于杠杆部分的枢转而沿第一方向或第二方向线性平移。

根据本发明的另一方面，电限位开关包括具有多个固定的电端子的开关子组件以及其上包括电接触件的接触载体，接触载体能够在多个不同的开关位置之间运动以选择性地将电接触件的位置转移到不同的电端子以制造和断开开关子组件中的不同电路。电限位开关还包括操作头子组件，该操作头子组件具有能够沿顺时针方向和逆时针方向旋转的轴；被支撑在轴上并且能够响应于轴的旋转而沿顺时针方向和逆时针方向旋转的凸轮构件；致动器构件，该致动器构件被构造成能够响应于凸轮构件沿顺时针方向或逆时针方向的旋转而沿第一方向或第二方向线性地运动，以引起接触载体的相应运动；以及从动件，该从动件与凸轮构件和致动器构件中的每一者接触，以将凸轮构件沿顺时针方向或逆时针方向的旋转转换成致动器构件沿第一方向或第二方向的线性运动，其中从动件直接致动致动器构件。

根据本发明的又一个方面，用于在限位开关中提供致动的操作头包括能够沿顺时针方向和逆时针方向旋转的轴；被支撑在轴上并且能够响应于轴的旋转而沿顺时针方向和逆时针方向旋转的凸轮构件；以及致动器构件，该致动器构件响应于凸轮构件沿顺时针方向或逆时针方向的旋转而沿第一方向或第二方向从垂直位置线性地运动，致动器构件能够在第一致动位置和第二致动位置之间运动。操作头还包括与凸轮构件和致动器构件中的每一者接触的从动件，以将凸轮构件沿顺时针方向或逆时针方向的旋转转换成致动器构件沿第一方向或第二方向的线性运动。在操作头的操作中，轴具有大约5°的预行程旋转，以将致动器构件运动到第一致动位置和第二致动位置。

根据以下

具体实施方式

和附图，本发明的各种其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

附图示出了目前预期用于执行本发明的优选的实施方案。

在附图中：

图1是根据本发明的实施方案的中性位置限位开关的透视图。

图2是根据本发明的实施方案的图1的中性位置限位开关的操作头的透视图，其以虚线示出。

图3是沿图2的线3-3截取的操作头的剖视图。

图4是图2的操作头的示意图，其示出了处于垂直状态或位置的操作头。

图5是图2的操作头的示意图，其示出了在其可旋转轴沿顺时针方向旋转时的操作头。

图6是图2的操作头的示意图，其示出了在其可旋转轴沿逆时针方向旋转时的操作头。

具体实施方式

本发明的实施方案提供了一种中性位置限位开关，其具有简化的头部组件，该头部组件具有减少数量的运动部件并且可靠性改善。头部组件被构造成具有致动器轴，该致动器轴在其旋转时，基于凸轮与从动件的滚动销之间的界面而引起单个凸轮的旋转和从动件的对应枢转。在凸轮充分旋转以使其与滚动销相互作用并将旋转转化为输出构件的线性运动之前，仅需要致动器轴的较小程度的预行程旋转(例如接近5°)，从而导致限位开关的致动。

参见图1，示出了根据本发明的实施方案的中性位置限位开关10。中性位置限位开关10包括操作头子组件12和开关子组件14。操作头12通过四个螺钉(未示出)保持在开关子组件上，一个位于每个角处，并且可通过移除此类螺钉而从其中分离。在操作中，限位开关10可根据开关子组件14中可位移的开关感测构件的位置来选择性地控制完成和/或中断一个或多个电连接，如下文将更详细地解释的。

本发明的实施方案尤其涉及操作头12内所容纳的机构，因此图2和图3示出了操作头12的更详细视图。如其中所示，操作头12通常被构造成包括外部外壳16，顶盖18，可旋转轴20，致动器构件22，凸轮构件24，从动件26，止动件28和返回机构(例如，螺旋弹簧)30。轴20从外壳16的外部延伸并穿过套筒轴承32进入外壳16的内部，其中轴20延伸穿过凸轮构件24中的开口34并且可枢转地安置在与套筒轴承32相对的外壳16中形成的安装座或套筒轴承36中。虽然未在图2和图3中示出，但认识到中性位置限位开关10将包括操作臂，该操作臂以一定角度安装在轴20上并固定在其上(例如，通过拧紧螺钉)以提供轴20的旋转，如本领域已知的那样。操作臂可包括用于由运动机器部件等接合的滚筒，其引起操作臂的旋转和轴20的对应旋转。

轴20被构造为大致圆形的圆柱形构件并且具有半圆形部分，其中轴20被安置在凸轮构件24内的区域中具有平坦的驱动表面38，使得轴20的旋转赋予凸轮构件24旋转。轴20还包括形成于其中以接纳止动件28的凹口40，其中止动件28被安置在凹口40中的平坦表面上，使得止动件28可被取向/布置成与轴20齐平。止动件28居中在轴20上并且通过一对导向销41相对于轴安装。止动件28经由包括在其相对两端上的止动件28中的开口对准在导向销41上，其中止动件28响应于轴20的旋转而沿导向销41线性平移。螺旋弹簧30被定位成邻近止动件28并且位于凹口40内，螺旋弹簧具有螺旋弹簧30的被安装到外壳16的内表面的一个端部以及螺旋弹簧30的与止动件28接触的相对端部。当没有向轴20施加旋转力/扭矩时，螺旋弹簧30用于将止动件28和轴20偏置到中性位置，如将在下文更详细地解释。

如图3最佳所示，从动件26一般由杠杆部分42，枢轴销44和滚动销46构成。枢轴销44附连到外壳16并与形成在杠杆部分42中的开口47配合，以便提供杠杆部分42围绕枢轴销44的旋转。杠杆部分42从枢轴销44的位置向外延伸并被对准以便定位成邻近凸轮构件24和致动器构件22并且位于凸轮构件与致动器构件之间。杠杆部分42的第一表面48邻接致动器构件22并且形成为大致平坦的表面，其中表面48与致动器构件22相互作用以在杠杆部分42旋转时引起其运动。滚动销46固定到杠杆部分42，该杠杆部分大致邻近其与第一表面48相反的第二表面50。滚动销46被***在杠杆部分42中形成的开口52中，其中开口52在杠杆部分42中在枢轴销44的位置与致动器构件22邻接杠杆部分42的位置之间纵向定位的位置处形成。杠杆部分42在该位置较厚，以便在其中形成开口52并将滚动销46容纳在开口52内。滚动销46从杠杆部分42中的开口52向外延伸，以便邻接凸轮构件24并允许从动件26与凸轮构件24之间的相互作用。

同样如图3中最佳所示，凸轮构件24包括圆盘凸轮或平板凸轮并且具有凸轮轮廓，该凸轮轮廓被成形为包括从直径减小的凸轮表面56倾斜至直径增大的凸轮表面58的突起54。轴20以某种方式(例如摩擦配合)被安置在凸轮构件24的开口34内，使得凸轮构件24在所需位置处固定到轴20。凸轮构件24相对于从动件26定位，使得从动件26的滚动销46在凸轮构件24的倾斜的突起54上的半点处浮动，该半点对应于操作头12和限位开关10的中性位置。因此，凸轮构件24沿顺时针方向的旋转使得滚动销46沿凸轮构件24的倾斜的突起54向下运动到直径减小的凸轮表面56，而凸轮构件24的沿逆时针方向的旋转使得滚动销46沿凸轮构件24的倾斜的突起54向上运动到直径增大的凸轮表面58。因此，从动件26的杠杆部分42的以向上或向下的方式的运动在凸轮构件24旋转时实现。

在凸轮构件24沿顺时针方向或逆时针方向旋转以及从动件26的杠杆部分42的相应向上或向下运动之后，还导致与杠杆部分42接触的致动器构件22从垂直位置或非偏置位置运动。即，致动器构件22可基于从动件26的运动沿线性路径向内或向外滑动，其中致动器构件22能够在被通常称为第一致动位置的完全致动位置与第二致动位置之间运动，致动位置各自导致限位开关10的跳闸。根据一个示例性实施方案，致动器构件22被定位成使得与杠杆部分42的端部相邻并且使得与从动件构件26围绕其旋转的轴线不对准(即，脱离轴20的力旋转的中心轴线)。致动器构件22离开力旋转的中心轴线的这种定位降低了施加到旋转轴20所需的扭矩水平，并且减小了在凸轮构件24与滚动销46之间传递的力。

当致动器构件22被从动件26运动时，致动器构件22沿顶盖18中的开口60滑动/在顶盖18中的开口60内滑动，以向开关子组件14的部件提供线性致动，其中顶盖18为致动器构件22提供导向件。如图4所示，致动器构件22延伸到开关子组件14的开关外壳62中(经由形成于开关外壳62中的轴衬64)并引起其接触载体66的相对运动。更具体地讲，根据一个示例性实施方案，致动器构件22紧靠与其对准的开关子组件14中的柱塞68，以引起柱塞68的线性运动，这继而导致接触载体66的相对运动。接触载体66将开关子组件14中的接触件70的位置转移到不同的端子72，以制造或断开开关子组件14中的不同电路。即，接触载体66基于致动器构件22向第一致动位置和第二致动位置的向内或向外运动而将接触件70的位置转移到不同的端子72，以便在开关子组件14的两步开关中制造或断开不同的电路。压缩弹簧74设置在开关外壳62的底侧面与柱塞68的底部之间，以推动柱塞68和致动器构件22并返回到垂直/中性位置。

仍然参见图4并且现在还参见图5和图6，根据本发明的一个实施方案，分别示出了操作头12在垂直/中性位置以及在轴20沿顺时针方向和逆时针方向旋转时的功能的图示以及操作头12与开关子组件14的相互作用。如图4首先所示，操作头12处于垂直/中性位置，在该位置凸轮构件24处于非旋转位置，使得从动件26的滚动销46在凸轮构件24的倾斜的突起54上的半点处浮动。因此，从动件26(即，其杠杆部分42)也处于垂直/中性位置，并且致动器构件22也处于静止在垂直/中性位置。因此，开关子组件的接触载体66处于非偏置位置，其上的接触件70被相应地定位以制造/断开与非偏置位置相关联的电路。

参见图5，操作头12的轴20沿顺时针方向旋转。在轴20旋转时，凸轮构件24旋转并开始与滚动销46相互作用，从而引发从动件26的枢转和致动器构件22的平移，使得轴20的旋转达到或超过最小旋转量，诸如超过大约5°的预行程(即，5°的预行程+/-2°)，从而使凸轮构件24旋转一定的量以使致动器构件22线性运动到第一致动位置以使限位开关10跳闸。因此，在轴20沿顺时针方向旋转超过该最小旋转量时，凸轮构件24被旋转成使得从动件26的滚动销46将凸轮构件24的倾斜的突起54完全向下运动到直径减小的凸轮表面。这使得从动件26的杠杆部分42朝向凸轮构件24和致动器构件22向后运动/旋转，以相应地回缩回到操作头12的外壳16中预定的线性距离即到达第一致动位置。将致动器构件22回缩至第一致动位置导致开关子组件的柱塞68将接触载体66运动至第一偏置位置，其中其上的接触件70相应地被定位成制造/断开与第一偏置位置相关联的电路。

参见图6，操作头12的轴20沿逆时针方向旋转。在轴20旋转时，凸轮构件24旋转并开始与滚动销46相互作用，从而引发从动件26的枢转和致动器构件22的平移，使得轴20的旋转达到或超过最小旋转量(例如，超过约5°的预行程)，使得凸轮构件24旋转的量导致致动器构件22线性运动到第二致动位置以使限位开关10跳闸。因此，在轴20沿逆时针方向旋转超过该最小旋转量时，凸轮构件24旋转，以便使从动件26的滚动销46将凸轮构件24的倾斜的突起54完全向上运动到直径增加的凸轮表面。这导致从动件26的杠杆部分42向外和远离凸轮构件24和致动器构件22运动/旋转，以相应地从操作头12的外壳16进一步向外延伸预定的线性距离，即到达第二致动位置。致动器构件22延伸到第二致动位置导致开关子组件的柱塞68将接触载体66运动至第二偏置位置，其中其上的接触件70被相应地定位成制造/断开与第二偏置位置相关联的电路。

关于在凸轮构件24的旋转超过指定的预行程量时由从动件26引起的致动器构件22的运动，致动器构件22的定位将在凸轮构件24沿相同方向的另一个85°-90°的后行程中保持在其致动位置，或者直到轴20和凸轮构件24上的扭矩/旋转力被终止并且凸轮构件24和从动件26返回至其垂直/中性位置。为了将凸轮构件24和从动件26返回至其垂直/中性位置，操作头12的螺旋弹簧30在止动件28上施加力并致使止动件28在导向销41上滑动并在轴20上施加力，这继而推动轴20返回其垂直的非旋转位置—使得凸轮构件24和从动件26也因此返回至其垂直/中性位置。因此，凸轮构件24和从动件26返回至其垂直/中性位置也将致动器构件22返回至其静止，垂直/中性位置，使得开关子组件14的接触载体66处于其非偏置位置。这完成限位开关10的操作循环。

操作头12的构造和其中部件的布置在本发明的设计中提供了多种有益效果。首先，在凸轮构件24充分旋转以导致限位开关10跳闸之前，在凸轮构件24与从动件26的滚动销46在该预行程范围内(即，0°-5°)发生的相互作用(以及致动器构件22的线性运动)下，在中性位置中在凸轮构件24的倾斜的突起54上的半点处定位滚动销46提供仅具有致动器轴20的少量的预行程旋转(例如，大约5°)的限位开关10。这种少量的所需的预行程允许开关子组件14在限位开关10中更快速地切换/跳闸。另外，在从动件26中使用滚动销46—及其与凸轮构件24的相互作用—在凸轮构件24旋转时减小从动件26与凸轮构件24之间的摩擦力。摩擦力的这种减小—一般连同从动件26的形状和枢转性质—允许在凸轮压力角(例如，介于30°和45°之间)的范围内的对于从动件26与凸轮构件24之间的相互作用可接受的较大的摆动。另外，致动器构件22的定位使得与从动件构件26围绕其旋转的轴线不对准(即，脱离力旋转的中心轴线)降低了施加到旋转轴20上所需的扭矩水平并且减小了在凸轮构件24与滚动销46之间传递的力。旋转凸轮构件24所需的扭矩水平的减小对于减小操作头12中的力和增加操作头12的寿命是可取的。

有利的是，本发明的实施方案因此提供了具有操作头子组件的中性位置限位开关，该操作头子组件具有简化的设计，其中运动部件的数量减少，这需要较少的时间和成本来组装它们，并且由于其中的运动部件的减少而增强限位开关的可靠性。在旋转足以将输出构件线性地平移至完全致动位置之前，操作头子组件仅需要致动器轴的较小程度的预行程旋转(例如，接近5°)，以便为限位开关提供更快的切换/跳闸时间。另外，操作头子组件的构造在受限的小空间(即紧凑的操作头子组件)中提供其所需的功能。因此，实现了具有减少的运动部件数量的简化设计的有益效果，该减少的运动部件的数量增强了限位开关的可靠性，而不必增加操作头子组件的外部边界/尺寸。

因此，根据本发明的一个实施方案，用于在限位开关中提供致动的操作头包括外壳，能够沿顺时针方向和逆时针方向旋转的轴，被支撑在轴上并且能够响应于轴的旋转而沿顺时针方向和逆时针方向旋转的凸轮构件，以及响应于凸轮构件沿顺时针方向和逆时针方向的旋转而由凸轮构件致动的从动件，其中从动件还包括固定到外壳上的枢轴销，被定位在枢轴销上并且能够围绕枢轴销沿相反的方向枢转的杠杆部分，以及安装到杠杆部分并与凸轮构件接触的滚动销。操作头还包括致动器构件，该致动器构件与杠杆部分接触并且响应于杠杆部分的枢转而沿第一方向或第二方向线性平移。当凸轮构件沿顺时针方向或逆时针方向旋转时，滚动销沿凸轮构件的轮廓运动，以便使杠杆部分枢转，其中致动器构件响应于杠杆部分的枢转而沿第一方向或第二方向线性平移。

根据本发明的另一个实施方案，电限位开关包括具有多个固定的电端子的开关子组件以及其上包括电接触件的接触载体，该接触载体能够在多个不同的开关位置之间运动以选择性地将电接触件的位置转移到不同的电端子以制造和断开开关子组件中的不同电路。电限位开关还包括操作头子组件，该操作头子组件具有能够沿顺时针方向和逆时针方向旋转的轴。被支撑在轴上并且能够响应于轴的旋转而沿顺时针方向和逆时针方向旋转的凸轮构件；致动器构件，该致动器构件被构造成能够响应于凸轮构件沿顺时针方向或逆时针方向的旋转而沿第一方向或第二方向线性地运动，以引起接触载体的相应运动；以及从动件，该从动件与凸轮构件和致动器构件中的每一者接触，以将凸轮构件沿顺时针方向或逆时针方向的旋转转换成致动器构件沿第一方向或第二方向的线性运动，其中从动件直接致动致动器构件。

根据本发明的另一个实施方案，用于在限位开关中提供致动的操作头包括能够沿顺时针方向和逆时针方向旋转的轴；被支撑在轴上并且能够响应于轴的旋转而沿顺时针方向和逆时针方向旋转的凸轮构件；以及致动器构件，该致动器构件响应于凸轮构件沿顺时针方向或逆时针方向的旋转而沿第一方向或第二方向从垂直位置线性地运动，致动器构件能够在第一致动位置和第二致动位置之间运动。操作头还包括与凸轮构件和致动器构件中的每一者接触的从动件，以将凸轮构件沿顺时针方向或逆时针方向的旋转转换成致动器构件沿第一方向或第二方向的线性运动。在操作头的操作中，轴具有大约5°的预行程旋转，以将致动器构件运动到第一致动位置和第二致动位置。

已根据优选的实施方案描述了本发明，并且认识到，除了明确指出的那些以外，等同形式，替代形式和修改形式也是可能的并且在所附权利要求的范围内。