CN104455268A - 一种具有高刚度和大比值行程放大能力的机构 - Google Patents

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    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/44—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions

Abstract

本发明涉及一种具有较高刚度和大比值行程放大能力的机构。本发明将连杆机构可实现 n 倍行程放大的特性与塔式结构稳定性好的优点相结合，在保留连杆机构可实现大比值行程放大能力优点的同时，也克服了传统连杆机构被放大端刚度较低的难题。

Description

一种具有高刚度和大比值行程放大能力的机构
 
技术领域
本发明涉及机械领域，特别涉及一种具有高刚度和大比值行程放大能力的机构。
 
背景技术
如图1所示，传统的行程放大机构往往是通过各级连杆同一平面两侧交替布置，各级连杆之间通过转动副相连接，从而实现输出点相对于输入点的n倍行程放大，放大倍数与输入点和输出点的相对位置以及各级连杆长度有关。此种实现行程放大的方法在实现输出点相对于输入点行程放大的同时，存在机构整体纸面刚度较低的问题，而且输出点相对于输入点的放大倍数越大，机构整体纸面刚度越低。
 
发明内容
本发明解决的问题是现有的行程方法机构在放大倍数较大时，机构整体刚度会比较低；为解决所述问题，本发明提供一种具有高刚度和大比值行程放大能力的机构。
本发明提供的具有高刚度和大比值行程放大能力的机构，至少包括三级连杆，每级连杆有两根，同级连杆之间在中点通过转动副连接；相邻级连杆在端点处两两通过转动副连接，形成剖面面积渐减的塔式交替布置结构；各转动副轴线相互平行，同级连杆之间的转动副轴线在同一平面内，同级连杆夹角被所述平面平分。
进一步，包括四级连杆，分别为：第一N级连杆、第二N级连杆、第一N+1级连杆、第二N+1级连杆、第一N+2级连杆、第二N+2级连杆、第一N+3级连杆、第二N+3级连杆；第一N级连杆与第二N级连杆之间通过第一转动副连接；第一N+1级连杆与第二N+1级连杆之间通过第二转动副连接；第一N+2级连杆与第二N+2级连杆之间通过第三转动副连接、第一N+3级连杆与第二N+3级连杆之间通过第四转动副连接。
进一步，所述第一N级连杆、第二N级连杆的连接点为固定点，所述第二N级连杆和第一N+1级连杆的连接点为关节点，所述第一N+1级连杆与第二N+1级连杆的连接点为输入点，所述第一N+3级连杆与第二N+3级连杆的连接点为输出点；所述第一N级连杆、第二N级连杆长度相同，所述第一N+1级连杆与第二N+1级连杆的长度相同，所述第一N+2级连杆、第二N+2级连杆长度相同，所述第一N+3级连杆与第二N+3级连杆的长度相同；所述第一N级连杆、第一N+1级连杆、第一N+2级连杆、第一N+3级连杆与其同级连杆之间的轴向距离依次递减。
进一步，所述输出点相对于输入点实现n倍行程的放大，
n= s 13/ s 12=（l 11+l 12+l 13+l 14）/（l 11+l 42），
其中，s 12=（l 11+l 42）[cos（α+Δα）- cos（α）]，
s 13=（l 11+l 12+l 13+l 14）[cos（α+Δα）- cos（α）]，l 11、l 12、l 13、l 14分别为N级连杆、N+1级连杆、N+2级连杆、N+3级连杆的长度，l 42为关节点与输入点之间的距离，α为各级连杆与连杆机构中心线初始角度为α，Δα为由于输入点运动而产生的角度变化。
进一步，所述机构两侧为沿固定点对称的的塔式交替布置结构，实现高刚度和大比值行程双向放大。
本发明的优点在于：通过各级连杆的塔式交替布置，使本发明整体呈三角形立体结构，稳定性强；另外，同级连杆之间以转动副相连接，在实现行程放大能力的同时，增强了本发明的内部支撑，从而使本发明在实现大比值行程放大能力的同时也具有了较大的刚度。
附图说明
图1为传统行程放大机构的结构示意图；
图2为本发明所提供的具有高刚度和大比值行程放大能力的机构的正视图；
图3为本发明所提供的具有高刚度和大比值行程放大能力的机构的俯视图；
图4为本发明所提供的具有高刚度和大比值行程双向放大能力的机构的示意图；
图5为本发明所提供的具有高刚度和大比值行程放大能力的机构的三维结构示意图。
实施方式
下面结合附图和实施例对发明的技术方案进行详细说明：
图2为本发明具有高刚度和大比值行程放大能力的机构的正视图；图3为本发明所提供的具有高刚度和大比值行程放大能力的机构的俯视图；图5是本发明所提供的具有高刚度和大比值行程放大能力的机构的三维结构示意图。
结合参考图2、图3和图5，该高刚度行程放大机构包括：第一N级连杆11、第二N级连杆31、第一N+1级连杆12、第二N+1级连杆32、第一N+2级连杆13、第二N+2级连杆33、第一N+3级连杆14、第二N+3级连杆34；第一N级连杆11与第二N级连杆31之间通过第一转动副连接；第一N+1级连杆12与第二N+1级连杆32之间通过第二转动副连接；第一N+2级连杆13与第二N+2级连杆33之间通过第三转动副连接、第一N+3级连杆14与第二N+3级连杆34之间通过第四转动副连接，形成剖面面积渐增的塔式交替布置结构。所述各转动副轴线在同一平面内，同级连杆夹角被所述平面平分。
所述第一N级连杆11、第二N级连杆31的连接点为固定点21，所述第二N级连杆31和第一N+1级连杆12的连接点为关节点24，所述第一N+1级连杆12与第二N+1级连杆32的连接点为输入点22，所述第一N+3级连杆14与第二N+3级连杆34的连接点为输出点；各连杆均可以绕对应的连接点自由转动；所述第一N级连杆11、第二N级连杆31长度相同，所述第一N+1级连杆12与第二N+1级连杆32的长度相同，所述第一N+2级连杆13、第二N+2级连杆33长度相同，所述第一N+3级连杆14与第二N+3级连杆34的长度相同；所述第一N级连杆11、第一N+1级连杆12、第一N+2级连杆13、所述第一N+3级连杆14与其同级连杆的距离递减。
假设N级连杆11、N+1级连杆12、N+2级连杆13、N+3级连杆14长度分别为l 11、l 12、l 13、l 14，关节点24与输入点22之间的距离为l 42，各级连杆与连杆机构中心线初始角度为α，由于输入点22运动而产生的角度变化为Δα，则输入点22的行程可表示为
s 12=（l 11+l 42）[cos（α+Δα）- cos α]
输出点23的行程可表示为
s 13=（l 11+l 12+l 13+l 14）[cos（α+Δα）- cos α]
由此可得输出点23相对于输入点22的行程放大倍数为
n= s 13/ s 12=（l 11+l 12+l 13+l 14）/（l 11+l 42）
由此可见，输出点23相对于输入点22的行程放大倍数n只与输入点22和输出点23的相对位置以及各级连杆的长度有关。
由图3可以看出，各级连杆整体呈“塔式”布局，连杆机构整体稳定性好，刚度大大增强。
在本发明的其他实施例中，所提供的放大机构还可以是两侧为沿固定点对称的的塔式交替布置结构，从而实现高刚度和大比值行程双向放大。
图4为本发明所提供的具有高刚度和大比值行程双向放大能力的机构的结构示意图，如图4所示，所述结构左右对称，具有双向行程放大能力。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有高刚度和大比值行程放大能力的机构，其特征在于，至少包括三级连杆，每级连杆有两根，同级连杆之间在中点通过转动副连接；相邻级连杆在端点处两两通过转动副连接，形成剖面面积渐减的塔式交替布置结构；各转动副轴线相互平行，同级连杆之间的转动副轴线在同一平面内，同级连杆夹角被所述平面平分。
2.依据权力要求1所述的具有高刚度和大比值行程放大能力的机构，其特征在于，包括四级连杆，分别为：第一N级连杆（11）、第二N级连杆（31）、第一N+1级连杆（12）、第二N+1级连杆（32）、第一N+2级连杆（13）、第二N+2级连杆（33）、第一N+3级连杆（14）、第二N+3级连杆（34）；第一N级连杆（11）与第二N级连杆（31）之间通过第一转动副连接；第一N+1级连杆（12）与第二N+1级连杆（32）之间通过第二转动副连接；第一N+2级连杆（13）与第二N+2级连杆（33）之间通过第三转动副连接、第一N+3级连杆（14）与第二N+3级连杆（34）之间通过第四转动副连接                                               。
3.依据权利要求2所述的具有高刚度和大比值行程放大能力的机构，其特征在于，所述第一N级连杆（11）、第二N级连杆（31）的连接点为固定点（21），所述第二N级连杆（31）和第一N+1级连杆（12）的连接点为关节点（24），所述第一N+1级连杆（12）与第二N+1级连杆（32）的连接点为输入点（22），所述第一N+3级连杆（14）与第二N+3级连杆（34）的连接点为输出点；各连杆可分别绕连接点转动；所述第一N级连杆（11）、第二N级连杆（31）长度相同，所述第一N+1级连杆（12）与第二N+1级连杆（32）的长度相同，所述第一N+2级连杆（13）、第二N+2级连杆（33）长度相同，所述第一N+3级连杆（14）与第二N+3级连杆（34）的长度相同；所述第一N级连杆（11）、第一N+1级连杆（12）、第一N+2级连杆（13）、所述第一N+3级连杆（14）与其同级连杆之间的轴向距离依次递减。
4.依据权利要求2所述的具有高刚度和大比值行程放大能力的机构，其特征在于，所述输出点（23）相对于输入点（22）实现n倍行程的放大，
n= s 13/ s 12=（l 11+l 12+l 13+l 14）/（l 11+l 42），
其中，s 12=（l 11+l 42）[cos（α+Δα）- cos（α）]，
s 13=（l 11+l 12+l 13+l 14）[cos（α+Δα）- cos（α）]，l 11、l 12、l 13、l 14分别为N级连杆（11）、N+1级连杆（12）、N+2级连杆（13）、N+3级连杆（14）的长度，l 42为关节点（24）与输入点（22）之间的距离，α为各级连杆与连杆机构中心线初始角度为α，Δα为由于输入点（22）运动而产生的角度变化。
5.依据权利要求2所述的具有高刚度和大比值行程放大能力的机构，其特征在于，所述机构两侧为沿固定点（21）对称的塔式交替布置结构，实现高刚度和大比值行程双向放大。
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