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摘要：现在设计的真空断路器机构与灭弧室之间多用四杆机构通过杠杆传动，这种传动铰接环节较多且线路较长，传动行程损失较大，且合闸保持力对分闸挚子刚度及硬度的要求较高。为此，新设计了一种真空断路器主回路传动凸轮，用弹簧操作机构与其配合，能减少传动环节且合闸后反作用在机构上的力较小，能更好的满足力学特性。
随着电力系统的发展，供电系统对开关设备的要求越来越高，小型化的开关设备越来越受到用户的青睐，具有短路开断能力的气体绝缘真空断路器柜更是不可或缺，因真空断路器具有开断能力强、使用寿命长、少维护等特点备受推崇。现在设计的真空断路器机构与灭弧室之间多用四杆机构通过杠杆传动，这种传动铰接环节较多且线路较长，传动行程损失较大，且合闸保持力对分闸挚子刚度及硬度的要求较高。为此，新设计了一种真空断路器主回路传动凸轮，灭弧室的预紧弹簧作用在其上，构成对心直动滚子弹性推杆凸轮机构，用弹簧操作机构与其配合，能减少传动环节且合闸后反作用在机构上的力较小，能更好的满足力学特性，新设计的传动凸轮替代了原合分闸拐臂。
1.特性匹配
弹簧操作机构将弹性势能转化成让断路器合闸的动能和分闸弹簧用以完成分闸动作的弹性势能。传动凸轮运动轨迹是否与机构的输出特性相匹配，也就决定了操作机构的输出特性与负载特性是否相匹配。
额定电压12kV真空断路器用真空灭弧室其开距为8～10mm，选择9mm，超程为4mm，总行程为13mm，即所设计的传动凸轮推杆的行程为13mm。在0～9mm开距行程内灭弧室触头压力预紧弹簧没有参与工作，要让传动凸轮快速转动，即在相对较小的转角内完成较大的行程；在接下来的4mm的超程内，要让传动凸轮在相对较大的转角内完成较小的行程，考虑到省力，在9㎜的开距内凸轮转角与在4㎜的超程内所对应的凸轮转角基本相等，这样的传动凸轮在超程转角内的压力角逐渐变小，有利于合闸。同时，速度逐渐减小，能够拟制合闸弹跳。
2.传动凸轮推杆运动规律
2.1.可以把真空灭弧室的动触头看作此传动凸轮的从动件，考虑到合分闸位置的保持，分别给定近休止角δ02和远休止角δ01，这样断路器在合闸位置时，灭弧室动触头预紧弹簧的反作用力完全作用在凸轮轴的支撑座上，弹簧操作机构不受反作用力，对弹簧机构的合闸保持要求不高，分闸锁扣上只有分闸弹簧的作用力，这样电动分闸力可以很小。
2.2.传动凸轮推杆近似运动规律
因弹簧操作机构的输出行程限制，此凸轮的转角为600为宜（这里不作讨论），且不能作周转运动。同时，考虑到安装调节，对近休止角δ02和远休止角δ01各予以增大50，同时降低了对传动精度的要求。
规律如下表：
根据运动要求选择凸轮推杆运动规律，在常用的多项式运动规律和三角函数运动规律中，多项式运动规律是运用最为普遍的运动规律，而高阶多项式运动规律随着阶数的升高，其轨迹点越连续、平滑、冲击越小，在此设计中为了运算简便，这里采用二次多项式运动规律。
二次多项式运动规律此规律：
依次插入点求出各点的位移（仅对有行程的转角），然后加以修正，修正后的各点数据能够保证传动凸轮轨迹更平滑，传动更可靠，数据见下表：
3.传动凸轮的结构设计
由修正后的值作出传动凸轮滚子中心的运动规律，如下图：
滚子推杆的运动规律确定后，设计凸轮的外形轮廓，由于断路器合分闸的特性及弹簧机构的输出决定此凸轮为非周转凸轮，凸轮所完成的动作为合闸与分闸，设计此凸轮为槽型凸轮，使之合闸后能够顺利分闸。
凸轮尺寸：根据尺寸空间，取凸轮基圆半径为轴半径2倍。γ0=2*16=32。考虑空间要求，取γ0=33.5。基圆半径（滚子中心轨迹线）γ0=33.5， 选用滚子半径γr=（0.15～0.2） γ0=6.7mm，加速升角δ0 =280，减速升角δ0 =220。取dr=17的滚针轴承作为滚子，依此作包络线，即可得到所需要的凸轮槽。如下图：
合闸时，传动凸轮在机构的驱动下顺时针转动为断路器合闸过程，在AB圆弧段为分闸位置，BCD段为推程阶段，BC段为合闸压缩开距的过程，CD段为合闸压缩预紧弹簧的超程过程，DE圆弧段为合闸位置；分闸时，凸轮逆时针转动为分闸过程。合闸位置时，对比杠杆传动，灭弧室预紧弹簧的反作用力通过凸轮的转动中心，没有力反作用于弹簧操作机构，及有利于合闸保持，同时对分闸线圈的操作功要求较小，经过试验证明此结构形状的凸轮的输出特性与负载特性相匹配，满足断路器的要求。
参考文献：
[1]孙桓，陈作模 《机械原理》，高等教育出版社。1995.
[2]宋世通，浅谈真空断路器机械参数的选择，电气开关，2003.
作者简介：
张兴朗，男，从事中压开关及开关设备的研发工作，近年来主要从事充气柜的产品研发
随着电力系统的发展，供电系统对开关设备的要求越来越高，小型化的开关设备越来越受到用户的青睐，具有短路开断能力的气体绝缘真空断路器柜更是不可或缺，因真空断路器具有开断能力强、使用寿命长、少维护等特点备受推崇。现在设计的真空断路器机构与灭弧室之间多用四杆机构通过杠杆传动，这种传动铰接环节较多且线路较长，传动行程损失较大，且合闸保持力对分闸挚子刚度及硬度的要求较高。为此，新设计了一种真空断路器主回路传动凸轮，灭弧室的预紧弹簧作用在其上，构成对心直动滚子弹性推杆凸轮机构，用弹簧操作机构与其配合，能减少传动环节且合闸后反作用在机构上的力较小，能更好的满足力学特性，新设计的传动凸轮替代了原合分闸拐臂。
1.特性匹配
弹簧操作机构将弹性势能转化成让断路器合闸的动能和分闸弹簧用以完成分闸动作的弹性势能。传动凸轮运动轨迹是否与机构的输出特性相匹配，也就决定了操作机构的输出特性与负载特性是否相匹配。
额定电压12kV真空断路器用真空灭弧室其开距为8～10mm，选择9mm，超程为4mm，总行程为13mm，即所设计的传动凸轮推杆的行程为13mm。在0～9mm开距行程内灭弧室触头压力预紧弹簧没有参与工作，要让传动凸轮快速转动，即在相对较小的转角内完成较大的行程；在接下来的4mm的超程内，要让传动凸轮在相对较大的转角内完成较小的行程，考虑到省力，在9㎜的开距内凸轮转角与在4㎜的超程内所对应的凸轮转角基本相等，这样的传动凸轮在超程转角内的压力角逐渐变小，有利于合闸。同时，速度逐渐减小，能够拟制合闸弹跳。
2.传动凸轮推杆运动规律
2.1.可以把真空灭弧室的动触头看作此传动凸轮的从动件，考虑到合分闸位置的保持，分别给定近休止角δ02和远休止角δ01，这样断路器在合闸位置时，灭弧室动触头预紧弹簧的反作用力完全作用在凸轮轴的支撑座上，弹簧操作机构不受反作用力，对弹簧机构的合闸保持要求不高，分闸锁扣上只有分闸弹簧的作用力，这样电动分闸力可以很小。
2.2.传动凸轮推杆近似运动规律
因弹簧操作机构的输出行程限制，此凸轮的转角为600为宜（这里不作讨论），且不能作周转运动。同时，考虑到安装调节，对近休止角δ02和远休止角δ01各予以增大50，同时降低了对传动精度的要求。
规律如下表：
根据运动要求选择凸轮推杆运动规律，在常用的多项式运动规律和三角函数运动规律中，多项式运动规律是运用最为普遍的运动规律，而高阶多项式运动规律随着阶数的升高，其轨迹点越连续、平滑、冲击越小，在此设计中为了运算简便，这里采用二次多项式运动规律。
二次多项式运动规律此规律：
依次插入点求出各点的位移（仅对有行程的转角），然后加以修正，修正后的各点数据能够保证传动凸轮轨迹更平滑，传动更可靠，数据见下表：
3.传动凸轮的结构设计
由修正后的值作出传动凸轮滚子中心的运动规律，如下图：
滚子推杆的运动规律确定后，设计凸轮的外形轮廓，由于断路器合分闸的特性及弹簧机构的输出决定此凸轮为非周转凸轮，凸轮所完成的动作为合闸与分闸，设计此凸轮为槽型凸轮，使之合闸后能够顺利分闸。
凸轮尺寸：根据尺寸空间，取凸轮基圆半径为轴半径2倍。γ0=2*16=32。考虑空间要求，取γ0=33.5。基圆半径（滚子中心轨迹线）γ0=33.5， 选用滚子半径γr=（0.15～0.2） γ0=6.7mm，加速升角δ0 =280，减速升角δ0 =220。取dr=17的滚针轴承作为滚子，依此作包络线，即可得到所需要的凸轮槽。如下图：
合闸时，传动凸轮在机构的驱动下顺时针转动为断路器合闸过程，在AB圆弧段为分闸位置，BCD段为推程阶段，BC段为合闸压缩开距的过程，CD段为合闸压缩预紧弹簧的超程过程，DE圆弧段为合闸位置；分闸时，凸轮逆时针转动为分闸过程。合闸位置时，对比杠杆传动，灭弧室预紧弹簧的反作用力通过凸轮的转动中心，没有力反作用于弹簧操作机构，及有利于合闸保持，同时对分闸线圈的操作功要求较小，经过试验证明此结构形状的凸轮的输出特性与负载特性相匹配，满足断路器的要求。
参考文献：
[1]孙桓，陈作模 《机械原理》，高等教育出版社。1995.
[2]宋世通，浅谈真空断路器机械参数的选择，电气开关，2003.
作者简介：
张兴朗，男，从事中压开关及开关设备的研发工作，近年来主要从事充气柜的产品研发