CN116989107A - 一种具有恒定传动比的空间多环连杆机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有恒定传动比的空间多环连杆机构，涉及机械设备传动机构技术领域。包括第一贝内特机构、第二贝内特机构和第三贝内特机构，第一贝内特机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，第二贝内特机构包括第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，第三贝内特机构包括第五连杆、第六连杆第七连杆和第八连杆，第一贝内特机构与第二贝内特机构通过共用第三连杆和第四连杆实现耦合连接，第二贝内特机构和第三贝内特机构通过共用第五连杆和第六连杆实现耦合连接。本发明可代替交错轴齿轮副或蜗轮蜗杆的低副机构，具有惯量低，及在高速往复运动环境下噪音、振动和破损小的特点。

Description

一种具有恒定传动比的空间多环连杆机构

技术领域

本发明属于机械设备传动机构技术领域，更具体地说，是涉及一种具有恒定传动比的空间多环连杆机构。

背景技术

蜗轮蜗杆、齿轮齿条和链轮链条等机械传动部件能够按一定的恒定传动比实现运动传递，在众多机械装备中均有广泛应用。然而，上述传动部件并不适用于要求低惯量以实现高速往复运动的应用场合，例如，高速并联机构和腿式机器人等。因为，高速的往复运动会使高副的接触处承受较大冲击，进而导致噪音、振动和破损的产生。同时，相较于连杆机构，蜗轮蜗杆等传动部件的制造成本更高，制造难度更大。因此，在部分应用场合，设计者会采用惯量低且结构简洁的低副连杆机构代替高副传动部件。目前，申请人已提出了多环平面连杆机构和多环球面连杆机构，以实现平行轴或相交轴之间的恒定传动比运动；但是关于异面轴线之间的恒定传动比传动，尚未有相应的空间多环连杆机构被设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有恒定传动比的空间多环连杆机构，解决交错轴齿轮副或蜗轮蜗杆的高副低代，实现具有恒定传动比的空间多环连杆机构，进而减小高速往复运动环境下传动装置的噪音、振动和破损。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种具有恒定传动比的空间多环连杆机构，包括：第一贝内特机构、第二贝内特机构和第三贝内特机构，所述第一贝内特机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第二贝内特机构包括第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，所述第三贝内特机构包括第五连杆、第六连杆第七连杆和第八连杆，所述第一贝内特机构与所述第二贝内特机构通过共用所述第三连杆和所述第四连杆实现耦合连接，所述第二贝内特机构和第三贝内特机构通过共用所述第五连杆和所述第六连杆实现耦合连接。

优选地，在所述第一连杆的两端分别设有第一轴孔和第二轴孔；在所述第二连杆的两端分别设有第三轴孔和第四轴孔；在所述第三连杆的两端分别设有第五轴孔和第七轴孔，在所述第三连杆上还设有第六轴孔，所述第六轴孔设于所述第五轴孔和所述第七轴孔之间；在所述第四连杆的两端分别设有第八轴孔和第九轴孔；在所述第五连杆的两端分别设有第十轴孔和第十二轴孔，在所述第五连杆上还设有第十一轴孔，所述第十一轴孔设于所述第十轴孔和所述第十二轴孔之间；在所述第六连杆的两端分别设有第十三轴孔和第十五轴孔，在所述第六连杆上还设有第十四轴孔，所述第十四轴孔设于所述第十三轴孔和所述第十五轴孔之间；在所述第七连杆的两端分别设有第十六轴孔和第十七轴孔；在所述第八连杆的两端分别设有第十八轴孔和第十九轴孔；

所述第一轴孔与第一转轴套设固接，所述第九轴孔和第十三轴孔均与所述第一转轴套设连接；所述第二轴孔和所述第三轴孔均与第二转轴套设连接，所述第四轴孔和所述第五轴孔均与第三转轴套设连接，所述第六轴孔与所述第十轴孔均与第四转轴套设连接，所述第七轴孔与所述第八轴孔均与第五转轴套设连接，所述第十一轴孔与所述第十四轴孔均与第六转轴套设连接，所述第十二轴孔与所述第十六轴孔均与第七转轴套设连接，所述第十七轴孔与所述第十九轴孔均与第八转轴套设连接，所述第十五轴孔与第九转轴套设连接，所述第十八轴孔与所述第九转轴套设固接。

优选地，所述第一转轴为输入端，所述第九转轴为输出端。

优选地，第一轴孔与第三轴孔之间的距离和转角，与第五轴孔和第七轴孔之间的距离和转角分别相等；第三轴孔与第四轴孔之间的距离和转角，与第八轴孔和第九轴孔之间的距离和转角分别相等；第一轴孔和第三轴孔之间的距离与第二轴孔和第四轴孔之间的距离的比值，等于第一轴孔和第三轴孔的扭角正弦与第二轴孔和第四轴孔的扭角正弦的比值；第六轴孔与第七轴孔之间的距离和转角，与第十三轴孔和第十四轴孔之间的距离和转角分别相等；第八轴孔与第九轴孔之间的距离和转角，与第十轴孔和第十一轴孔之间的距离和转角分别相等；第八轴孔和第十三轴孔之间的距离与第九轴孔和第十四轴孔之间的距离的比值，等于第八轴孔和第十三轴孔的扭角正弦与第九轴孔和第十四轴孔的扭角正弦的比值；第十一轴孔与第十二轴孔之间的距离和转角，与第十八轴孔和第十九轴孔之间的距离和转角分别相等；第十四轴孔与第十五轴孔之间的距离和转角，与第十六轴孔和第十七轴孔之间的距离和转角分别相等；第十六轴孔和第十八轴孔之间的距离与第十七轴孔和第十九轴孔之间的距离的比值，等于第十六轴孔和第十八轴孔的扭角正弦与第十七轴孔和第十九轴孔的扭角正弦的比值。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过第一贝内特机构与第二贝内特机构的耦合连接和第二贝内特机构与第三贝内特机构耦合连接形成空间多环连杆机构，驱动第一转轴为输入端，同时并以第九转轴209为输出端，可以使得该空间多环连杆机构可以实现固定传动比传动，用该机构代替交错轴齿轮副或蜗轮蜗杆，可减小高速往复运动环境下传动装置的噪音、振动和破损。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中各转轴的空间连接结构示意图；

图3为第一连杆的结构示意图；

图4为第二连杆的结构示意图；

图5为第三连杆的结构示意图；

图6为第四连杆的结构示意图；

图7为第五连杆的结构示意图；

图8为第六连杆的结构示意图；

图9为第七连杆的结构示意图；

图10为第八连杆的结构示意图；

图中：101、第一连杆；101a、第一轴孔；101b、第二轴孔；102、第二连杆；102a、第三轴孔；102b、第四轴孔；103、第三连杆；103a、第五轴孔；103b、第六轴孔；103c、第七轴孔；104、第四连杆；104a、第八轴孔；104b、第九轴孔；105、第五连杆；105a、第十轴孔；105b、第十一轴孔；105c、第十二轴孔；106、第六连杆；106a、第十三轴孔；106b、第十四轴孔；106c、第十五轴孔；107、第七连杆；107a、第十六轴孔；107b、第十七轴孔；108、第八连杆；108a、第十八轴孔；108b、第十九轴孔；201、第一转轴；202、第二转轴；203、第三转轴；204、第四转轴；205、第五转轴；206、第六转轴；207、第七转轴；208、第八转轴；209、第九转轴。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

如图1所示，空间多环连杆机构包括第一贝内特机构、第二贝内特机构和第三贝内特机构。第一贝内特机构包括第一连杆101、第二连杆102、第三连杆103和第四连杆104，第二贝内特机构包括第三连杆103、第四连杆104、第五连杆105和第六连杆106，第三贝内特机构包括第五连杆105、第六连杆106第七连杆107和第八连杆108，第一贝内特机构与第二贝内特机构通过共用第三连杆103和第四连杆104实现耦合连接，第二贝内特机构和第三贝内特机构通过共用第五连杆105和第六连杆106实现耦合连接。

如图3-10所示，在第一连杆101的两端分别设有第一轴孔101a和第二轴孔101b；在第二连杆102的两端分别设有第三轴孔102a和第四轴孔102b；在第三连杆103的两端分别设有第五轴孔103a和第七轴孔103c，在第三连杆103上还设有第六轴孔103b，第六轴孔103b设于第五轴孔103a和第七轴孔103c之间；在第四连杆104的两端分别设有第八轴孔104a和第九轴孔104b；在第五连杆105的两端分别设有第十轴孔105a和第十二轴孔105c，在第五连杆105上还设有第十一轴孔105b，第十一轴孔105b设于第十轴孔105a和第十二轴孔105c之间；在第六连杆106的两端分别设有第十三轴孔106a和第十五轴孔106c，在第六连杆106上还设有第十四轴孔106b，第十四轴孔106b设于第十三轴孔106a和第十五轴孔106c之间；在第七连杆107的两端分别设有第十六轴孔107a和第十七轴孔107b；在第八连杆108的两端分别设有第十八轴孔108a和第十九轴孔108b；

如图2所示，第一轴孔101a与第一转轴201套设固接，第九轴孔104b和第十三轴孔106a均与第一转轴201套设连接；第二轴孔101b和第三轴孔102a均与第二转轴202套设连接，第四轴孔102b和第五轴孔103a均与第三转轴203套设连接，第六轴孔103b与第十轴孔105a均与第四转轴204套设连接，第七轴孔103c与第八轴孔104a均与第五转轴205套设连接，第十一轴孔105b与第十四轴孔106b均与第六转轴206套设连接，第十二轴孔105c与第十六轴孔107a均与第七转轴207套设连接，第十七轴孔107b与第十九轴孔108b均与第八转轴208套设连接，第十五轴孔106c与第九转轴209套设连接，第十八轴孔108a与第九转轴209套设固接。

第一轴孔101a与第三轴孔102a之间的距离和转角，与第五轴孔103a和第七轴孔103c之间的距离和转角分别相等；第三轴孔102a与第四轴孔102b之间的距离和转角，与第八轴孔104a和第九轴孔104b之间的距离和转角分别相等；第一轴孔101a和第三轴孔102a之间的距离与第二轴孔101b和第四轴孔102b之间的距离的比值，等于第一轴孔101a和第三轴孔102a的扭角正弦与第二轴孔101b和第四轴孔102b的扭角正弦的比值；第六轴孔103b与第七轴孔103c之间的距离和转角，与第十三轴孔106a和第十四轴孔106b之间的距离和转角分别相等；第八轴孔104a与第九轴孔104b之间的距离和转角，与第十轴孔105a和第十一轴孔105b之间的距离和转角分别相等；第八轴孔104a和第十三轴孔106a之间的距离与第九轴孔104b和第十四轴孔106b之间的距离的比值，等于第八轴孔104a和第十三轴孔106a的扭角正弦与第九轴孔104b和第十轴四孔106b的扭角正弦的比值；第十一轴孔105b与第十二轴孔105c之间的距离和转角，与第十八轴孔108a和第十九轴孔108b之间的距离和转角分别相等；第十四轴孔106b与第十五轴孔106c之间的距离和转角，与第十六轴孔107a和第十七轴孔107b之间的距离和转角分别相等；第十六轴孔107a和第十八轴孔108a之间的距离与第十七轴孔107b和第十九轴孔108b之间的距离的比值，等于第十六轴孔107a和第十八轴孔108a的扭角正弦与第十七轴孔107b和第十九轴孔108b的扭角正弦的比值；

本实施例中，第一转轴201为输入端，第九转轴209为输出端。本实施例能够实现2：1恒定转动比。为了使空间多环连杆机构能够实现2：1恒定转动比，在设计过程中，需要建立具备恒定传动比特性的运动多项式模型；再利用超复数因子分解理论，获得运动多项式的因子分解形式，进而映射得到具备两个转动副的串联链；然后根据运动约束理论添加连杆，与串联链形成多个贝内特机构，进而限制非期望运动。通过上述计算及设计。空间多环连杆机构可以实现2：1恒定传动比。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有恒定传动比的空间多环连杆机构，其特征在于，包括：第一贝内特机构、第二贝内特机构和第三贝内特机构，所述第一贝内特机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第二贝内特机构包括第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，所述第三贝内特机构包括第五连杆、第六连杆第七连杆和第八连杆，所述第一贝内特机构与所述第二贝内特机构通过共用所述第三连杆和所述第四连杆实现耦合连接，所述第二贝内特机构和第三贝内特机构通过共用所述第五连杆和所述第六连杆实现耦合连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有恒定传动比的空间多环连杆机构，其特征在于，在所述第一连杆的两端分别设有第一轴孔和第二轴孔；在所述第二连杆的两端分别设有第三轴孔和第四轴孔；在所述第三连杆的两端分别设有第五轴孔和第七轴孔，在所述第三连杆上还设有第六轴孔，所述第六轴孔设于所述第五轴孔和所述第七轴孔之间；在所述第四连杆的两端分别设有第八轴孔和第九轴孔；在所述第五连杆的两端分别设有第十轴孔和第十二轴孔，在所述第五连杆上还设有第十一轴孔，所述第十一轴孔设于所述第十轴孔和所述第十二轴孔之间；在所述第六连杆的两端分别设有第十三轴孔和第十五轴孔，在所述第六连杆上还设有第十四轴孔，所述第十四轴孔设于所述第十三轴孔和所述第十五轴孔之间；在所述第七连杆的两端分别设有第十六轴孔和第十七轴孔；在所述第八连杆的两端分别设有第十八轴孔和第十九轴孔；

所述第一轴孔与第一转轴套设固接，所述第九轴孔和第十三轴孔均与所述第一转轴套设连接；所述第二轴孔和所述第三轴孔均与第二转轴套设连接，所述第四轴孔和所述第五轴孔均与第三转轴套设连接，所述第六轴孔与所述第十轴孔均与第四转轴套设连接，所述第七轴孔与所述第八轴孔均与第五转轴套设连接，所述第十一轴孔与所述第十四轴孔均与第六转轴套设连接，所述第十二轴孔与所述第十六轴孔均与第七转轴套设连接，所述第十七轴孔与所述第十九轴孔均与第八转轴套设连接，所述第十五轴孔与第九转轴套设连接，所述第十八轴孔与所述第九转轴套设固接。

3.根据权利要求2所述的一种具有恒定传动比的空间多环连杆机构，其特征在于，所述第一转轴为输入端，所述第九转轴为输出端。

4.根据权利要求3所述的一种具有恒定传动比的空间多环连杆机构，其特征在于，第一轴孔与第三轴孔之间的距离和转角，与第五轴孔和第七轴孔之间的距离和转角分别相等；第三轴孔与第四轴孔之间的距离和转角，与第八轴孔和第九轴孔之间的距离和转角分别相等；第一轴孔和第三轴孔之间的距离与第二轴孔和第四轴孔之间的距离的比值，等于第一轴孔和第三轴孔之间的扭角正弦与第二轴孔和第四轴孔的扭角正弦的比值；第六轴孔与第七轴孔之间的距离和转角，与第十三轴孔和第十四轴孔之间的距离和转角分别相等；第八轴孔与第九轴孔之间的距离和转角，与第十轴孔和第十一轴孔之间的距离和转角分别相等；第八轴孔和第十三轴孔之间的距离与第九轴孔和第十四轴孔之间的距离的比值，等于第八轴孔和第十三轴孔的扭角正弦与第九轴孔和第十四轴孔的扭角正弦的比值；第十一轴孔与第十二轴孔之间的距离和转角，与第十八轴孔和第十九轴孔之间的距离和转角分别相等；第十四轴孔与第十五轴孔之间的距离和转角，与第十六轴孔和第十七轴孔之间的距离和转角分别相等；第十六轴孔和第十八轴孔之间的距离与第十七轴孔和第十九轴孔之间的距离的比值，等于第十六轴孔和第十八轴孔的扭角正弦与第十七轴孔和第十九轴孔的扭角正弦的比值。