CN101140005A - 之字形杆件空间伸缩机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种之字形杆件空间伸缩机构，是一种主要由杆件和中间架组成的空间伸缩机构，它由若干层相同的组件单元串联而成。机构伸展或收缩时，杆件间相互错开，能克服干涉问题。该机构杆件和中间架的布置方式能大大减小占用空间，使在保持大伸缩比的同时能保证机构紧凑。当杆件长度小于中间架边长时，机构横截面能始终保持不变。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。该机构具有用材少、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

之字形杆件空间伸缩机构

技术领域

本发明涉及机械技术，具体地讲是一种之字形杆件空间伸缩机构。

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种之字形杆件空间伸缩机构，这是一种新型的立体简易整体伸缩机构，它由若干之字形连接杆件通过中间架连接而成，它配备操作系统装置和驱动系统可做成工程支撑、升降台、夹持器具和设备等。

本发明的技术方案如下：

本发明之字形杆件空间伸缩机构由若干层组件单元构成，每个单元由中间架和连接于中间架每个边上的杆件构成。同一单元层内的杆件倾斜角度相同。相邻单元层中的杆件倾斜角度彼此相反，杆件端部彼此连接，形成之字形。

本发明具有这样的有益效果：本发明可以通过杆件的转动或中间架的移动来实现机构整体的伸缩，收缩时杆件间相互错开，可以克服空间机构常常遇到的干涉问题。同时，杆件和中间架的特殊布置方式能大大节省空间，使在保持大伸缩比的同时保证机构的紧凑。当杆件长度小于中间架边长时，机构伸缩时任意时刻的横截面始终不变。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为三角形中间架之字形杆件空间伸缩机构示意图。

图2为杆件示意图。

图3为中间架示意图。

图4为垫圈示意图。

图5为三角形中间架之字形杆件空间伸缩机构的收缩状态示意图。

图6为三角形中间架之字形杆件空间伸缩机构的伸展状态示意图。

图7为四边形中间架之字形杆件空间伸缩机构示意图。

图8为四边形中间架之字形杆件空间伸缩机构的伸展状态示意图。

图9为四边形中间架之字形杆件空间伸缩机构的收缩状态示意图。

图10为三角形中间架之字形杆件空间伸缩机构采用直角连接件的伸展状态示意图。

图11为三角形中间架之字形杆件空间伸缩机构采用直角连接件的收缩状态示意图。

图12为直角连接件示意图。

图13为三角形中间架之字形杆件空间伸缩机构并联成大三角形机构的侧视图。

图14为三角形中间架之字形杆件空间伸缩机构并联成大三角形机构的俯视图。

具体实施方式

下面以中间架为三角形的空间伸缩机构为例，结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1截取了三角形中间架的空间伸缩机构中具有代表性的一段，整个空间机构就是图1所示机构的串联叠加，其中有杆件1-6、两层中间架7、8及垫圈9-11。杆件1、2和3的中部分别连接于中间架7三边的中心处，杆件4、5和6的中部分别连接于中间架8三边的中心处，杆件4、5和6与中间架8的连接处设有垫圈9、10和11。杆件1、2和3的上端连接于杆件4、5和6的下端内侧，各部件连接处均可以转动。

该机构变形过程：

第一种情况：驱动杆件。当杆件的三个连接点向内同步移动时，该机构伸长(如图6)，反向移动时则收缩(如图5)。

第二种情况：驱动中间架。固定一中间架，上下移动另一中间架，机构向两端伸展(如图6)或收缩(如图5)。

由图5可以看到，当机构收缩时，各杆件均与中间架形成一个角度，而正是由于这个角度的存在，使得之字形杆件在收缩时，相互间不干涉。由于杆件与中间架是紧贴连接，因此能充分利用了空间，使整个机构收缩紧密。

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。中间架可以是一个整体构件，也可以为多个构件组成的整体，主要由制造工艺的难度决定。中间架可以是三角形，四边形和V字形等，主要取决于实际情况的要求。显然，安装三角形中间架比安装多边形的中间架更省材料，质量自然就轻。但中间架的边数越多，整个机构在不同方向上承受力的能力分配得就越均匀。事实上中间架的形状可以更加自由，除了和杆件连接的地方要求有平台外，在不对机构产生额外干涉的情况下中间架其余的地方可以任意形状，如三列之字形杆用“人”字形中间架连接，四列之字形杆用“十”字形中间架连接等。

两个杆件间的连接方式的不同对机构也会产生影响。如果想直接把每一个单元连接在一起，则会出现干涉。为了解决这个问题，本发明采用如下方法：在第一个单元安装时，杆件与中间架连接时，中间加一个垫圈(如图1中的9、10和11)，垫圈厚度与杆件的厚度相同。在安装下一个单元时，将杆件与第一个单元杆件的内侧相连，这样就完成了两个单元的安装，同理可安装若干个单元。另一种方法是相邻两个单元的杆件通过加一个直角连接件连接(如图12)，这样也能避免安装时的干涉。直角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。

在整个空间伸缩机构伸长到每一列之字形杆件成直线分布时，机构出现拐点。此时机构已经不能再伸长，如果机构收缩，则会出现这样的情况：每一排之字形杆件上，两杆间转动副上的杆将存在顺时针方向和逆时针方向两种方式，这两种方式是随机发生的。如果同一单元上的杆件转动方向一致，那么机构可以收缩，但是如果不一致，那么机构将卡死。为了避免这种情况，可以控制伸缩范围，使机构不达到拐点。也可以在中间架上或杆件上设计一个阻挡件，作用是避免拐点出现，避免整个机构完全伸长。

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单元的个数和单元上的杆件长度，单元的个数越多，杆件越长，伸展得越长。影响收缩的因素有单元的个数和各单元收缩到一起时相互间的干涉，单元的个数越少，收缩得越紧。然而还要考虑收缩时杆件间的干涉问题，影响因素很多，比如，杆件越细越短，干涉发生的机会就越少。中间架越厚，干涉也越难发生。理想的情况是收缩时中间架刚好能叠加在一起而不发生干涉。

安装空间伸缩机构时，要注意以下问题：1.相连的两根杆件哪根在外，哪根在内。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，本发明空间伸缩机构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。

实施例1：杆件长度大于中间架边长的空间伸缩机构。

如图1、5和6：杆件长度大于中间架的边长，有利于增加伸展的范围。若受力点在机构的端部，则机构向一个方向伸展，利用这一点，可以制成折叠式的支撑机构或机械手的手臂。另外，也可以驱动机构端部附近的中间架来实现。例如：

1.伸缩折叠式桌凳类器具的支腿。

该机构顶端与固定在桌面底面上的卡板相连，当各个顶点沿卡板滑槽向内同步移动时，该机构伸长，调整到所需高度，固定卡点。这种折叠支腿具有体积小、结构简单、支撑牢固可靠的优点。

2、升降平台

该机构顶端安装操作台，底端的顶点在底座上用驱动系统使之向内同步移动，则操作平台平稳上升到工作高度。这种升降平台具有结构简单、受力状态好、稳定性好、伸降幅度大、应用范围广的优点。在连接升降台时，必须在最后一个单元上再连接杆件，再在杆件上连接平台。这是由于直接连接时整个机构的自由度将是0，即机构将无法驱动。上述改变之后，机构的自由度为1，这样就能实现平台驱动。

3、机械手夹持装置

该机构的最后一个单元的末端安装上夹持装置(如卡爪)，当另一端受力驱动时，机构伸长的同时前端夹持装置将夹紧物体，便于搬运和其他作业。

实施例2：杆件长度小于中间架边长的空间伸缩机构。

杆件长度小于中间架边长的空间伸缩机构具有在任何时候横截面积保持不变的特点。杆件长度小于中间架的边长，使得即使在收缩的极限位置，杆件的两端也不会超出中间架的范围，不会额外增加截面空间。利用这个性质，可以制成横截面不变的空间伸缩机构。

例：可伸缩式衣柜

市场上流行的组装杆简易衣柜的特点是先拼接好衣柜架后，然后套上一个的布罩。而应用本发明的可伸缩式衣柜的特点是，不需要拼接，直接伸展就完成，衣柜的高度可调，而横截面不变。横截面不变保证了使用时不用更换外面的布罩。现在以中间架为U字形的空间伸缩机构为例(如图7、8、9所示机构四面中去掉一面)。从图9的状态，驱动中间架，使机构伸展到想要的位置。为了固定现有伸展位置，将端部杆用一个固定架连接，这时整个机构的自由度为0，即机构不能再伸缩。

实施例3：空间伸缩机构的并联机构。

空间伸缩机构通过不同的方式并联可以拼成横截面更大的伸缩机构。例如三个中间架为三角形的空间伸缩机构可以拼成一个大三角形空间伸缩机构(如图13和14)。三个中间架为四边形的空间伸缩机构可以拼成品字形空间伸缩机构。

以大三角形空间伸缩机构为例，为了避免杆件间的干涉，杆件的长度应该小于中间架的边长。并联而成的机构具有强度和刚度大，起支撑作用时更平稳的特点。

Claims (6)

1.一种之字形杆件空间伸缩机构，其特征在于该机构由若干层组件单元构成，每个单元由中间架和连接于中间架每个边上的杆件构成；同一单元层内的杆件倾斜角度相同；相邻单元层中的杆件倾斜角度彼此相反，杆件端部彼此连接，形成之字形。

2.根据权利要求1所述的之字形杆件空间伸缩机构，其特征在于中间架可以是一体的，也可以是拼接在一起的。

3.根据权利要求1所述的之字形杆件空间伸缩机构，其特征在于在单元中的杆件与中间架的连接处可设有垫圈。

4.根据权利要求1所述的之字形杆件空间伸缩机构，其特征在于在中间架或杆件上可设有拐点阻挡件。

5.根据权利要求1所述的之字形杆件空间伸缩机构，其特征在于杆件之间可以采用直角连接件连接。

6.根据权利要求1所述的之字形杆件空间伸缩机构，其特征在于伸缩机构通过并联方式可以拼成横截面更大的伸缩机构。

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