CN107598603B - 一种可变圆弧机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变圆弧机构，包括定滑片、动滑片、动可变圆弧支撑杆、刚性弧片、移动副导向杆、移动副滑块、驱动推杆、驱动传动杆。该机构分为两个功能部分，分别为执行部分和驱动部分。该机构主要通过采用定、动组合式滑片和滑槽相配合驱动终端执行部件的方式，来改变圆弧的弧度和半径，能够在移动副滑块移动过程中，完成由刚性弧片所组成圆弧的可变径调节，实现了以外部为实体，而心部为中空的可变圆弧机构的研发，达到了对圆弧可变控制的目的。本发明机构整体体积小、结构简单、易于控制、可靠性高、圆弧精度高、变径范围大、适用范围广、能耗成本低。

Description

一种可变圆弧机构

技术领域

本发明涉及农业机械的技术领域，尤其是指一种可变圆弧机构。

背景技术

目前，国内外在外部为实体，而心部为中空的可变圆弧机构的研究尚属空白。大多数研究和发明仍然停留在外部为执行部件，而心部为实体机械的层面上，这使得类似轴类和弧形类等外表面需要进行加工、仿形、夹持等工作无法有效、高效进行。因此急需研制出内部为中空而外部为实体的新型可变圆弧机构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、适应性广、易于控制、可靠性高的可变圆弧机构，主要针对轴类和弧形类等外表面需要进行加工、仿形、夹持等工作作业，实现了以外部为实体，而心部为中空的可变圆弧机构的研发，达到了对圆弧可变控制的目的，可应用于多种不同的工作场合。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种可变圆弧机构，包括执行部分和驱动部分，所述执行部分包括定滑片、动滑片、动可变圆弧支撑杆、刚性弧片，所述驱动部分包括驱动传动杆、移动副导向杆、驱动推杆、移动副滑块；所述定滑片设计成钳口结构，其左右两部分镜像对称，每个部分上均形成有沿各自形状轨迹分布的第一滑槽，且第一滑槽长度从钳口开口处往后逐渐减小，所述动滑片有两片呈镜像对称地叠置在定滑片的左右两部分上配合使用，每片动滑片上均形成有沿各自形状轨迹分布的第二滑槽，且所述动滑片的一端形成有一个定位滑动销轴，嵌插于定滑片相应部分上最长的第一滑槽内自由移动，即该定位滑动销轴与最长的第一滑槽相对应，其另一端形成有第一定位孔，且该第一定位孔与最短的第一滑槽相对应，所述动滑片上的第二滑槽从靠近钳口开口处开始按顺序分别与定滑片相应部分上余下的第一滑槽一一对应，同时所述动滑片在靠近定位滑动销轴的部位上形成有第二定位孔，所述动可变圆弧支撑杆有多个，且每个动可变圆弧支撑杆的一端上均形成有第二定位滑动销轴，其中两个动可变圆弧支撑杆一端上的第二定位滑动销轴穿过各自相应动滑片上的第一定位孔后，嵌插于定滑片相应部分上最短的第一滑槽内自由移动，其另一端往钳口中心延伸并各连接有一个刚性弧片，余下的动可变圆弧支撑杆数量与两片动滑片上的第二滑槽数量相一致，且一个动可变圆弧支撑杆对应一个第二滑槽，余下的动可变圆弧支撑杆一端上的第二定位滑动销轴穿过各自相应动滑片上的第二滑槽后，嵌插于与各自第二滑槽相对应的第一滑槽内自由移动，其另一端往钳口中心延伸并各连接有一个刚性弧片，所有的刚性弧片在动可变圆弧支撑杆的作用下相连起来能够构成一个圆弧结构，所有的动可变圆弧支撑杆之间的夹角相等，所述动可变圆弧支撑杆与动滑片相连接的销轴的运动轨迹，就是定滑片和动滑片上的滑槽重叠部分复合运动的轨迹，随着动滑片在定滑片上的位移，定滑片上的第一滑槽和动滑片上的第二滑槽的中心线交点构成的轨迹，就是动可变圆弧支撑杆一端上第二定位滑动销轴的运动轨迹，所有在其轨迹上的第二定位滑动销轴组成的曲线是一段圆弧；所述移动副导向杆的一端与定滑片尾部固定相接，其另一端往后延伸，所述移动副滑块活动安装在移动副导向杆上，所述驱动推杆横向安装在移动副滑块上，并与移动副导向杆形成为十字交叉结构，所述驱动传动杆有两个，且每个驱动传动杆的一端均形成有第三定位滑动销轴，所述第三定位滑动销轴嵌插于相应动滑片的第二定位孔中，同时该两个驱动传动杆的另一端分别与驱动推杆的两端活动铰接；工作时，由移动副滑块移动以驱动驱动推杆移动，而后驱动推杆再推动驱动传动杆，由驱动传动杆将驱动传递到动滑片上，在动滑片沿滑槽在定滑片上移动时，定滑片和动滑片相配合又同时驱动多个动可变圆弧支撑杆，而动可变圆弧支撑杆的另一端连接在刚性弧片上，因此又同时驱动了多个刚性弧片的展开和收缩，由多个刚性弧片连接而成的圆弧结构就能够进行可变径调节，达到圆弧可变控制的目的。

优先地，所述执行部分还包括一个定可变圆弧支撑杆，该定可变圆弧支撑杆的一端固定在定滑片尾部中心处，其另一端在定滑片的镜像对称线上往钳口中心延伸并连接有一个刚性弧片。

优先地，所述执行部分还包括一个装于定滑片尾部中心处的动可变圆弧支撑杆，该动可变圆弧支撑杆的一端通过销轴活动安装在定滑片尾部中心处，其另一端在定滑片的镜像对称线上往钳口中心延伸并连接有一个刚性弧片。

所述第一滑槽为弧形滑槽。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明机构的心部为中空结构，其执行和运动部件在圆弧外部，可以实现将类似轴类和弧形类等物件放入其中进行多种不同类型的加工操作。

2、定滑片与动滑片的相配合，使对可变圆弧的控制和其运动过程变得高效、简单。

3、由定、动可变圆弧支撑杆和刚性弧片所组成的执行终端，圆弧精度高、变径范围大、适应性强、稳定性好。

4、本发明机构可通过增加动可变圆弧支撑杆和刚性弧片的数量，进一步提高圆弧精度，可通过调节动可变圆弧支撑杆的长度灵活改变变径范围，进一步提高适应性。

5、将本发明机构的定可变圆弧支撑杆置换为动可变圆弧支撑杆，可使可变圆弧获得一个自由度，即沿圆弧中心转动方向的转动自由度，可在较小的转动范围内进行高圆弧精度、高转动半径精度、高稳定性和高适应性的转动运动，使圆弧在静态和动态改变半径时沿弧向的运动成为了可能。

6、刚性弧片可设计成多种不同形式，以适应更多的应用场景。

7、采用移动副滑块驱动的方式，可保证驱动传动杆的同步运行，本发明机构的控制精度高，同时，在不同的工作场合，可将移动副置换为五杆机构、多转动副并联、多移动副并联等多种驱动形式，以适应不同工作场合的需要。

8、整个机构经过严密设计计算，在工作过程中不会出现自锁、抱死和干涉等现象，可靠性高、稳定性强。

9、本发明机构整体体积小、结构简单、易于控制、可靠性高、圆弧精度高、变径范围大、适用范围广、能耗成本低。

附图说明

图1为本发明所述可变圆弧机构的结构示意图之一。

图2为本发明所述可变圆弧机构的结构示意图之二。

图3为动滑片结构示意图。

图4为定滑片滑槽设计示意图。

图5为滑槽设计中间过程示意图。

图6为动滑片滑槽设计示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图1至图3所示，本实施例所述的可变圆弧机构，包括执行部分和驱动部分，所述执行部分包括定滑片1、动滑片2、动可变圆弧支撑杆3、刚性弧片4、定可变圆弧支撑杆5，所述驱动部分包括驱动传动杆6、移动副导向杆7、驱动推杆8、移动副滑块9；所述定滑片1设计成钳口结构，其左右两部分镜像对称，每个部分上均形成有沿各自形状轨迹分布的第一滑槽(具体为弧形槽)，且第一滑槽长度从钳口开口处往后逐渐减小，即靠近钳口开口处的第一滑槽最长，为图中所示的10，而靠近钳口尾部的第一滑槽最短，为图中所示的12，而图中所示的11为与动可变圆弧支撑杆3配合的第一滑槽；所述动滑片2有两片呈镜像对称地叠置在定滑片1的左右两部分上配合使用，每片动滑片2上均形成有沿各自形状轨迹分布的第二滑槽16，且所述动滑片2的一端形成有一个定位滑动销轴13，嵌插于定滑片1相应部分上最长的第一滑槽内自由移动，即该定位滑动销轴13与最长的第一滑槽相对应，其另一端形成有第一定位孔15，且该第一定位孔15与最短的第一滑槽相对应，所述动滑片2上的第二滑槽16从靠近钳口开口处开始按顺序分别与定滑片1相应部分上余下的第一滑槽(即图中所示11)一一对应，同时所述动滑片2在靠近定位滑动销轴13的部位上形成有第二定位孔14，所述动可变圆弧支撑杆3有多个，且每个动可变圆弧支撑杆3的一端上均形成有第二定位滑动销轴31，其中两个动可变圆弧支撑杆3一端上的第二定位滑动销轴31穿过各自相应动滑片2上的第一定位孔15后，嵌插于定滑片1相应部分上最短的第一滑槽内自由移动，其另一端往钳口中心延伸并各连接有一个刚性弧片4，余下的动可变圆弧支撑杆3数量与两片动滑片2上的第二滑槽16数量相一致，且一个动可变圆弧支撑杆3对应一个第二滑槽16，余下的动可变圆弧支撑杆3一端上的第二定位滑动销轴31穿过各自相应动滑片2上的第二滑槽16后，嵌插于与各自第二滑槽16相对应的第一滑槽(即图中所示11)内自由移动，其另一端往钳口中心延伸并各连接有一个刚性弧片4，所述定可变圆弧支撑杆5的一端固定在定滑片1尾部中心处，其另一端在定滑片1的镜像对称线上往钳口中心延伸并连接有一个刚性弧片4，所有的刚性弧片4在动可变圆弧支撑杆3的作用下相连起来能够构成一个圆弧结构，所有的动可变圆弧支撑杆3之间的夹角相等，所述动可变圆弧支撑杆3与动滑片2相连接的销轴的运动轨迹，就是定滑片1和动滑片2上的滑槽重叠部分复合运动的轨迹，随着动滑片2在定滑片1上的位移，定滑片1上的第一滑槽和动滑片上的第二滑槽的中心线交点构成的轨迹，就是动可变圆弧支撑杆3一端上第二定位滑动销轴31的运动轨迹，所有在其轨迹上的第二定位滑动销轴31组成的曲线是一段圆弧；所述移动副导向杆7的一端与定滑片1尾部固定相接，其另一端往后延伸，所述移动副滑块9活动安装在移动副导向杆7上，所述驱动推杆8横向安装在移动副滑块9上，并与移动副导向杆7形成为十字交叉结构，所述驱动传动杆6有两个，且每个驱动传动杆6的一端均形成有第三定位滑动销轴32，所述第三定位滑动销轴32嵌插于相应动滑片2的第二定位孔14中，同时该两个驱动传动杆6的另一端分别与驱动推杆8的两端通过销轴活动铰接。工作时，由移动副滑块9移动以驱动驱动推杆8移动，而后驱动推杆8再推动驱动传动杆6，由驱动传动杆6将驱动传递到动滑片2上，在动滑片2沿滑槽在定滑片1上移动时，定滑片1和动滑片2相配合又同时驱动多个动可变圆弧支撑杆3，而动可变圆弧支撑杆3的另一端连接在刚性弧片4上，因此又同时驱动了多个刚性弧片4的展开和收缩，由多个刚性弧片4连接而成的圆弧结构就能够进行可变径调节，达到圆弧可变控制的目的。

参见图4至图6所示，在设计过程中，动可变圆弧支撑杆中心线21的一端与圆弧上某一固定点相垂直连接，另一端在设计过程中可被看做是自由端，在圆弧由最小设计半径20处逐渐增大至最大设计半径17处的过程中，该销轴自由端运动所形成的轨迹线18就是动可变圆弧支撑杆3的第二定位滑动销轴31在定滑片1上运动的轨迹，也是定滑片上滑槽的中心线，至此，定滑片滑槽设计完毕，其设计示意图如图4所示。之后开始设计动滑片2上的滑槽。因当动可变圆弧支撑杆3的第二定位滑动销轴31在定滑片滑槽运动到两顶点时，圆弧达到设计的最小和最大半径值，故要求动滑片2能满足该设计的需求，并能同时同步地保证各个支撑杆与圆弧保持垂直。在设计过程中，首先连接在最小圆弧半径处，各个滑槽中心线的端点，并找出任意一不在滑槽中心线上的自由点27，将该自由点与任意一滑槽中心线的端点相连接，如图中所示26。这些相连接的点所在的平面可看做是动滑片所在的平面，与定滑片滑槽中心线端点相连接的点就是动滑片滑槽的起点，其设计中间过程示意图如图5所示。选定连接点上的任意一点和设定另一任意点在动滑片2上的运动轨迹28，在选定的点沿定滑片滑槽中心线上移动、设定的点在设定轨迹上运动、各个支撑杆与圆弧保持垂直的共同约束作用下，第二定位滑动销轴31中心的运动轨迹就是动滑片上滑槽的中心线30，至此，动滑片滑槽设计完毕。在定、动滑片相对运动过程中，选定的自由点的运动轨迹29即可看成在动滑片上的运动轨迹，也可看成在定滑片上的运动轨迹，动滑片滑槽设计示意图如图6所示。在支撑杆滑槽设计完毕后，将该点和在设计过程中与滑槽中心线相连接的那一点的运动轨迹线作为动滑片相对于定滑片的运动轨迹线，这两点沿其轨迹线的运动共同决定了动滑片的运动。至此本发明机构的主要设计工作已完成。

实施例2

与实施例1不同的是本实施例将定可变圆弧支撑杆5置换为动可变圆弧支撑杆(图中未画出)，可使可变圆弧获得一个自由度，即沿圆弧中心转动方向的转动自由度，这样可在较小的转动范围内进行高圆弧精度、高转动半径精度、高稳定性和高适应性的转动运动，使圆弧在静态和动态改变半径时沿弧向的运动成为了可能。

实施例3

与实施例1不同的是本实施例的支撑杆只保留与动滑片配合的动可变圆弧支撑杆3，而不采用定可变圆弧支撑杆5，即在定滑片1的尾部中心不再安装支撑杆(图中未画出)。

综上所述，本发明的整个机构能够在移动副滑块9运动过程中，完成由刚性弧片所组成圆弧的可变径调节，实现了以外部为实体，而心部为中空的可变圆弧机构的研发，达到了对圆弧可变控制的目的。本机构的移动副导向杆和定滑片可通过多种不同方式相固定在一起，也可作为一个整体在同一块材料中加工出来，生产成本低廉。此外，本机构可通过增加动可变圆弧支撑杆和刚性弧片的数量，进一步提高圆弧精度，可通过调节动可变圆弧支撑杆的长度灵活改变变径范围，进一步提高适应性。总之，相比现有技术，本发明机构整体体积小、结构精巧、控制精度高、效率高、可控范围大、成本低廉，主要适用于类似轴类和弧形类等外表面需要进行加工、仿形、夹持等工作作业，可应用于多种不同的工作场合，值得推广。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种可变圆弧机构，其特征在于：包括执行部分和驱动部分，所述执行部分包括定滑片、动滑片、动可变圆弧支撑杆、刚性弧片，所述驱动部分包括驱动传动杆、移动副导向杆、驱动推杆、移动副滑块；所述定滑片设计成钳口结构，其左右两部分镜像对称，每个部分上均形成有沿各自形状轨迹分布的第一滑槽，且第一滑槽长度从钳口开口处往后逐渐减小，所述动滑片有两片呈镜像对称地叠置在定滑片的左右两部分上配合使用，每片动滑片上均形成有沿各自形状轨迹分布的第二滑槽，且所述动滑片的一端形成有一个定位滑动销轴，嵌插于定滑片相应部分上最长的第一滑槽内自由移动，即该定位滑动销轴与最长的第一滑槽相对应，其另一端形成有第一定位孔，且该第一定位孔与最短的第一滑槽相对应，所述动滑片上的第二滑槽从靠近钳口开口处开始按顺序分别与定滑片相应部分上余下的第一滑槽一一对应，同时所述动滑片在靠近定位滑动销轴的部位上形成有第二定位孔，所述动可变圆弧支撑杆有多个，且每个动可变圆弧支撑杆的一端上均形成有第二定位滑动销轴，其中两个动可变圆弧支撑杆一端上的第二定位滑动销轴穿过各自相应动滑片上的第一定位孔后，嵌插于定滑片相应部分上最短的第一滑槽内自由移动，其另一端往钳口中心延伸并各连接有一个刚性弧片，余下的动可变圆弧支撑杆数量与两片动滑片上的第二滑槽数量相一致，且一个动可变圆弧支撑杆对应一个第二滑槽，余下的动可变圆弧支撑杆一端上的第二定位滑动销轴穿过各自相应动滑片上的第二滑槽后，嵌插于与各自第二滑槽相对应的第一滑槽内自由移动，其另一端往钳口中心延伸并各连接有一个刚性弧片，所有的刚性弧片在动可变圆弧支撑杆的作用下相连起来能够构成一个圆弧结构，所有的动可变圆弧支撑杆之间的夹角相等，所述动可变圆弧支撑杆与动滑片相连接的第二定位滑动销轴的运动轨迹，就是定滑片和动滑片上的滑槽重叠部分复合运动的轨迹，随着动滑片在定滑片上的位移，定滑片上的第一滑槽和动滑片上的第二滑槽的中心线交点构成的轨迹，就是动可变圆弧支撑杆一端上第二定位滑动销轴的运动轨迹，所有在其轨迹上的第二定位滑动销轴组成的曲线是一段圆弧；所述移动副导向杆的一端与定滑片尾部固定相接，其另一端往后延伸，所述移动副滑块活动安装在移动副导向杆上，所述驱动推杆横向安装在移动副滑块上，并与移动副导向杆形成为十字交叉结构，所述驱动传动杆有两个，且每个驱动传动杆的一端均形成有第三定位滑动销轴，所述第三定位滑动销轴嵌插于相应动滑片的第二定位孔中，同时该两个驱动传动杆的另一端分别与驱动推杆的两端活动铰接；工作时，由移动副滑块移动以驱动驱动推杆移动，而后驱动推杆再推动驱动传动杆，由驱动传动杆将驱动传递到动滑片上，在动滑片沿滑槽在定滑片上移动时，定滑片和动滑片相配合又同时驱动多个动可变圆弧支撑杆，而动可变圆弧支撑杆的另一端连接在刚性弧片上，因此又同时驱动了多个刚性弧片的展开和收缩，由多个刚性弧片连接而成的圆弧结构就能够进行可变径调节，达到圆弧可变控制的目的。

2.根据权利要求1所述的一种可变圆弧机构，其特征在于：所述执行部分还包括一个定可变圆弧支撑杆，该定可变圆弧支撑杆的一端固定在定滑片尾部中心处，其另一端在定滑片的镜像对称线上往钳口中心延伸并连接有一个刚性弧片。

3.根据权利要求1所述的一种可变圆弧机构，其特征在于：所述执行部分还包括一个装于定滑片尾部中心处的动可变圆弧支撑杆，该动可变圆弧支撑杆的一端通过销轴活动安装在定滑片尾部中心处，其另一端在定滑片的镜像对称线上往钳口中心延伸并连接有一个刚性弧片。

4.根据权利要求1所述的一种可变圆弧机构，其特征在于：所述第一滑槽为弧形滑槽。