CN104633029A - 一种四连杆弹性切换机构 - Google Patents

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Abstract

本发明一种四连杆弹性切换机构，属于光机结构技术领域，解决现有技术传动效率低、切换速度慢的技术问题；本发明包括曲柄、连杆、摇杆、机架和弹性铰链销；曲柄与连杆为铰链连接，连杆与摇杆通过弹性铰链销连接，摇杆与机架铰链连接，机架与曲柄铰链连接。本发明利用摇杆精确限位、曲柄微量过冲和弹性铰链销实现了被切换对象的精确定位和安全锁紧，具有结构简单、原理可靠、机械冲击小的优点；且该机构结构紧凑，通过被切换对象与该机构的合理布局与巧妙融合，结构空间利用率高。

Description

一种四连杆弹性切换机构
技术领域
本发明属于光机结构技术领域，具体涉及一种四连杆弹性切换机构。
背景技术
镜组切换是光学变倍的主要实现方式之一，为了确保光学系统成像质量和工作效率，光学变倍对镜组切换机构的位置精度、自锁能力和反应敏捷程度都有一定的要求。虽然平推法和旋转法都能实现镜组的切换，但是平推法存在结构空间大、限位锁紧机构复杂等缺点，旋转法是目前实现镜组切换的主要技术途径，为了实现位置自锁功能，旋转法需要与蜗轮蜗杆驱动同时使用来实现位置自锁，通过提高蜗轮蜗杆加工精度和齿间消隙，虽然可以解决光学变倍对镜组切换机构的位置精度和自锁两方面的需求，但是传动效率低、切换速度慢。
发明内容
本发明的目的是提供一种四连杆弹性切换机构，解决现有技术的切换机构占据空间大、限位锁紧机构复杂、传动效率低、切换速度慢的技术问题。
本发明一种四连杆弹性切换机构包括曲柄、曲柄限位B1、曲柄限位B2、连杆、摇杆、机架、摇杆限位A1、摇杆限位A2、弹性铰链销和驱动电机；
曲柄一端与机架为铰链连接，曲柄的另一端与连杆的一端为铰链连接，连杆的另一端与摇杆的一端通过弹性铰链销连接，摇杆的另一端与机架铰链连接，驱动电机固定于机架上，驱动电机的输出轴与曲柄紧固连接；摇杆限位A1、摇杆限位A2、曲柄限位B1和曲柄限位B2分别固定连接在机架上。
所述弹性铰链销一端固定连接在摇杆上，另一端与连杆的铰链孔间隙配合。
本发明的有益技术效果：本发明利用四杆机构的曲柄在两个死点位置的微量过冲附加弹性张力来实现位置锁紧，通过在两个极位附近对摇杆设置机械限位实现被切换对象的精确定位，借助连杆铰链孔的摩擦阻尼和附加弹性张力实现被切换对象在两个极位的柔性接触，从而达到降低限位过程中的机械冲击的目的；利用摇杆精确限位、曲柄微量过冲和弹性铰链销实现了被切换对象的精确定位和安全锁紧，具有结构紧凑、简单，原理可靠、机械冲击小的优点，且结构空间利用率高。
附图说明
图1为本发明一种四连杆弹性切换机构的结构图；
图2为本发明一种四连杆弹性切换机构的另一个结构图；
图3是本发明一种四连杆弹性切换机构的结构原理图图；
图4是本发明一种四连杆弹性切换机构的自锁原理图；
图5是本发明一种四连杆弹性切换机构的弹性铰链销的结构图；
图6是本发明一种四连杆弹性切换机构的弹性预紧原理示意图；
其中，1、曲柄，1001、曲柄限位B1，1002、曲柄限位B2，2、连杆,3、摇杆,3001、摇杆限位A1，3002、摇杆限位A2，4、机架,5、弹性铰链销，6、驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
参见附图1和附图2，本发明一种四连杆弹性切换机构包括曲柄1、曲柄限位B11001、曲柄限位B21002、连杆2、摇杆3、机架4、摇杆限位A13001、摇杆限位A23002、弹性铰链销5和驱动电机6；
曲柄1一端与机架4为铰链连接，曲柄1的另一端与连杆2的一端为铰链连接，连杆2的另一端与摇杆3的一端通过弹性铰链销连接，摇杆3的另一端与机架4铰链连接，驱动电机6固定于机架4，驱动电机6的输出轴与曲柄1紧固连接；摇杆限位A13001、摇杆限位A23002、曲柄限位B11001和曲柄限位B21002固定于机架4。
所述弹性铰链销5一端固定连接在摇杆3上，另一端与连杆2的铰链孔间隙配合。
本机构存在两个死点位置S1和S2,摇杆限位A13001先于S1、摇杆限位A23002先于S2和曲柄限位B11001滞后S1、曲柄限位B21002滞后S2。借助本机构在死点位置的微量过冲和弹性铰链销5所产生的弹性力可实现机构自锁。
参见附图3、附图4、附图5和附图6，本发明的工作原理：本发明的曲柄1长度为L1、连杆2长度为L2、摇杆3长度为L3和机架4长度为L4，本机构存在S1和S2两个死点位置，曲柄1为主动件，当曲柄1通过连杆2驱动摇杆3达到两个死点位置时，摇杆3的运动会受到限制，若曲柄1继续转动摇杆3则返回。
连杆2与摇杆3之间设置一弹性环节弹性铰链销5，在先于本机构的两个死点S1和S2之前对摇杆3分别设置摇杆限位A1和摇杆限位A2，同时在滞后本机构的两个死点S1和S2之后，对主动件曲柄1设置曲柄限位B1和曲柄限位B2。摇杆3到达摇杆限位A1后，曲柄1可做微量过冲而达到曲柄限位B1；同理，当摇杆3到达摇杆限位A2后，曲柄1可做微量过冲到曲柄B2；此时，曲柄1和连杆2以及相应的铰链点连线为钝角三角形ΔOP1P2(或)。当摇杆3处于摇杆限位A1、曲柄1处于曲柄限位B1状态下，连杆2处于受压缩状态，连杆2作用于摇杆3的作用力FC使摇杆3处于自然锁紧状态，同时连杆2作用于曲柄1上的作用力F'C使的曲柄1处于自然锁紧状态；当摇杆3处于摇杆限位A2、曲柄1处于曲柄限位B2状态下，连杆2处于受拉伸状态，连杆2作用于摇杆3的作用力FT使摇杆3处于自然锁紧状态，同时连杆2作用于曲柄1上的作用力F'T使的曲柄1处于自然锁紧状态。
限位过程中摇杆3超前于机构死点S1(或S2)，曲柄1的限位落后于死点S1(或S2)并产生一定的过冲量，从而会引起连杆2所需的理论长度和实际长L2的差值，该差值即为铰链中心错位量ΔX,从而在摇杆3和连杆2产生相应的弹性预紧力Fc和-Fc(Fc＝K·ΔX)。弹性铰链销5可以合理控制自锁时的弹性锁紧力。
在锁紧状态下，对于曲柄1，其弹性锁紧力F'C或F'T的作用方向与曲柄1的旋转中心O的垂直距离比较小，曲柄1的锁紧力矩比较小，因此，给曲柄1施加一小的启动力矩即可实现摇杆3从一个缩紧状态下向另一个位置的快速切换。
为了实现摇杆3的精确定位，其摇杆限位必须是刚性的，其限位过程中的冲击是另一需要解决的问题。由于摇杆3先达到限位状态，限位接触力所产生的冲击能量会通过弹性铰链销5传递至连杆2，另一部分会消耗于柔性铰链销与连杆2上铰链消孔之间的界面摩擦，因此，摇杆3限位过程中只会产生柔性冲击。对被驱动部件的安全以及定位精度都有较大益处。

Claims (2)

1.一种四连杆弹性切换机构,其特征在于，包括曲柄(1)、连杆(2)、摇杆(3)、机架(4)、摇杆限位A1(3001)、摇杆限位A2(3002)、曲柄限位B1(1001)、曲柄限位B2(1002)、弹性铰链销(5)和驱动电机(6)；
曲柄(1)一端与机架(4)为铰链连接，曲柄(1)的另一端与连杆(2)的一端为铰链连接，连杆(2)的另一端与摇杆(3)的一端通过弹性铰链销连接，摇杆(3)的另一端与机架(4)铰链连接，驱动电机(6)固定于机架(4)，驱动电机(6)的输出轴与曲柄(1)紧固连接；摇杆限位A1(3001)、摇杆限位A2(3002)、曲柄限位B1(1001)和曲柄限位B2(1002)固定于机架(4)。
2.根据权利要求1所述的一种四连杆弹性切换机构，其特征在于，所述弹性铰链销(5)一端固定连接在摇杆(3)上，另一端与连杆(2)的铰链孔间隙配合。
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