CN103423410A

CN103423410A - 实现轨迹和刚体导引的机构

Info

Publication number: CN103423410A
Application number: CN2012101628324A
Authority: CN
Inventors: 任子文; 林松; 吴旭; 黄德良; 王刚; 王勇; 瞿华滢; 方鑫
Original assignee: CHINA TOBACCO MACHINERY TECHNOLOGY CENTER Co Ltd
Current assignee: CHINA TOBACCO MACHINERY TECHNOLOGY CENTER Co Ltd
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: CN103423410B

Abstract

本发明公开了一种实现轨迹和刚体导引的机构，包括一个四杆机构，第二连杆的固定端设置有驱动轴；第一连杆的运动端固定设置有第二齿轮；第二齿轮与第一齿轮相互啮合；第一齿轮与第三连杆固定连接；第一齿轮能够带动第三连杆的运动端沿一条直线轨迹运动；第二齿轮与凸轮固定连接；凸轮的外缘与摆杆的运动端啮合；摆杆与扇形齿轮固定连接，扇形齿轮与第三齿轮相啮合；第三连杆的运动端和第三齿轮共同连接运动输出机构。本发明通过齿轮-凸轮机构的复合作用，使得一套两自由度的连杆机构能够实现推程为平动的直线轨迹输出运动，回程为变姿态的弧形轨迹输出运动。

Description

实现轨迹和刚体导引的机构

技术领域

本发明涉及一种自动化机械，具体涉及一种实现轨迹和刚体导引的机构。

背景技术

产生面包型轨迹的机构很多，单自由度的连杆机构只能近似实现直线轨迹或某几个点的精确位置；双自由度的连杆机构加凸轮机构可以实现直线段轨迹和回程曲线轨迹，但较难保证在整个直线段内输出姿态的平动；曲柄滑块和凸轮连杆复合运动虽然可以实现，但整套机构所需空间太大，并且不适合高速运动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现轨迹和刚体导引的机构，它可以实现推程为平动的直线轨迹输出运动，回程为变姿态的弧形轨迹输出运动。

为解决上述技术问题，本发明实现轨迹和刚体导引的机构的技术解决方案为：

包括一个四杆机构1-2-3，第一连杆1的一端和第二连杆2的一端铰接固定，另一端分别与第一连架杆3的两端铰接；第一连杆1的长度等于第二连杆2的长度；第二连杆2的固定端设置有驱动轴，驱动轴能够带动四杆机构1-2-3平动旋转；第一连杆1的运动端固定设置有第二齿轮5，第二齿轮5随第一连杆1一起平动；第二齿轮5与第一齿轮4相互啮合，第一齿轮4与第二齿轮5的传动比为1：1；第二齿轮5的旋转能够带动与之啮合的第一齿轮4实现自转；第一齿轮4空套在第二连杆2的运动端所在轴IV上；第一齿轮4与第三连杆6固定连接；第一齿轮4能够带动第三连杆6的运动端VI沿一条直线轨迹运动；第二齿轮5与凸轮14固定连接；凸轮14的外缘与摆杆11的运动端啮合，摆杆11能够绕其固定端摆动；凸轮14包括静止段和运动段，当摆杆11处于凸轮14的运动段时，凸轮14能够带动摆杆11运动；当摆杆11处于凸轮14的静止段时，凸轮14转动，摆杆11不动；摆杆11与扇形齿轮12固定连接，扇形齿轮12与第三齿轮13相啮合；第三齿轮13空套在第二连杆2的运动端所在轴IV上；第三连杆6的运动端VI和第三齿轮13共同连接运动输出机构。

进一步，所述第三连杆6的固定端处于四杆机构1-2-3的运动端IV所在轴线上；第三连杆6与竖直方向的夹角α1等于第二连杆2与竖直方向的夹角α2；第三连杆6的长度等于第二连杆2的长度。

所述第三齿轮13与第四连杆7的一端固定连接，所述第三连杆6的运动端VI与第二连架杆9的一端铰接；第四连杆7的长度等于第二连架杆9的长度；第四连杆7的运动端和第二连架杆9的另一端分别与第三连架杆8的两端铰接；第三连架杆8的长度等于第三连杆6的长度；第三连杆6、第四连杆7、第二连架杆9、第三连架杆8组成一个五杆机构6-7-8-9；第一齿轮4通过第三连杆6为五杆机构提供第一输入运动，第三齿轮13通过第四连杆7为五杆机构提供第二输入运动；所述推板10固定连接于第二连架杆9上。

所述驱动轴I带动四杆机构1-2-3平动旋转，带动与第一连杆1固定连接的第二齿轮5及第一齿轮4公转；第二齿轮5自转，带动第一齿轮4随之自转；第二齿轮5自转的同时，带动与之固定连接的凸轮14自转；当摆杆11处于凸轮14的静止段时，凸轮14转动，摆杆11不动，此时扇形齿轮12和第三齿轮13保持不动，第四连杆7和第二连架杆9上的任意点保持平动；第一齿轮4带动第三连杆6运动，使推板10实现推程为平动的直线轨迹输出运动15；当摆杆11处于凸轮14的运动段时，凸轮14带动摆杆11摆动，同时带动扇形齿轮12摆动；扇形齿轮12的摆动带动第三齿轮13旋转；第三齿轮13带动第四连杆7旋转，使第二连架杆9上的推板10围绕四杆机构1-2-3的运动端IV转动，形成弧形轨迹；与此同时，第一齿轮4带动第三连杆6运动，使推板10实现回程为变姿态的弧形轨迹输出运动16。

或者，所述第三齿轮13固定连接第一带轮17，第三齿轮13与第一带轮17同步旋转；第一带轮17通过传动带连接第二带轮18；第二带轮18空套在第三连杆6的运动端VI所在轴上；第二带轮18的输出轴与推板10固定连接。

所述驱动轴I带动四杆机构1-2-3平动旋转，带动与第一连杆1固定连接的第二齿轮5及第一齿轮4公转；第二齿轮5自转，带动第一齿轮4随之自转；第二齿轮5自转的同时，带动与之固定连接的凸轮14自转；当摆杆11处于凸轮14的静止段时，凸轮14转动，摆杆11不动，此时扇形齿轮12和第三齿轮13保持不动，与第三齿轮13固定连接的第一带轮17保持平动；第一齿轮4带动第三连杆6运动，通过第二带轮18使推板10实现推程为平动的直线轨迹输出运动15；当摆杆11处于凸轮14的运动段时，凸轮14带动摆杆11摆动，同时带动扇形齿轮12摆动；扇形齿轮12的摆动带动第三齿轮13旋转；第三齿轮13带动第一带轮17旋转，第一带轮17带动第二带轮18同步旋转；第二带轮18带动推板10围绕四杆机构1-2-3的运动端IV转动，形成弧形轨迹；与此同时，第一齿轮4带动第三连杆6运动，通过第二带轮18使推板10实现回程为变姿态的弧形轨迹输出运动16。

进一步，所述第一连架杆3上增设有辅助连杆，辅助连杆的另一端铰接固定；辅助连杆的长度等于第二连杆2的长度。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明通过齿轮-凸轮机构的复合作用，使得一套两自由度的连杆机构能够实现推程为平动的直线轨迹输出运动，回程为变姿态的弧形轨迹输出运动。

本发明的最大特点为各运动副为整转副，能够保证整个机构适合在高速状态下运行。

本发明用于轻工机械的自动生产线上对产品执行某种操作，并且能够满足严格的相位关系。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实现轨迹和刚体导引的机构的第一实施例的机构简图；

图2是本发明的第二实施例的机构简图。

图中附图标记说明：

1为第一连杆， 2为第二连杆，

3为第一连架杆， 4为第一齿轮，

5为第二齿轮， 6为第三连杆，

7为第四连杆， 8为第三连架杆，

9为第二连架杆， 10为推板，

11为摆杆， 12为扇形齿轮，

13为第三齿轮， 14为凸轮，

15为直线轨迹输出运动， 16为弧形轨迹输出运动，

17为第一带轮， 18为第二带轮。

具体实施方式

如图1所示，本发明实现轨迹和刚体导引的机构，包括一个四杆机构1-2-3，第一连杆1的一端和第二连杆2的一端铰接固定，另一端分别与第一连架杆3的两端铰接，形成两个固定轴II、I和两个运动轴III、IV；第一连杆1的长度L1等于第二连杆2的长度L2；

为了保证四杆机构1-2-3的平行四边形过奇异点的稳定性，可以在第一连架杆3上增设有辅助连杆，辅助连杆的另一端铰接固定；辅助连杆的长度等于第二连杆2的长度L2；

两个固定轴II、I为整转副；第二连杆2的固定轴I为驱动轴，驱动轴I能够带动四杆机构1-2-3平动旋转（公转）；

第一连杆1的运动端固定设置有第二齿轮5，第二齿轮5随第一连杆1一起平动；第二齿轮5与第一齿轮4相互啮合，第一齿轮4与第二齿轮5的传动比为1：1；

第一齿轮4空套在第二连杆2的运动轴IV上；第一齿轮4只随四杆机构1-2-3作公转，第一齿轮4的自转与轴IV无关；

第一齿轮4与第三连杆6固定连接；

第三连杆6的固定端处于运动轴IV所在轴线上；第三连杆6与竖直方向的夹角α1等于第二连杆2与竖直方向的夹角α2，并且第三连杆6的长度L6等于第二连杆2的长度L2；第一齿轮4能够带动第三连杆6的运动端VI沿一条直线轨迹运动，运动端VI的运动轨迹的长度等于2×(L2+L6)；

第二齿轮5与第一连架杆3活动连接，第二齿轮5能够相对于第一连架杆3旋转（自转），第二齿轮5的旋转带动与之啮合的第一齿轮4实现自转；

第二齿轮5与凸轮14固定连接；凸轮14的外缘与摆杆11的一端啮合，摆杆11的另一端固定设置于第五轴V上；摆杆11能够绕第五轴V摆动；凸轮14包括静止段和运动段（运动段分为升程段和回程段）；当摆杆11处于凸轮14的运动段时，凸轮14能够带动摆杆11运动；当摆杆11处于凸轮14的静止段时，凸轮14转动，摆杆11不动；

摆杆11与扇形齿轮12固定连接，扇形齿轮12与第三齿轮13相啮合；第三齿轮13空套在第二连杆2的运动端所在轴IV上；第三齿轮13只随四杆机构1-2-3作公转，第三齿轮13的自转与轴IV无关；

第三连杆6的运动端VI和第三齿轮13共同连接运动输出机构，即推板10。

本发明的第三连杆6的运动端VI和第三齿轮13至少可以通过两种结构连接运动输出机构；

如图1所示为本发明的第一实施例，第三齿轮13与第四连杆7的一端固定连接；第四连杆7的固定端处于运动轴IV所在轴线上；

第三连杆6的运动端VI与第二连架杆9的一端铰接；第四连杆7的长度等于第二连架杆9的长度；

第四连杆7的运动端和第二连架杆9的另一端分别与第三连架杆8的两端铰接；第三连架杆8的长度等于第三连杆6的长度；

第三连杆6、第四连杆7、第二连架杆9、第三连架杆8组成一个五杆机构6-7-8-9；其中，轴IV所在轴线为五杆机构的固定端，VI、VII、VIII为五杆机构的运动端；

说明：标准的五杆机构有两个固定端，本发明的五杆机构中两个固定端合二为一，即两个固定端之间所形成的机架杆的长度为0。

五杆机构6-7-8-9有两个输入运动，第一齿轮4通过第三连杆6为五杆机构提供第一输入运动（连续运动），第三齿轮13通过第四连杆7为五杆机构提供第二输入运动（间歇运动）；

第二连架杆9作为五杆机构的输出构件，第二连架杆9上（可以是任意点）固定连接有一推板10。

本发明的工作原理如下：

驱动轴I带动四杆机构1-2-3平动旋转，带动与第一连杆1固定连接的第二齿轮5及第一齿轮4公转；第一连杆1的转动带动第二齿轮5自转，带动第一齿轮4随之自转；第二齿轮5自转的同时，带动与之固定连接的凸轮14自转；

当摆杆11处于凸轮14的静止段时，凸轮14转动，摆杆11不动，此时扇形齿轮12和第三齿轮13保持不动，第四连杆7和第二连架杆9上的任意点保持平动；第一齿轮4带动第三连杆6运动，使推板10实现推程为平动的直线轨迹输出运动15；

当摆杆11处于凸轮14的运动段时，凸轮14带动摆杆11摆动，同时带动扇形齿轮12摆动；扇形齿轮12的摆动带动第三齿轮13旋转；第三齿轮13带动第四连杆7旋转，使第二连架杆9上的推板10围绕四杆机构1-2-3的运动端IV转动，形成弧形轨迹；与此同时，第一齿轮4带动第三连杆6运动，使推板10实现回程为变姿态的弧形轨迹输出运动16。

如图2所示为本发明的第二实施例，第三齿轮13固定连接第一带轮17，第三齿轮13与第一带轮17同步旋转；第一带轮17通过传动带连接第二带轮18；

第二带轮18空套在第三连杆6的运动端VI所在轴上；第二带轮18只随第三连杆6平动，第二带轮18的自转与运动轴VI无关；

第二带轮18的输出轴与推板10固定连接。

第二实施例的工作原理如下：

当摆杆11处于凸轮14的静止段时，凸轮14转动，摆杆11不动，此时扇形齿轮12和第三齿轮13保持不动，与第三齿轮13固定连接的第一带轮17保持平动；第一齿轮4带动第三连杆6运动，通过第二带轮18使推板10实现推程为平动的直线轨迹输出运动15；

当摆杆11处于凸轮14的运动段时，凸轮14带动摆杆11摆动，同时带动扇形齿轮12摆动；扇形齿轮12的摆动带动第三齿轮13旋转；第三齿轮13带动第一带轮17旋转，第一带轮17带动第二带轮18同步旋转；第二带轮18带动推板10围绕四杆机构1-2-3的运动端IV转动，形成弧形轨迹；与此同时，第一齿轮4带动第三连杆6运动，通过第二带轮18使推板10实现回程为变姿态的弧形轨迹输出运动16。

Claims

1.一种实现轨迹和刚体导引的机构，其特征在于：包括一个四杆机构（1-2-3），第一连杆（1）的一端和第二连杆（2）的一端铰接固定，另一端分别与第一连架杆（3）的两端铰接；第一连杆（1）的长度等于第二连杆（2）的长度；第二连杆（2）的固定端设置有驱动轴，驱动轴能够带动四杆机构（1-2-3）平动旋转；

第一连杆（1）的运动端固定设置有第二齿轮（5），第二齿轮（5）随第一连杆（1）一起平动；第二齿轮（5）与第一齿轮（4）相互啮合，第一齿轮（4）与第二齿轮（5）的传动比为1：1；第二齿轮（5）的旋转能够带动与之啮合的第一齿轮（4）实现自转；

第一齿轮（4）空套在第二连杆（2）的运动端所在轴（IV）上；第一齿轮（4）与第三连杆（6）固定连接；第一齿轮（4）能够带动第三连杆（6）的运动端（VI）沿一条直线轨迹运动；

第二齿轮（5）与凸轮（14）固定连接；凸轮（14）的外缘与摆杆（11）的运动端啮合，摆杆（11）能够绕其固定端摆动；

摆杆（11）与扇形齿轮（12）固定连接，扇形齿轮（12）与第三齿轮（13）相啮合；第三齿轮（13）空套在第二连杆（2）的运动端所在轴（IV）上；

第三连杆（6）的运动端（VI）和第三齿轮（13）共同连接运动输出机构。

2.根据权利要求1所述的实现轨迹和刚体导引的机构，其特征在于：所述第三连杆（6）的固定端处于四杆机构（1-2-3）的运动端（IV）所在轴线上；第三连杆（6）与竖直方向的夹角α1等于第二连杆（2）与竖直方向的夹角α2；第三连杆6的长度等于第二连杆（2）的长度。

3.根据权利要求1或2所述的实现轨迹和刚体导引的机构，其特征在于：所述第三齿轮（13）与第四连杆（7）的一端固定连接，所述第三连杆（6）的运动端（VI）与第二连架杆（9）的一端铰接；第四连杆（7）的长度等于第二连架杆（9）的长度；

第四连杆（7）的运动端和第二连架杆（9）的另一端分别与第三连架杆（8）的两端铰接；第三连架杆（8）的长度等于第三连杆（6）的长度；

第三连杆（6）、第四连杆（7）、第二连架杆（9）、第三连架杆（8）组成一个五杆机构（6-7-8-9）；第一齿轮（4）通过第三连杆（6）为五杆机构提供第一输入运动，第三齿轮（13）通过第四连杆（7）为五杆机构提供第二输入运动；

所述推板（10）固定连接于第二连架杆（9）上。

4.根据权利要求3所述的实现轨迹和刚体导引的机构，其特征在于：所述驱动轴带动四杆机构（1-2-3）平动旋转，带动与第一连杆（1）固定连接的第二齿轮（5）及第一齿轮（4）公转；第二齿轮（5）自转，带动第一齿轮（4）随之自转；第二齿轮（5）自转的同时，带动与之固定连接的凸轮（14）自转；

当摆杆（11）处于凸轮（14）的静止段时，凸轮（14）转动，摆杆（11）不动，此时扇形齿轮（12）和第三齿轮（13）保持不动，第四连杆7和第二连架杆（9）上的任意点保持平动；第一齿轮（4）带动第三连杆（6）运动，使推板（10）实现推程为平动的直线轨迹输出运动（15）；

当摆杆（11）处于凸轮（14）的运动段时，凸轮（14）带动摆杆（11）摆动，同时带动扇形齿轮（12）摆动；扇形齿轮（12）的摆动带动第三齿轮（13）旋转；第三齿轮（13）带动第四连杆（7）旋转，使第二连架杆（9）上的推板（10）围绕四杆机构（1-2-3）的运动端（IV）转动，形成弧形轨迹；与此同时，第一齿轮（4）带动第三连杆（6）运动，使推板（10）实现回程为变姿态的弧形轨迹输出运动（16）。

5.根据权利要求1或2所述的实现轨迹和刚体导引的机构，其特征在于：所述第三齿轮（13）固定连接第一带轮（17），第三齿轮（13）与第一带轮（17）同步旋转；第一带轮（17）通过传动带连接第二带轮（18）；第二带轮（18）空套在第三连杆（6）的运动端（VI）所在轴上；第二带轮（18）的输出轴与推板（10）固定连接。

6.根据权利要求5所述的实现轨迹和刚体导引的机构，其特征在于：所述驱动轴带动四杆机构（1-2-3）平动旋转，带动与第一连杆（1）固定连接的第二齿轮（5）及第一齿轮4公转；第二齿轮（5）自转，带动第一齿轮（4）随之自转；第二齿轮（5）自转的同时，带动与之固定连接的凸轮（14）自转；

当摆杆（11）处于凸轮（14）的静止段时，凸轮（14）转动，摆杆（11）不动，此时扇形齿轮（12）和第三齿轮（13）保持不动，与第三齿轮13固定连接的第一带轮（17）保持平动；第一齿轮（4）带动第三连杆（6）运动，通过第二带轮（18）使推板（10）实现推程为平动的直线轨迹输出运动（15）；

当摆杆（11）处于凸轮（14）的运动段时，凸轮（14）带动摆杆（11）摆动，同时带动扇形齿轮（12）摆动；扇形齿轮（12）的摆动带动第三齿轮（13）旋转；第三齿轮（13）带动第一带轮（17）旋转，第一带轮（17）带动第二带轮（18）同步旋转；第二带轮（18）带动推板（10）围绕四杆机构（1-2-3）的运动端（IV）转动，形成弧形轨迹；与此同时，第一齿轮（4）带动第三连杆（6）运动，通过第二带轮（18）使推板（10）实现回程为变姿态的弧形轨迹输出运动（16）。

7.根据权利要求1所述的实现轨迹和刚体导引的机构，其特征在于：所述第一连架杆（3）上增设有辅助连杆，辅助连杆的另一端铰接固定；辅助连杆的长度等于第二连杆（2）的长度。