CN100549434C - 利用反平行四边形的空间伸缩机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用反平行四边形的空间伸缩机构，该机构由多个组件单元串联叠加而成，每个组件单元由中间架和连接于上层中间架杆(6)首尾连接处的第一杆(1)和连接于下层中间架杆(6)首尾连接处的第三杆(3)构成。上下层之间通霄中间架连接杆(4)和第二杆(2)连接。组件单元通过连接于第三杆一端的单元间连接件(5)连接。本发明通过杆件的转动或中间架的移动来实现机构整体的伸缩。这种设计结构简单，通过比较小的反平行四边形达到很大的伸缩比。由于这种机构本身的空间对称性，使其对空间不同方向力的承受能力分配比较均匀。整个机构具有用材少、伸缩幅度大、受力性好、稳定性强、应用范围广、制造工艺简单等特点。

Description

利用反平行四边形的空间伸缩机构

技术领域

本发明涉及一种利用反平行四边形的空间伸缩机构。适用于工程支撑、升降平台、机械手夹持装置、伸缩折叠式桌凳类器具的支腿等。

背景技术

在一些设备的安装、维修或某些专业的特殊工作中需要在长度上能作伸缩的装置，或需要在高度上能升降的机构。现有伸缩机构如柱塞油缸、滑轨导槽副等，一般结构复杂，制造工艺要求高，而伸缩幅度却很有限。现有的平面平行四边形连杆伸缩机构如推拉门窗，侧向受力差，应用范围小。

随着航天事业的飞速发展，卫星及探测器的功能日趋强大，对于平台以及有效载荷的要求逐渐提高，其中一个重要的方向就是对于空间伸展机构的需求。目前航天中的伸展机构要求伸展范围大，展开精度与刚度高，被展开对象的体积大。这对伸展机构的性能提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用反平行四边形的空间伸缩机构，这是一种立体简易伸缩机构，它由若干杆件通过中间架连接而成，它配备操作系统和驱动系统即可做成工程支撑、升降台、夹持器具等。

本发明的技术方案如下：

一种利用反平行四边形的空间伸缩机构，该机构由多个组件单元串联叠加而成，每个组件单元包括上下两层中间架。

上层中间架由中间架杆用销首尾连，并在首尾连接处各与第一杆连接构成。

下层中间架由与上层等量的中间架杆用销首尾连接，并在首尾连接处各与第三杆连接构成；上下层中间架之间用中间架连接杆连接。

第一杆的第二孔用于连接在上层中间架的首尾连接处，第三杆的第一孔连接在下层中间架的首尾连接处。

第二杆连接于上下两层相应的第一杆的第一孔和第三杆的第二孔上.

单元间连接件的第一孔连接第一杆的第三孔，单元间连接件的第二孔连接第三杆的第四孔，单元间连接件的第三孔连接第三杆的第三孔。

构成上下层中间架的中间架杆的数量大于等于3。

若将中间架看作一个杆件，中间架和第一杆、第二杆、第三杆组成反平行四边形。

本发明具有这样的有益效果：本发明通过杆件的转动或中间架的移动来实现机构整体的伸缩。反平行四边形的应用使得伸缩运动能在组件单元间传动下去。这种设计结构简单，通过比较小的反平行四边形达到很大的伸缩比。由于这种机构本身的空间对称性，使其对空间不同方向力的承受能力分配比较均匀。整个机构具有用材少、伸缩幅度大、受力性好、稳定性强、应用范围广、制造工艺简单等特点。

附图说明

图1为组件单元机构示意图。

图2为第一杆示意图。

图3为第二杆示意图。

图4为第三杆示意图。

图5为中间架连接杆示意图。

图6为单元间连接件示意图。

图7为中间架杆示意图。

图8为每层中间架由四个中间架杆构成的组件单元示意图。

图9为两个组件单元串联成的利用反平行四边形的空间伸缩机构示意图。

图中：第一杆1、第二杆2、第三杆3、中间架连接杆4、单元间连接件5、中间架杆6、第一杆第一孔1a，第一杆第二孔1b，第一杆第三孔1c，第三杆第一孔3a，第三杆第二孔3b，第三杆第三孔3c，第三杆第四孔3d，单元间连接件第一孔5a、单元间连接件第二孔5b、单元间连接件第一孔5c。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明。

利用反平行四边形的空间伸缩机构由多个组件单元串联叠加而成，每个组件单元包括上下两层中间架。图9为两个组件单元串联成的利用反平行四边形的空间伸缩机构示意图。

第一种组件单元，见图1：

上层中间架由三根中间架杆6用销首尾连，并在首尾连接处各与第一杆1连接构成，见图1。

下层中间架由三根中间架杆6用销首尾连接，并在首尾连接处各与第三杆3连接构成，见图1。

中间架杆6两端各设一孔，中间设一孔，见图7；中间架连接杆4的两端各设一孔见图5。上下层中间架之间，通过中间架连接杆4两端的孔与中间架杆6上中间的孔用螺栓连接。

第一杆1上设第一孔1a、第二孔1b、第三孔1c三个孔，见图2；第三杆3上设第一孔2a、第二孔2b、第三孔2c三个孔，见图4。第一杆1的第二孔1b用于连接在上层中间架的首尾连接处，第三杆3的第一孔3a连接在下层中间架的首尾连接处。

第二杆2的两端设有二个孔，见图2，用于连接上下两层相应的第一杆1的第一孔1a和第三杆3的第二孔3b上。

单元间连接件5的第一孔5a连接第一杆1的第三孔1c，单元间连接件5的第二孔5b连接第三杆3的第四孔3d，单元间连接件5的第三孔5c连接第三杆3的第三孔3c。

第一杆1的第一孔1a与第一杆的第二孔1b的中心距13mm，第一杆1的第一孔1a与第一杆的第三孔1c的中心距113mm。

第三杆3的第一孔3a与第三杆的第二孔3b的中心距20mm，第三杆3的第一孔3a与第三杆的第四孔3d的中心距100mm。

第二种组件单元，见图8：

第二种组件单元与第一种组件单元的区别在于，上下层中间架由四根中间架杆6用销首尾连构成。

本发明中，构成上下层中间架的中间架杆6的数量大于等于3时，均能实现本发明的目的

该机构变形过程：

第一种情况：驱动杆件。图9中，用一平面做为机架，部分约束顶端的三个第一杆1，使它只保留在平面上移动的自由度。驱动顶端的三个第一杆1向内同步移动，该机构伸长，反向移动时则收缩。

第二种情况：驱动中间架。图9中，用一平面做为机架，部分约束顶端的三个第一杆1，使它只保留在平面上移动的自由度。上下移动任一中间架，机构另一端将伸展或收缩。

中间架是一种起固定支架作用的构件，它不仅可以作为支架，还起到了增强整个机构刚度的作用。中间架每层上的杆数可以是大于等于3，例如图8。中间架和第一杆、第二杆、第三杆组成了一个反平行四边形。中间架两层三角形之间的距离取值要尽量保证第一杆和第三杆在运动时同步，目的是使该空间伸缩机构更好的传递伸缩运动。

两个组件单元间的连接方式的不同对机构也会产生影响。如果直接把每一个组件单元用销连接在一起，则会出现干涉。为了解决这个问题，本发明采用如下方法：上一组件单元的第一杆和下一组件单元的第三杆通过单元间连接件连接(如图6)。单元间连接件可以是独立的，也可以是固定在杆件上的，它的作用主要是使两个杆件在同一平面上安装。

影响本发明机构伸缩范围的因素很多：影响伸展长度的主要是组件单元的个数和组件单元上的杆件长度，组件单元的个数越多，杆件越长，伸展得越长。影响收缩的因素有组件单元的个数和中间架的高度。中间架的高度由中间架杆的宽度，中间架两层三角形间的距离决定。换言之，反平行四边形的尺寸越小，对增加伸缩比越有利。

安装利用反平行四边形的空间伸缩机构时，要注意以下问题：1、第二杆与中间架容易干涉，应该选择合理的形状。2、各转动副连接处要加上垫片，这是为了减小转动时的摩擦面积。3、为进一步减小摩擦，可以在连接处添加润滑油。

依据工程器具和设备的功能要求，本发明的材质可用铝合金型材、钢板、角钢、管材等，也可以用塑料、木制件等。

Claims (2)

1.一种利用反平行四边形的空间伸缩机构，其特征在于：

该机构由多个组件单元串联叠加而成，每个组件单元包括上下两层中间架；

上层中间架由中间架杆(6)用销首尾连，并在首尾连接处各与第一杆(1)连接构成；

下层中间架由与上层等量的中间架杆(6)用销首尾连接，并在首尾连接处各与第三杆(3)连接构成；上下层中间架之间用中间架连接杆(4)连接；

第一杆(1)的第二孔(1b)用于连接在上层中间架的首尾连接处，第三杆(3)的第一孔(3a)连接在下层中间架的首尾连接处；

第二杆(2)连接于上下两层相应的第一杆(1)的第一孔(1a)和第三杆(3)的第二孔(3b)上；

单元间连接件(5)的第一孔(5a)连接第一杆(1)的第三孔(1c)，单元间连接件(5)的第二孔(5b)连接第三杆(3)的第四孔(3d)，单元间连接件(5)的第三孔(5c)连接第三杆(3)的第三孔(3c)。

2.根据权利要求1所述的空间伸缩机构，其特征在于：构成上下层中间架的中间架杆(6)的数量大于等于3。

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