CN107676442B - 采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置 - Google Patents

采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供的采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，包括曲线导轨和沿曲线导轨运动的双曲杆变胞机构；双曲杆变胞机构包括：沿曲线导轨运动的前支撑组件和后支撑组件，前支撑组件和后支撑组件均包括设置在曲线导轨两侧的行走轮组件；转动连接前支撑组件的两个行走轮组件的双曲杆Ⅰ，和转动连接后支撑组件的两个行走轮组件的双曲杆Ⅱ；连接位于曲线导轨同侧的两个行走轮组件的移动副组件，所述移动副组件的长度能够自动调节。本发明通过一组能联动的双曲杆变胞机构能够实现平面曲线运动的各种位姿，从而实现平面曲线运动的支撑导向功能。

Description

采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置
技术领域
本发明属于机械领域，具体涉及一种采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置。
背景技术
随着工业自动化控制的快速发展，曲线运动控制被越来越都的行业所需求，其中曲线型支撑导向装置是曲线运动的核心部件，因此其可靠性要求更高、工作寿命要求更长。目前曲线滑轨产品中的前、后支撑导向组件是相互独立的，因此存在以下不足：
（1）可靠性低：传统曲线型支撑导向装置的前后支撑组件相互独立，一旦其中一组的承载换向轴组件出现卡滞的情况会造成无法顺利完成曲线运动的导向支撑，甚至会产生严重的事故，从而造成严重的经济损失；
（2）工作寿命短：传统曲线型支撑导向装置中前后支撑组件均设计有一个偏心滚轮，用于调整滚轮与曲线导轨的间隙，但是其调整的间隙值是固定的，因此滚轮与曲线导轨间没有一定的预紧力，同时一旦滚轮出现磨损后会造成支撑导向效果差，从而降低了其使用寿命。
发明内容
本发明解决的技术问题：
提供了一种采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，与传统的曲线滑轨产品相比其最大的特点在于：（1）可靠性高（2）工作寿命长，完全能够满足曲线运动控制的环境要求和技术指标要求。
本发明采用以下技术方案：
采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，包括曲线导轨1和沿曲线导轨1运动的双曲杆变胞机构；
所述双曲杆变胞机构包括：
沿曲线导轨1运动的前支撑组件12和后支撑组件2，所述前支撑组件12和后支撑组件2均包括设置在曲线导轨1两侧的行走轮组件；
转动连接前支撑组件12的两个行走轮组件的双曲杆Ⅰ15，和转动连接后支撑组件2的两个行走轮组件的双曲杆Ⅱ4；
连接位于曲线导轨1同侧的两个行走轮组件的移动副组件，所述移动副组件的长度能够自动调节。
所述双曲杆变胞机构还包括固定安装板17，所述双曲杆Ⅰ15和双曲杆Ⅱ4转动连接在固定安装板17上，所述固定安装板17上连接负载。
所述双曲杆Ⅰ15通过组合轴承组件Ⅰ13转动连接在固定安装板17上，所述双曲杆Ⅱ4通过组合轴承组件Ⅱ5转动连接在固定安装板17上。
所述前支撑组件12的行走轮组件包括设置在曲线导轨2两侧的偏心轮组件Ⅰ14和滚轮组件Ⅰ16，所述后支撑组件2的行走轮组件包括设置在曲线导轨1两侧的偏心轮组件Ⅱ6和滚轮组件Ⅱ3。
所述两个移动副组件均包括与一侧的行走轮组件连接的移动副杆Ⅰ和与另一侧的行走轮组件连接的移动副杆Ⅱ，所述移动副杆Ⅱ套接在移动副杆Ⅰ内部，且移动副杆Ⅱ的前部通过线性弹簧套接在移动副杆Ⅰ内部。
所述线性弹簧的前部还设置有调节线性弹簧的作用力大小的弹簧力调整轴。
所述两个移动副组件的两个线性弹簧为作用力相同的两个线性弹簧。
本发明的有益效果：
本发明通过一组能联动的双曲杆变胞机构能够实现平面曲线运动的各种位姿，从而实现平面曲线运动的支撑导向功能，同时在双曲杆变胞机构的两个移动副处设计有作用力方向相同的弹簧装置，由于其不受支撑作用力因此保证了其在各种位姿下能够实现顺利复位，避免了由于转动卡滞或不顺畅而无法顺利支撑导向的情况，从而提高了其可靠性，同时在弹簧力作用下前后支撑导向组件与曲线导轨有一定的预紧力从而提高了工作寿命。因此本发明可靠性高，工作寿命长，完全能够适应曲线运动的工作环境和技术要求，且应用领域范围广泛，具有极大的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的侧视图。
图3为图2的A-A视图。
图4为双曲杆变胞机构在直线导轨上行走的示意图。
图5为双曲杆变胞机构由直线导轨向等半径的曲线部分滑动时的示意图。
图6为双曲杆变胞机构在等半径的曲线部分滑动时的示意图。
图7为双曲杆变胞机构在变半径的曲线部分滑动时的示意图。
其中，1-曲线导轨；2-后支撑组件；3-滚轮组件Ⅱ；4-双曲杆Ⅱ；5-组合轴承组件Ⅱ；6-偏心轮组件Ⅱ；7-移动副组件Ⅱ；8-线性弹簧Ⅱ；9-移动副组件Ⅰ；10-弹簧力调整轴；11-线性弹簧Ⅰ；12-前支撑组件；13-组合轴承组件Ⅰ；14-偏心轮组件Ⅰ；15-双曲杆Ⅰ；16-滚轮组件Ⅰ；17-固定安装板；18-移动副杆Ⅰ；19-移动副杆Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，包括曲线导轨1和沿曲线导轨1两侧的导轨运动的双曲杆变胞机构。
双曲杆变胞机构至少包括沿曲线导轨1运动的前支撑组件12和后支撑组件2，前支撑组件12和后支撑组件2均包括设置在曲线导轨1两侧的两个行走轮组件，前支撑组件12和后支撑组件2设置在曲线导轨1的行走方向的前后位置。
双曲杆变胞机构还包括转动连接前支撑组件12的两个行走轮组件的双曲杆Ⅰ15和转动连接后支撑组件2的两个行走轮组件的双曲杆Ⅱ4；在双曲杆变胞机构行进的过程中，如果行走到曲线导轨的弯曲导轨处， 双曲杆变胞机构还包括连接位于曲线导轨1同侧的两个行走轮组件的移动副组件，移动副组件的长度可自动调节。在行进过程中，通过双曲杆Ⅰ15和双曲杆Ⅱ4的转动和移动副组件的作用，实现双曲杆变胞机构的行走轮组件沿曲线导轨1的正常行进。
如图3所示，双曲杆变胞机构还包括固定安装板17，固定安装板17上设置或者连接负载。双曲杆Ⅰ15和双曲杆Ⅱ4连接在固定安装板17上，且在行进过程中，能够沿连接处转动，行走轮组件与固定安装板17不连接，便于行走在弯曲部分时，曲线导轨1同侧的行走轮组件之间距离的变化。
作为一种具体实施的技术方案，本发明中，双曲杆Ⅰ15可通过组合轴承组件Ⅰ13转动连接在固定安装板17上，双曲杆Ⅱ4通过组合轴承组件Ⅱ5转动连接在固定安装板17上。
同样，上述的前支撑组件12的行走轮组件可选择设置在曲线导轨2两侧的偏心轮组件Ⅰ14和滚轮组件Ⅰ16，后支撑组件2的行走轮组件包括设置在曲线导轨1两侧的偏心轮组件Ⅱ6和滚轮组件Ⅱ3，具体设计时，可将偏心轮组件设计在同侧，滚轮组件设计在同侧。偏心轮组件的应用，能够保证行走轮组件始终与曲线导轨相贴合且沿曲线导轨平稳行进。
本发明在具体实施过程中，上述的两个移动副组件均包括与一侧的行走轮组件连接的移动副杆Ⅰ和与另一侧的行走轮组件连接的移动副杆Ⅱ，移动副杆Ⅱ套接在移动副杆Ⅰ内部，且移动副杆Ⅱ的前部通过线性弹簧套接在移动副杆Ⅰ内部。线性弹簧的前部还设置有调节线性弹簧的作用力大小的弹簧力调整轴。
上述的两个移动副组件的两个线性弹簧具有方向相同、大小相同的作用力，即两个线性弹簧在直线部分滑行时具有相同的压缩量。
基于上述的描述可知，如图1、图2、图3所示，本发明中通过一组能联动的双曲杆变胞机构能够实现平面曲线运动的各种位姿，同时在双曲杆变胞机构的左右两个移动副处设计有作用力方向相同的弹簧装置，从而实现平面曲线运动的支撑导向功能。具体来说，前支撑组件12和后支撑组件2分别通过移动副组件7和移动副组件
Figure 103799DEST_PATH_IMAGE002
9相连构成双曲杆变胞机构，最后双曲杆变胞机构分别通过组合轴承组件
Figure 80108DEST_PATH_IMAGE001
13和组合轴承组件5与固定安装板17相连接构成双曲杆变胞机构的两个转动副。同时承载固定安装板17提供的负载，并通过双曲杆（4、15）将负载载荷传递给偏心轮组件（6，14）和滚轮组件（3、16）从而实现负载载荷的支撑，但负载载荷对移动副组件
Figure 945482DEST_PATH_IMAGE001
9和移动副组件7不会产生任何影响从而确保双曲杆变胞机构能够在任何位姿下进行复位提高了其可靠性。曲线形支撑导向装置装入曲线导轨后，通过分别调整偏心轮组件14和偏心轮组件
Figure 427519DEST_PATH_IMAGE002
6以实现曲线导轨与行走轮组件之间的间隙调整以提高曲线型支撑导向装置的使用寿命；通过旋转弹簧力调整轴10以实现其在移动副杆
Figure 57084DEST_PATH_IMAGE001
18中的位置，从而线性弹簧
Figure 745554DEST_PATH_IMAGE001
11的初始伸缩长度会随着弹簧力调整轴10的位置的变化而变化，从而达到调整移动副组件
Figure 194990DEST_PATH_IMAGE001
9弹力的功能。移动副组件7与移动副组件
Figure 347065DEST_PATH_IMAGE001
9结构相同，因此调整方法也相同。
上述的双曲杆变胞机构在运动轨迹为直线时，在左右弹簧装置的相同作用力下保持平衡位姿不变，当运动轨迹由直线变为曲线时，前支撑组件要完成转弯动作，此时双曲杆变胞机构中一侧的移动副压缩同时弹簧装置的弹力增大，另一侧的移动副伸长弹簧装置的弹力减小，因此左、右移动副处的弹簧作用力平衡被打破，当运动轨迹由曲线变为直线时，由于左侧压缩移动副的弹簧作用力大于右侧拉伸移动副的弹簧作用力，因此使得双曲杆变胞机构能够使运动轨迹由曲线顺利过度到直线，从而避免了在曲线与直线运动轨迹过渡时由于卡滞或转动不顺畅造成了无法完成支撑导向功能，因此其可靠性得到了极大的提高。通过调节前、后支撑导向组件中偏心支撑滚轮可以实现支撑导向装置与曲线导轨的间隙调整，而且由于位姿如何变化左、右移动副处弹簧装置的作用力之和保持不变，因此在双曲杆变胞机构的位姿变化时前、后支撑组件中的滚轮与曲线导轨之间的预紧力保持不变，因此提高了其工作寿命。通过调整左右移动副中的螺杆的位置即可实现弹簧装置的初始压缩长度进而实现初始弹簧作用力的调整，简单方便。
下面具体通过图4~图7不同段的曲线导轨1来说明本发明的工作原理。
a.当曲线型支撑导向装置在导轨的直线部分滑动时，其位姿如附图4所示。双曲杆变胞机构此时为双平行四边形机构且左右对称，移动副组件
Figure DEST_PATH_IMAGE003
7与移动副组件
Figure 268753DEST_PATH_IMAGE004
9产生的弹力大小方向相同，使其在运动过程4个行走轮组件能够与导轨有一定的预紧力，从而提高了其工作寿命。
b.当曲线型支撑导向装置由导轨的直线部分向等半径的曲线部分滑动时，其位姿如图5所示。前支撑组件12的行走轮组件与导轨的曲线部分相切同时绕组合轴承组件
Figure 80852DEST_PATH_IMAGE004
13逆时针方向转动，后支撑组件2的行走轮组件仍在导轨直线部分因此其不会绕组合轴承组件
Figure 815196DEST_PATH_IMAGE003
5转动；移动副组件
Figure 153773DEST_PATH_IMAGE004
9缩短，线性弹簧
Figure 777522DEST_PATH_IMAGE004
11的压缩长度增大故弹簧力增大，移动副组件
Figure 437435DEST_PATH_IMAGE003
7伸长，线性弹簧
Figure 352302DEST_PATH_IMAGE003
8的压缩长度减小故弹簧力减小，使双曲杆变胞机构在运动过程中保持有趋向平衡的趋势，从而避免了曲线型支撑导向装置在导轨由直线过度弧线部分时出现卡滞的情况。
c.当曲线型支撑导向装置在导轨等半径的曲线部分滑动时，其位姿如图6所示。前支撑组件12的行走轮组件与导轨的曲线部分相切同时绕组合轴承组件
Figure 545386DEST_PATH_IMAGE004
13逆时针转动，后支撑组件2的行走轮组件处于导轨的曲线部分且相切同时绕组合轴承组件
Figure 746560DEST_PATH_IMAGE003
5逆时针转动但其转动角度比前支撑组件12的转动角度小；移动副组件
Figure 657884DEST_PATH_IMAGE004
9继续缩短，线性弹簧
Figure 468452DEST_PATH_IMAGE004
11的压缩长度继续增大故弹簧力继续增大，移动副组件
Figure 516042DEST_PATH_IMAGE003
7继续伸长，线性弹簧
Figure 153697DEST_PATH_IMAGE003
8的压缩长度再次减小故弹簧力继续减小，仍旧使双曲杆变胞机构在运动过程中保持有趋向平衡的趋势，同样有效的避免出现卡滞的情况，此时双曲杆变胞机构的姿态变为等腰梯形并且姿态保持不变。
d.当曲线型支撑导向装置在导轨变半径的曲线部分滑动时，其位姿如图7所示。前支撑组件12的行走轮组件与导轨半径为R2的曲线部分相切同时绕组合轴承组件
Figure 427684DEST_PATH_IMAGE004
13顺时针转动，后支撑组件2的行走轮组件处于导轨半径为R1的曲线部分且相切同时绕组合轴承组件
Figure 543407DEST_PATH_IMAGE003
5逆时针转动；移动副组件9伸长，线性弹簧
Figure 755525DEST_PATH_IMAGE004
11的压缩长度减小故弹簧力减小，移动副组件
Figure 375862DEST_PATH_IMAGE003
7缩短，线性弹簧
Figure 560856DEST_PATH_IMAGE003
8的压缩长度增大故弹簧力增大，仍旧使双曲杆变胞机构在运动过程中保持有趋向平衡的趋势，同样有效的避免出现卡滞的情况。
综上所述，曲线型支撑导向装置能够通过双曲杆变胞机构的各种位姿适应曲线导轨的支撑导向功能，且在姿态变化过程中移动副组件
Figure 815994DEST_PATH_IMAGE003
7和移动副组件
Figure 670818DEST_PATH_IMAGE004
9所产生的总的弹力之和保持不变，从而保证了四个行走轮组件与曲线导轨保持恒定的预载荷提高了其使用寿命。同时在位姿变化过程中由于移动副组件7和移动副组件
Figure 501557DEST_PATH_IMAGE004
9的存在弹簧力差，故使双曲杆变胞机构在运动过程中始终保持有趋向平衡的趋势，从而避免了曲线型支撑导向装置在曲线导轨的支撑导向运动过程中出现卡死、卡滞或情况，提高了其可靠性。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，其特征在于：
包括曲线导轨（1）和沿曲线导轨（1）运动的双曲杆变胞机构；
所述双曲杆变胞机构包括：
沿曲线导轨（1）运动的前支撑组件（12）和后支撑组件（2），所述前支撑组件（12）和后支撑组件（2）均包括设置在曲线导轨（1）两侧的行走轮组件；
转动连接前支撑组件（12）的两个行走轮组件的双曲杆Ⅰ（15），和转动连接后支撑组件（2）的两个行走轮组件的双曲杆Ⅱ（4）；
连接位于曲线导轨（1）同侧的两个行走轮组件的移动副组件，所述移动副组件的长度能够自动调节。
2.根据权利要求1所述的采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，其特征在于：
所述双曲杆变胞机构还包括固定安装板（17），所述双曲杆Ⅰ（15）和双曲杆Ⅱ（4）转动连接在固定安装板（17）上，所述固定安装板（17）上连接负载。
3.根据权利要求2所述的采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，其特征在于：
所述双曲杆Ⅰ（15）通过组合轴承组件Ⅰ（13）转动连接在固定安装板（17）上，所述双曲杆Ⅱ（4）通过组合轴承组件Ⅱ（5）转动连接在固定安装板（17）上。
4.根据权利要求1所述的采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，其特征在于：
所述前支撑组件（12）的行走轮组件包括设置在曲线导轨（1）两侧的偏心轮组件Ⅰ（14）和滚轮组件Ⅰ（16），所述后支撑组件（2）的行走轮组件包括设置在曲线导轨（1）两侧的偏心轮组件Ⅱ（6）和滚轮组件Ⅱ（3）。
5.根据权利要求1所述的采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，其特征在于：
两个移动副组件均包括与一侧的行走轮组件连接的移动副杆Ⅰ和与另一侧的行走轮组件连接的移动副杆Ⅱ，所述移动副杆Ⅱ套接在移动副杆Ⅰ内部，且移动副杆Ⅱ的前部通过线性弹簧套接在移动副杆Ⅰ内部。
6.根据权利要求5所述的采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，其特征在于：
所述线性弹簧的前部还设置有调节线性弹簧的作用力大小的弹簧力调整轴。
7.根据权利要求5所述的采用双曲杆变胞机构的平面曲线运动支撑导向装置，其特征在于：
所述两个移动副组件的两个线性弹簧为作用力方向相同的两个线性弹簧。
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