CN101980322B - 一种八边形折叠机构 - Google Patents

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Abstract

一种八边形折叠机构，该机构中，通过第四、第二中转接头将第四、第二三角片连接在正方形片的第一、第二直角处。通过第二、第四短转接头将第一、第三三角片连接在正方形片的第三、第四直角处。第一三角片的一锐角处和第二三角片的另一锐角处分别与第一弯杆的两端连接。第三三角片的另一锐角处和第四三角片的另一锐角处分别与第四弯杆的两端连接。第一三角片的另一锐角处和第三三角片的一锐角处分别与第三弯杆的两端连接。第二三角片的一锐角处和第四三角片的一锐角处分别与第二弯杆的两端连接。上述连接构成八边形折叠机构。本机构适用于制作几何教具、机构教具和玩具，易于自行组装，在实现折叠效果的同时，具有方便拆卸，连接牢固的优点。

Description

一种八边形折叠机构
技术领域
本发明涉及一种八边形折叠机构，特别涉及一种多层可折叠缩放机构，实现多种几何形状的变化，适用于制作几何教具、机构教具和玩具。
背景技术
目前市场上有单自由度的缩放机构，如魔术花球、魔盘等，可实现机构整体的缩放，但只能作为观赏性的玩具，其结构形式固定，不可拆卸。另外一些可分离式的几何玩具，如积木，七巧板，各个模块之间通过机械方式可以固定，一旦连接关系固定，整体则不可再变化，完成其他形状变化需要重新连接多个模块。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，结构形式固定，不可拆卸，提出一种单自由度的八边形折叠机构。
本发明的技术方案：
一种八边形折叠机构，该折叠机构包括：一个正方形片，第一至第四三角片，第一至第四弯杆，通过第一至第六短转接头，第一至第四中转接头，第一、第二长转接头，连接成八边形折叠机构。
以正方形片为基层，正方形片的四个直角处的孔，以顺时针从第一到第四标号；第四中转接头的上端穿过第四三角片的直角处的孔，第四中转接头的下端穿过正方形片的第一个直角处的孔，将第四三角片和正方形片连接，第四中转接头与第四三角片的直角处的孔和正方形片的第一个直角处的孔为动配合。
第二弯杆的弧形部分朝外，第六短转接头的下端穿过第二弯杆直线端处的孔，第六短转接头的上端穿过第四三角片一锐角处的孔，将第四三角片和第二弯杆连接，第六短转接头与第四三角片一锐角处的孔和第二弯杆直线端处的孔为动配合。
第一长转接头的上端穿过第二弯杆的弯钩端的孔，第一长转接头的下端穿过第二三角片一锐角处的孔，将第二三角片和第二弯杆连接，第一长转接头与第二弯杆的弯钩端的孔和第二三角片一锐角处的孔为动配合。
第二中转接头的下端穿过第二三角片直角处的孔，第二中转接头的上端穿过正方形片第二个直角处的孔，将第二三角片和正方形片连接，第二中转接头与第二三角片的直角处的孔和正方形片第二个直角处的孔为动配合。
第一弯杆的弧形部分朝外，第三短转接头的上端穿过第一弯杆的直线端处的孔，第三短转接头的下端穿过第二三角片另一锐角处的孔，将第二三角片和第一弯杆连接，第三短转接头与第二三角片另一锐角处的孔和第一弯杆的直线端处的孔为动配合。
第一中转接头的上端穿过第一三角片一锐角处的孔，第一中转接头的下端穿过第一弯杆的弯钩端处的孔，将第一三角片和第一弯杆连接，第一中转接头与第一三角片一锐角处的孔和第一弯杆的弯钩端处的孔为动配合。
第二短转接头的上端穿过第一三角片直角处的孔，第二短转接头的下端穿过正方形片第三个直角处的孔，将第一三角片和正方形片连接，第二短转接头与第一三角片直角处的孔和正方形片第三个直角处的孔为动配合。
第三弯杆的弧形部分朝外，第一短转接头的上端穿过第三弯杆的直线端处的孔，第一短转接头的下端穿过第一三角片的另一锐角处的孔，将第一三角片和第三弯杆连接，第一短转接头与第一三角片的另一锐角处的孔和第一弯杆的直线端处的孔为动配合。
第三中转接头的上端穿过第三弯杆的弯钩端处的孔，第三中转接头的下端穿过第三三角片一锐角处的孔，将第三弯杆和第三三角片连接，第三中转接头与第三弯杆的弯钩端处的孔和第三三角片一锐角处的孔为动配合。
第四短转接头的下端穿过第三三角片的直角处的孔，第四短转接头的上端穿过正方形片第四个直角处的孔，将第三三角片和正方形片连接，第四短转接头与第三三角片的直角处的孔和正方形片第四个直角处的孔为动配合。
第四弯杆的弧形部分朝外，第五短转接头的下端穿过第四弯杆的直线端的孔，第五短转接头的上端穿过第三三角片另一锐角处的孔，将第三三角片和第四弯杆连接，第五短转接头与第三三角片另一锐角处的孔和第四弯杆的直线端的孔为动配合。
第二长转接头的上端穿过第四三角片另一锐角处的孔，第二长转接头的下端穿过第四弯杆的弯钩端的孔，将第四三角片和第四弯杆连接，第二长转接头与第四三角片另一锐角处的孔和第四弯杆的弯钩端的孔为动配合。
通过对上述零件之间的连接完成八边形折叠机构的组装。
本发明的有益效果：本八边形折叠机构，在可实现折叠效果的同时，具有方便拆卸，连接牢固的优点。可将各构件处于不同层面的八边形机构经过正四边形，飞镖形，风车形，最终折叠成近似的小正方形，易于自行组装，拆卸方便，它提供了一种全新的折叠杆机构的方案，开发儿童的空间想象能力，同时对中小学生提供一个对几何形体及折叠机构的认识帮助，可以开发为一种趣味性较强的儿童益智玩具和几何教具。
附图说明
图1八边形折叠机构示意图。
图2长、中、短转接头三维图。
图3正方形片与第二三角片的连接示意图。
图4图3的A-A剖面图。
图5正方形片与第三三角片的连接示意图。
图6图5的B-B剖面图。
图7第二三角片和第二弯杆的连接示意图。
图8图7的C-C剖面图。
图9运动初始状态示意图。
图10三角片底边与弯杆成同一直线状态示意图。
图11三角片腰与弯杆重合状态示意图。
图12三角片底边与弯杆重合状态示意图。
图13折叠最终状态示意图。
图14逆时针折叠最终状态三维示意图。
图15逆时针折叠最终状态俯视图。
图中：正方形片16，第一至第四三角片2、8、13、19，第一至第四弯杆5、10、11、17，第一至第六短转接头1、3、7、14、15、21，第一至第四中转接头4、6、12、20，第一、第二长转接头9、18。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
一种八边形折叠机构，该折叠机构包括：一个正方形片16，第一至第四三角片2、8、13、19，第一至第四弯杆5、10、11、17，通过第一至第六短转接头1、3、7、14、15、21，第一至第四中转接头4、6、12、20，第一、第二长转接头9、18，连接成八边形折叠机构。
以正方形片16为基层，正方形片16的四个直角处的孔，以顺时针从第一到第四标号；第四中转接头20的上端穿过第四三角片19的直角处的孔，第四中转接头20的下端穿过正方形片16的第一个直角处的孔，将第四三角片19和正方形片16连接，第四中转接头20与第四三角片19的直角处的孔和正方形片16的第一个直角处的孔为动配合。
第二弯杆10的弧形部分朝外，第六短转接头21的下端穿过第二弯杆10直线端处的孔，第六短转接头21的上端穿过第四三角片19一锐角处的孔，将第四三角片19和第二弯杆10连接，第六短转接头21与第四三角片19一锐角处的孔和第二弯杆10直线端处的孔为动配合。
第一长转接头9的上端穿过第二弯杆10的弯钩端的孔，第一长转接头9的下端穿过第二三角片8一锐角处的孔，将第二三角片8和第二弯杆10连接，第一长转接头9与第二弯杆10的弯钩端的孔和第二三角片8一锐角处的孔为动配合，见图7、8。
第二中转接头6的下端穿过第二三角片8直角处的孔，第二中转接头6的上端穿过正方形片16第二个直角处的孔，将第二三角片8和正方形片16连接，第二中转接头6与第二三角片8的直角处的孔和正方形片16第二个直角处的孔为动配合，见图3、4。
第一弯杆5的弧形部分朝外，第三短转接头7的上端穿过第一弯杆5的直线端处的孔，第三短转接头7的下端穿过第二三角片8另一锐角处的孔，将第二三角片8和第一弯杆5连接，第三短转接头7与第二三角片8另一锐角处的孔和第一弯杆5的直线端处的孔为动配合。
第一中转接头4的上端穿过第一三角片2一锐角处的孔，第一中转接头4的下端穿过第一弯杆5的弯钩端处的孔，将第一三角片2和第一弯杆5连接，第一中转接头4与第一三角片2一锐角处的孔和第一弯杆5的弯钩端处的孔为动配合。
第二短转接头3的上端穿过第一三角片2直角处的孔，第二短转接头3的下端穿过正方形片16第三个直角处的孔，将第一三角片2和正方形片16连接，第二短转接头3与第一三角片2直角处的孔和正方形片16第三个直角处的孔为动配合。
第三弯杆11的弧形部分朝外，第一短转接头1的上端穿过第三弯杆11的直线端处的孔，第一短转接头1的下端穿过第一三角片2的另一锐角处的孔，将第一三角片2和第三弯杆11连接，第一短转接头1与第一三角片2的另一锐角处的孔和第一弯杆5的直线端处的孔为动配合。
第三中转接头12的上端穿过第三弯杆11的弯钩端处的孔，第三中转接头12的下端穿过第三三角片13一锐角处的孔，将第三弯杆11和第三三角片13连接，第三中转接头12与第三弯杆11的弯钩端处的孔和第三三角片13一锐角处的孔为动配合。
第四短转接头14的下端穿过第三三角片13的直角处的孔，第四短转接头14的上端穿过正方形片16第四个直角处的孔，将第三三角片13和正方形片16连接，第四短转接头14与第三三角片13的直角处的孔和正方形片16第四个直角处的孔为动配合，见图5、6。
第四弯杆17的弧形部分朝外，第五短转接头15的下端穿过第四弯杆17的直线端的孔，第五短转接头15的上端穿过第三三角片13另一锐角处的孔，将第三三角片13和第四弯杆17连接，第五短转接头15与第三三角片13另一锐角处的孔和第四弯杆17的直线端的孔为动配合。
第二长转接头18的上端穿过第四三角片19另一锐角处的孔，第二长转接头18的下端穿过第四弯杆17的弯钩端的孔，将第四三角片19和第四弯杆17连接，第二长转接头18与第四三角片19另一锐角处的孔和第四弯杆17的弯钩端的孔为动配合。
通过对上述零件之间的连接完成八边形折叠机构的组装。
第一至第四三角片2、8、13、19上三个孔的中心线的连线为一个等腰直角三角形，直角边长和正方形片16的边长相等。
正方形片16和第一至第四三角片2、8、13、19厚度相同；
第一至第六短转接头1、3、7、14、15、21、第一至第四中转接头4、6、12、20和第一、第二长转接头9、18，它们在两端与孔配合部分结构尺寸相同及中间段的直径相同，只是在中间段的长度不相同，现将第一至第六短转接头的中间段的长度设为L1，正方形片厚度设为L2，第一至第四中转接头的中间段长度设为L中，L中＝3×L1+2×L2，第一、第二长转接头中间段的长度设为L长，L长＝5×L1+4×L2。为了防止两相邻层之间的摩擦，同时考虑到机构体积紧凑，第一至第六短转接头的中间段的长度最小为1mm，最大为2mm。
通过对上述零件之间的连接完成八边形折叠机构的组装。
零件上的所有通孔的两端加工有倒角，以便于和转接头的组装。
长、中、短转接头结构，见图2，呈中空的阶梯轴状，两端轴段用于和孔配合，在转接头的两端加工有一周与零件孔的倒角相应的鼓状突起，便于卡在孔中，两端开槽，使得两端有一定弹性，便于卡入孔中。
下面分五步来介绍此八边形折叠机构从初始的八边形状态到最后折叠成最小面积状态的过程：
(1)如图9所示为八边形折叠机构的初始状态俯视图。
(2)图9状态时，若在任一三角片上施加一顺时针力矩，整个机构开始运动，第一至第四三角片(2、8、13、19)均沿顺时针方向转动，第一至第四三角片斜边与弯杆所夹角逐渐变大，当其变成180°时，整个机构的外轮廓近似呈正方形，如图10所示为三角片底边与弯杆成同一直线状态。
(3)如图11所示为三角片直角边与弯杆重合状态。继续施加顺时针力矩，当夹角减小到135°时，第一至第四三角片的一直角边与正方形的边重合，整个机构形状似一把“飞镖”。
(4)图12所示是一个一般的状态，此时第一至第四个三角片向内收缩，其底边与弯杆重合，机构的外轮廓慢慢开始变小。
(5)如图13所示为机构折叠的最终状态，由于转接头的径向尺寸的不可忽略，机构不能完全地折叠成一个正方形。
以上五种状态均为施加顺时针力矩的情况，可达到预期效果，即图10的八边形状态可最终折叠成图13所示的最小折叠状态。如在初始状态施加逆时针力矩则会出现图14所示的干涉临界状态，图15为三维示意图，此时机构不能继续运动。

Claims (3)

1.一种八边形折叠机构，其特征在于：该折叠机构包括：一个正方形片(16)，第一至第四三角片(2、8、13、19)，第一至第四弯杆(5、10、11、17)，通过第一至第六短转接头(1、3、7、14、15、21)，第一至第四中转接头(4、6、12、20)，第一、第二长转接头(9、18)，连接成八边形折叠机构；
以正方形片(16)为基层，正方形片(16)的四个直角处的孔，以顺时针从第一到第四标号；第四中转接头(20)的上端穿过第四三角片(19)的直角处的孔，第四中转接头(20)的下端穿过正方形片(16)的第一个直角处的孔，将第四三角片(19)和正方形片(16)连接，第四中转接头(20)与第四三角片(19)的直角处的孔和正方形片(16)的第一个直角处的孔为动配合；
第二弯杆(10)的弧形部分朝外，第六短转接头(21)的下端穿过第二弯杆(10)直线端处的孔，第六短转接头(21)的上端穿过第四三角片(19)一锐角处的孔，将第四三角片(19)和第二弯杆(10)连接，第六短转接头(21)与第四三角片(19)一锐角处的孔和第二弯杆(10)直线端处的孔为动配合；
第一长转接头(9)的上端穿过第二弯杆(10)的弯钩端的孔，第一长转接头(9)的下端穿过第二三角片(8)一锐角处的孔，将第二三角片(8)和第二弯杆(10)连接，第一长转接头(9)与第二弯杆(10)的弯钩端的孔和第二三角片(8)一锐角处的孔为动配合；
第二中转接头(6)的下端穿过第二三角片(8)直角处的孔，第二中转接头(6)的上端穿过正方形片(16)第二个直角处的孔，将第二三角片(8)和正方形片(16)连接，第二中转接头(6)与第二三角片(8)的直角处的孔和正方形片(16)第二个直角处的孔为动配合；
第一弯杆(5)的弧形部分朝外，第三短转接头(7)的上端穿过第一弯杆(5)的直线端处的孔，第三短转接头(7)的下端穿过第二三角片(8)另一锐角处的孔，将第二三角片(8)和第一弯杆(5)连接，第三短转接头(7)与第二三角片(8)另一锐角处的孔和第一弯杆(5)的直线端处的孔为动配合；
第一中转接头(4)的上端穿过第一三角片(2)一锐角处的孔，第一中转接头(4)的下端穿过第一弯杆(5)的弯钩端处的孔，将第一三角片(2)和第一弯杆(5)连接，第一中转接头(4)与第一三角片(2)一锐角处的孔和第一弯杆(5)的弯钩端处的孔为动配合；
第二短转接头(3)的上端穿过第一三角片(2)直角处的孔，第二短转接头(3)的下端穿过正方形片(16)第三个直角处的孔，将第一三角片(2)和正方形片(16)连接，第二短转接头(3)与第一三角片(2)直角处的孔和正方形片(16)第三个直角处的孔为动配合；
第三弯杆(11)的弧形部分朝外，第一短转接头(1)的上端穿过第三弯杆(11)的直线端处的孔，第一短转接头(1)的下端穿过第一三角片(2)的另一锐角处的孔，将第一三角片(2)和第三弯杆(11)连接，第一短转接头(1)与第一三角片(2)的另一锐角处的孔和第三弯杆(11)的直线端处的孔为动配合；
第三中转接头(12)的上端穿过第三弯杆(11)的弯钩端处的孔，第三中转接头(12)的下端穿过第三三角片(13)一锐角处的孔，将第三弯杆(11)和第三三角片(13)连接，第三中转接头(12)与第三弯杆(11)的弯钩端处的孔和第三三角片(13)一锐角处的孔为动配合；
第四短转接头(14)的下端穿过第三三角片(13)的直角处的孔，第四短转接头(14)的上端穿过正方形片(16)第四个直角处的孔，将第三三角片(13)和正方形片(16)连接，第四短转接头(14)与第三三角片(13)的直角处的孔和正方形片(16)第四个直角处的孔为动配合；
第四弯杆(17)的弧形部分朝外，第五短转接头(15)的下端穿过第四弯杆(17)的直线端的孔，第五短转接头(15)的上端穿过第三三角片(13)另一锐角处的孔，将第三三角片(13)和第四弯杆(17)连接，第五短转接头(15)与第三三角片(13)另一锐角处的孔和第四弯杆(17)的直线端的孔为动配合；
第二长转接头(18)的上端穿过第四三角片(19)另一锐角处的孔，第二长转接头(18)的下端穿过第四弯杆(17)的弯钩端的孔，将第四三角片(19)和第四弯杆(17)连接，第二长转接头(18)与第四三角片(19)另一锐角处的孔和第四弯杆(17)的弯钩端的孔为动配合；
通过对上述零件之间的连接完成八边形折叠机构的组装。
2.根据权利要求1所述的一种八边形折叠机构，其特征在于：第一至第四三角片(2、8、13、19)上三个孔的中心线的连线为一个等腰直角三角形，直角边长和正方形片(16)的边长相等。
3.根据权利要求1所述的一种八边形折叠机构，其特征在于：正方形片(16)和第一至第四三角片(2、8、13、19)厚度相同；
第一至第六短转接头(1、3、7、14、15、21)、第一至第四中转接头(4、6、12、20)和第一、第二长转接头(9、18)，它们在两端与孔配合部分结构尺寸相同及中间段的直径相同，只是在中间段的长度不相同，现将第一至第六短转接头的中间段的长度设为L1，正方形片厚度设为L2，第一至第四中转接头的中间段长度设为L中，L中＝3×L1+2×L2，第一、第二长转接头中间段的长度设为L长，L长＝5×L1+4×L2。
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