CN116641999B - 正弦函数积机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机构学和机械装备领域,具体涉及一种正弦机构。一种正弦函数积机构,曲柄以角速度ω1绕O1转动,第一连杆通过铰链副与曲柄连接于O2处,O2绕O1转动,第一连杆通过导轨副或铰链副与第一框架连接,第一框架通过导轨副与第二框架连接于D2处,D2在第二框架上直线移动,第二框架以角速度ω2转动,第二连杆通过铰链副与第一框架连接于O3处,O3在第一框架上的位置是固定的,第二连杆通过导轨副或铰链副与第三框架连接,第三框架通过导轨副与第四框架连接于D4处,D4在第四框架上直线移动,第三框架作直线往复运动。本发明解决了单一正弦机构的难以自动化变幅问题,提升了自动化适应性。
Description
技术领域
本发明涉及机构学和机械装备领域,具体涉及一种正弦机构。
背景技术
专利号为ZL200610050331.1的专利公开了一种滚动摩擦正弦机构,基于该专利技术开发的车辆减振器动态试验设备在我国汽车减振器工业领域得到了广泛应用,并充分证明了以“滚动摩擦正弦机构”为核心的动态试验设备的优异性能:正弦波精度高、承载能力强、机构寿命长、振动噪声低、使用维护成本低,尤其是与电液伺服技术相比,特别节能。但由于正弦机构的不易自动化变幅问题,影响了其在更多的工程领域应用,不能适用自动化发展需要。
再者,专利号为ZL201911242453.4的专利公开了一种可调幅正弦机构,试图解决正弦机构的不易自动化变幅问题。但是该技术方案与常见的“可调幅正弦机构”技术方案类似,仍然在单一正弦机构及其曲柄长度上做文章,并且曲柄在正弦机构工作时是个运动件,不宜安装自动化组件,因此该技术方案在工程上仍然不能改变“正弦机构不易自动化变幅”的问题。
发明内容
为了克服已有正弦机构不易自动化变幅、不能适用自动化发展需要的不足,本发明提供了一种正弦函数积机构,不仅解决了单一正弦机构的难以自动化变幅问题,还将在更多的领域为正弦机构和其他类正弦机构的工程应用开辟新的空间。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种正弦函数积机构,包括曲柄、第一连杆、第一框架、第二框架、第二连杆、第三框架和第四框架,所述曲柄以角速度ω1绕O1转动,所述第一连杆通过铰链副与曲柄连接于O2处,所述O2绕O1转动,所述第一连杆通过导轨副或铰链副与第一框架连接,所述第一框架通过导轨副与第二框架连接于D2处,所述D2在第二框架上直线移动,所述第二框架以角速度ω2转动,所述第二连杆通过铰链副与第一框架连接于O3处,所述O3在第一框架上的位置是固定的,所述第二连杆通过导轨副或铰链副与第三框架连接,所述第三框架通过导轨副与第四框架连接于D4处,所述D4在第四框架上直线移动,所述第三框架作直线往复运动。
进一步,所述第一连杆通过导轨副与第一框架连接于D1处,所述D1在第一框架上直线移动,所述D1移动方向与D2移动方向相互垂直。
或者是,所述第一连杆通过铰链副与第一框架连接于Q1处,所述Q1在第一框架上的位置是固定的。
再进一步,所述第二连杆通过导轨副与第三框架连接于D3处,所述D3在第三框架上直线移动,所述D3移动方向与D4移动方向相互垂直。
或者是,所述第二连杆通过铰链副与第三框架连接于Q2处,所述Q2在第三框架上的位置是固定的。
更进一步,所述正弦函数积机构还包括第三连杆、第五框架、第六框架,与第三框架联动的O5随着第三框架作直线往复运动,所述第四框架以角速度ω3转动,所述第三连杆通过铰链副与第三框架连接于O4处,所述O4在第三框架上的位置是固定的,所述第三连杆通过导轨副或铰链副与第五框架连接,所述第五框架通过导轨副与第六框架连接于D6处,所述D6在第六框架上直线移动。
进一步,所述第三连杆通过导轨副与第五框架连接于D5处,所述D5在第五框架上直线移动,所述D5移动方向与D6移动方向相互垂直。
或者是,所述第三连杆通过铰链副与第五框架连接于Q3处,所述Q3在第五框架上的位置是固定的,所述第五框架作直线往复运动。
所述第四框架以角速度ω3绕O1转动。
优选的,所述第二连杆、第三框架和第四框架为二阶组件,所述第三连杆、第五框架、第六框架为三阶组件,所述正弦函数积机构还包括第四连杆、第七框架和第八框架组成的四阶组件,……,第n连杆、第2n-1框架和2n框架组成的n阶组件,n为整数且n>4,每一阶组件的连杆、两个框架之间的连接关系相同。本发明中,基本方案是采用二阶组件,可以拓展为三阶组件、四阶组件、五阶组件甚至更高阶组件,工业应用时通常采用二阶组件或三阶组件,如有更高要求或特定场合,可以采用四阶组件、五阶组件甚至更高阶组件。
优选的,所述O1在第四框架上,并且其位置是固定的。
所述第二框架以角速度ω2绕O1转动。
所述第四框架以角速度ω3绕O1转动。
所述曲柄转动角速度ω1为常数。
所述曲柄转动角速度ω2和ω3为常数。
本发明的有益效果主要表现在:解决了单一正弦机构的难以自动化变幅问题,提升了自动化适用性,将在更多的领域为正弦机构和其他类正弦机构的工程应用开辟新的空间;并且为机构知识库增加了新的函数机构。
附图说明
图1是正弦函数积机构的实施例1的示意图。
图2是正弦函数积机构的实施例2的示意图。
图3是正弦函数积机构的实施例3的示意图。
图4是正弦函数积机构的实施例4的示意图。
图5是正弦函数积机构的实施例5的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例1
参照图1,本实施例的正弦函数积机构,包括曲柄1、第一连杆2、第一框架3、第二框架4、第二连杆5、第三框架6和第四框架7,所述曲柄1以角速度ω1绕O1转动,曲柄1的长度为A,所述第一连杆2通过铰链副与曲柄1连接于O2处,所述O2绕O1转动,所述第一连杆2通过导轨副与第一框架3连接于D1处,所述D1在第一框架3上直线移动,所述第一框架3通过导轨副与第二框架4连接于D2处,所述D2在第二框架4上直线移动,所述D1移动方向与D2移动方向相互垂直;
所述第二框架4以角速度ω2转动,所述第二连杆5通过铰链副与第一框架3连接于O3处,所述O3在第一框架3上的位置是固定的,所述第二连杆5通过导轨副与第三框架6连接于D3处,所述D3在第三框架6上直线移动,所述第三框架6通过导轨副与第四框架7连接于D4处,所述D4在第四框架7上直线移动,所述D3移动方向与D4移动方向相互垂直;
所述第三框架6作直线往复运动,若不考虑各转动件之间的相位关系,其运动规律为
(1)
式中t为时间,式(1)所对应的正弦函数积机构可称为二阶正弦函数积机构。
针对动态试验装备领域需要“正弦波振幅自动调节”的需求,可将式(1)中的Asin(ω 2 t)视为可变振幅C1,则式(1)可改写为
(1.1)
(1.2)
当然也可将式(1)中的Asin(ω 1 t)视为可变振幅C2,则式(1)可改写为
(1.3)
(1.4)
因此,可通过改变ω 1 t或ω 2 t的值来获得振幅C1或C2的变化。具体可根据工程应用的实际情况进行选择。
所述铰链副是由至少两个构件构成的、并且这两个构件只能绕某一轴线做相对转动的运动副,具有一个旋转自由度。例如合页、轴承等。
所述导轨副是由至少两个构件构成、并且这两个构件只能沿某一轴线方向做相对移动的运动副,具有一个直线运动自由度。例如直线导轨组件、直线轴承组件等。
所述O1在第四框架7上,并且其位置是固定的。
所述第二框架4以角速度ω2绕O1转动。
所述曲柄转动角速度ω1为常数。
所述曲柄转动角速度ω2和ω3为常数。
本实施例的方案适用于各种动态试验机和各种直线往复运动设备的自动化升级,尤其是对正弦波精度要求较高的场合。
实施例2
参照图2,本实施例的正弦函数积机构,包括曲柄1、第一连杆2、第一框架3、第二框架4、第二连杆5、第三框架6和第四框架7,所述曲柄1以角速度ω1绕O1转动,曲柄1的长度为A,所述第一连杆2通过铰链副与曲柄1连接于O2处,所述O2绕O1转动,所述第一连杆2通过铰链副与第一框架3连接于Q1处,所述Q1在第一框架3上的位置是固定的,所述第一框架3通过导轨副与第二框架4连接于D2处,所述D2在第二框架4上直线移动;
所述第二框架4以角速度ω2转动,所述第二连杆5通过铰链副与第一框架3连接于O3处,所述O3在第一框架3上的位置是固定的,所述第二连杆5通过导轨副与第三框架6连接于D3处,所述D3在第三框架6上直线移动,所述第三框架6通过导轨副与第四框架7连接于D4处,所述D4在第四框架7上直线移动,所述D3移动方向与D4移动方向相互垂直;
所述第三框架6作直线往复运动,若不考虑各转动件之间的相位关系,其运动规律为
(2)
式中t为时间,式(2)所对应的正弦函数积机构也是二阶正弦函数积机构。
本实施例的方案适用于各种动态试验机和各种直线往复运动设备的自动化升级,尤其是对正弦波精度要求不高、而又要求降低机构成本的场合。
实施例3
参照图3,本实施例的正弦函数积机构,包括曲柄1、第一连杆2、第一框架3、第二框架4、第二连杆5、第三框架6和第四框架7,所述曲柄1以角速度ω1绕O1转动,曲柄1的长度为A,所述第一连杆2通过铰链副与曲柄1连接于O2处,所述O2绕O1转动,所述第一连杆2通过导轨副与第一框架3连接于D1处,所述D1在第一框架3上直线移动,所述第一框架3通过导轨副与第二框架4连接于D2处,所述D2在第二框架4上直线移动,所述D1移动方向与D2移动方向相互垂直;
所述第二框架4以角速度ω2转动,所述第二连杆5通过铰链副与第一框架3连接于O3处,所述O3在第一框架3上的位置是固定的,所述第二连杆5通过铰链副与第三框架6连接于Q2处,所述Q2在第三框架6上的位置是固定的,所述第三框架6通过导轨副与第四框架7连接于D4处,所述D4在第四框架7上直线移动;
所述第三框架6作直线往复运动,若不考虑各转动件之间的相位关系,其运动规律如式(2)所示。
本实施例的方案适用于各种动态试验机和各种直线往复运动设备的自动化升级,尤其是对正弦波精度要求不高、而又要求降低机构成本的场合。
实施例4
参照图4,本实施例的正弦函数积机构包括曲柄1、第一连杆2、第一框架3、第二框架4、第二连杆5、第三框架6和第四框架7,所述曲柄1以角速度ω1绕O1转动,曲柄1的长度为A,所述第一连杆2通过铰链副与曲柄1连接于O2处,所述O2绕O1转动,所述第一连杆2通过铰链副与第一框架3连接于Q1处,所述Q1在第一框架3上的位置是固定的,所述第一框架3通过导轨副与第二框架4连接于D2处,所述D2在第二框架4上直线移动;
所述第二框架4以角速度ω2转动,所述第二连杆5通过铰链副与第一框架3连接于O3处,所述O3在第一框架3上的位置是固定的,所述第二连杆5通过铰链副与第三框架6连接于Q2处,所述Q2在第三框架6上的位置是固定的,所述第三框架6通过导轨副与第四框架7连接于D4处,所述D4在第四框架7上直线移动;
所述第三框架6作直线往复运动,若不考虑各转动件之间的相位关系,其运动规律如式(2)所示。
本实施例的方案适用于各种动态试验机和各种直线往复运动设备的自动化升级,尤其是对正弦波精度要求不高、而又要求降低机构成本的场合。
实施例5
参照图5,本实施例的正弦函数积机构,包括曲柄1、第一连杆2、第一框架3、第二框架4、第二连杆5、第三框架6和第四框架7,该实施例的方案属于在实施例1的结构基础上的拓展,上述部件之间的连接关系与实施例1相同。
本实施例的正弦函数积机构还包括第三连杆8、第五框架9和第六框架10,所述曲柄1以角速度ω1绕O1转动,曲柄1的长度为A,所述第一连杆2通过铰链副与曲柄1连接于O2处,所述O2绕O1转动,所述第一连杆2通过导轨副与第一框架3连接于D1处,所述D1在第一框架3上直线移动,所述第一框架3通过导轨副与第二框架4连接于D2处,所述D2在第二框架4上直线移动,所述D1移动方向与D2移动方向相互垂直;
所述第二框架4以角速度ω2转动,所述第二连杆5通过铰链副与第一框架3连接于O3处,所述O3在第一框架3上的位置是固定的,所述第二连杆5通过导轨副与第三框架6连接于D3处,所述D3在第三框架6上直线移动,所述第三框架6通过导轨副与第四框架7连接于D4处,所述D4在第四框架7上直线移动,所述D3移动方向与D4移动方向相互垂直;
所述第三框架6作直线往复运动,包括O5也随着第三框架6作直线往复运动;
所述第四框架7以角速度ω3转动,所述第三连杆8通过铰链副与第三框架6连接于O5处,所述O5在第三框架6上的位置是固定的,所述第三连杆8通过导轨副与第五框架9连接于D5处,所述D5在第五框架9上直线移动,所述第五框架9通过导轨副与第六框架10连接于D6处,所述D6在第六框架10上直线移动,所述D6移动方向与D5移动方向相互垂直;
所述第五框架9作直线往复运动,若不考虑各转动件之间的相位关系,其运动规律为
(3)
式中t为时间。式(3)所对应的正弦函数积机构可称为三阶正弦函数积机构。
根据以上原理,不难推导出更多的高阶正弦函数积机构,显然,更多的高阶正弦函数积机构均落入本发明的技术方案构思而不再具有创造性。
另外,本实施例中,所述第一连杆2也可以选择通过铰链副与第一框架3连接于Q1处,所述Q1在第一框架3上的位置是固定的,其工作机理与实施例2相同。
或者是:所述第二连杆5可以通过铰链副与第三框架6连接于Q2处,所述Q2在第三框架6上的位置是固定的,其工作机理与实施例3相同。
再或者是:所述第三连杆8可以通过铰链副与第五框架9连接于Q3处,所述Q3在第五框架9上的位置是固定的,该处的Q3与实施例2的Q1、实施例3的Q2工作机理相同。
对于更多的高阶正弦函数积机构,每一阶的连杆均可以通过铰链副与对应框架连接于Qi处,所述Qi在对应框架上的位置是固定的。其中,i=1、2、3、…、n,n为阶数。
本实施例的方案适用于各种新型直线往复运动设备。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举,仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式,本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。
Claims (10)
1.一种正弦函数积机构,其特征在于,所述机构包括曲柄、第一连杆、第一框架、第二框架、第二连杆、第三框架和第四框架,所述曲柄以角速度ω1绕O1转动,所述第一连杆通过铰链副与曲柄连接于O2处,所述O2绕O1转动,所述第一连杆通过导轨副或铰链副与第一框架连接,所述第一框架通过导轨副与第二框架连接于D2处,所述D2在第二框架上直线移动,
所述第二框架以角速度ω2转动,所述第二连杆通过铰链副与第一框架连接于O3处,所述O3在第一框架上的位置是固定的,所述第二连杆通过导轨副或铰链副与第三框架连接,所述第三框架通过导轨副与第四框架连接于D4处,所述D4在第四框架上直线移动,所述第三框架作直线往复运动;
所述O1在第四框架上,并且其位置是固定的。
2.如权利要求1所述的正弦函数积机构,其特征在于,所述第一连杆通过导轨副与第一框架连接于D1处,所述D1在第一框架上直线移动,所述D1移动方向与D2移动方向相互垂直。
3.如权利要求1所述的正弦函数积机构,其特征在于,所述第一连杆通过铰链副与第一框架连接于Q1处,所述Q1在第一框架上的位置是固定的。
4.如权利要求1所述的正弦函数积机构,其特征在于,所述第二连杆通过导轨副与第三框架连接于D3处,所述D3在第三框架上直线移动,所述D3移动方向与D4移动方向相互垂直。
5.如权利要求1所述的正弦函数积机构,其特征在于,所述第二连杆通过铰链副与第三框架连接于Q2处,所述Q2在第三框架上的位置是固定的。
6.如权利要求1~5之一所述的正弦函数积机构,其特征在于,所述正弦函数积机构还包括第三连杆、第五框架、第六框架,与第三框架联动的O5随着第三框架作直线往复运动,所述第四框架以角速度ω3转动,所述第三连杆通过铰链副与第三框架连接于O4处,所述O4在第三框架上的位置是固定的,所述第三连杆通过导轨副或铰链副与第五框架连接,所述第五框架通过导轨副与第六框架连接于D6处,所述D6在第六框架上直线移动。
7.如权利要求6所述的正弦函数积机构,其特征在于,所述第三连杆通过导轨副与第五框架连接于D5处,所述D5在第五框架上直线移动,所述D5移动方向与D6移动方向相互垂直。
8.如权利要求6所述的正弦函数积机构,其特征在于,所述第三连杆通过铰链副与第五框架连接于Q3处,所述Q3在第五框架上的位置是固定的,所述第五框架作直线往复运动。
9.如权利要求6所述的正弦函数积机构,其特征在于,所述第二连杆、第三框架和第四框架为二阶组件,所述第三连杆、第五框架、第六框架为三阶组件,所述正弦函数积机构还包括第四连杆、第七框架和第八框架组成的四阶组件,……,第n连杆、第2n-1框架和2n框架组成的n阶组件,n为整数且n>4,每一阶组件的连杆、两个框架之间的连接关系相同。
10.如权利要求6所述的正弦函数积机构,其特征在于,所述第二框架以角速度ω2绕O1转动;所述第四框架以角速度ω3绕O1转动;所述曲柄转动角速度ω1为常数;所述曲柄转动角速度ω2和ω3为常数。
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