CN1306189C - “门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明是由门氏A杆和门氏B杆和输出杆组合出二种孪生的双滑块精确直线驱动装置和卡当精确直线驱动装置，驱动杆9上的圆轨迹点M是以O为圆心，OM为半径的相应构件约束、杆上的直线轨迹点B在X轴线的相应构件约束、杆上的摆移支点A沿Y轴线有少许直移兼摆动；该杆背面纵槽中置入卡当驱动销7作输入驱动，若该杆对称于Y轴线以2α的摆角摆动时，迫使上述三个特殊点按各自的约束轨迹合成为按椭圆运动规律作往复摆动输出。本发明的“门氏杆”和缩放仪等组合并联等形式能突破扑翼飞行、机械步行、拍动翼水中推进、双桨等难题项目变成现实产品，可应用各种机器、仪器、装置中需要往复行程可调的精确直线驱动或角度驱动及系列的直线驱动器独立单元供选用。

Description

“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置

一、技术领域：

本发明涉及的“门内马斯摆杆”^*是一种多能驱动杆，自带能自锁的卡当离合器，有吸收摆动冲击力的结构，特别适用于步行机械腿、扑翼飞行机构、水中拍动翼推进、精确直线驱动、双桨装置等；可用于各种机器、仪器和装置中作可调角度的往复摆动和可调行程的直线驱动或传动；机电一体化中的“驱动器”的单元中作直线驱动和角度驱动机构使用。

二、背景技术：

从双滑块椭圆仪机构[1]和卡当椭圆仪机构[2]的原理图中都详细说明和分析了“运动杆”，杆上都存在某个特殊点能走出精确直线轨迹来，这样就演变成为现有的精确直线导向机构[3]和埃万斯连杆机构[4]，国内很多学者认为要设计精确直线导向机构，用克姆佩定理，反演法或互反曲线法，但无论哪一种方法，在应用上都比较困难，所以在工程机械中精确直线导向机构的应用是极少见的；对往复直线移动的、行程可调的、有卡尔登齿轮机构[5]和齿轮导杆行星机构[6]等。数百年以来人类的智慧和经验积累了无数的分散的机构和装置，有的似乎风、马、牛不相及，其实都是古希腊门内马斯(Menaechmus，公元前375。325年)的椭圆家族中引伸出来的机构。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种以往复摆动做为输出形式的“门内马斯摆杆”。此杆从结构上分为直杆、弯杆和组合杆等；从功能和作用上分为驱动杆、摆动杆和传动杆；从应用或类型上分为门氏A杆、门氏B杆和门氏上杆等，简称“门氏杆”，将该摆杆并联、串联或与缩放仪等若干构件组合，能解决很多技术领域的难题。从该摆杆上的直线轨迹点B与输出杆等构件组合，就形成本发明中二种精确直线驱动装置。门内马斯摆杆的其它组合在后继发明中主要解决的任务有：

1.“门内马斯摆杆”与步行机械腿装置(01112242.0)

2.“门内马斯摆杆”与拍动翼推进器装置(01132607.7)

3.“门内马斯摆杆”与双桨装置(01145363.X)

4.“门内马斯摆杆”与扑翼飞行装置(02107257.4)

在“门内马斯摆杆”的结构中自身带有一种能随时在切断动力输入时又具有自锁功能的“卡当离合器”^**。

为实现发明目的，本发明的解决方案综合了双滑块椭圆仪和卡当椭圆仪二种机构原理中“运动杆”的特性和满足OM＝MB＝MA的条件，把卡当行星机构作为输入机构，其特征在于：驱动杆对称于纵轴线Y-Y，以2α的摆动角按“运动杆”在椭圆中的运动规律作往复摆动输出时，杆上的圆轨迹点M是被约束在壳体的几何中心O为圆心，OM为半径的结构中按圆周轨迹运动、杆上的直线轨迹点B是被强迫在横轴线X-X的结构中作往复直线运动、杆上的摆移支点A约束在纵轴线Y-Y上有微量上下直线兼旋转摆动、杆上的其余点都以O点为椭圆中心，以不同的椭圆曲线轨迹摆动，即杆上所有的点都是运动的，俗名“活摆杆”。

卡当驱动销和滚轮置入驱动杆背面的纵槽a-a之中的输出驱动就迫使杆上的M、B、A三个特殊点进行运动合成，形成按椭圆运动规律作往复摆动为主要输出方式；将行星齿轮与内齿圈的啮合定位点确定在卡当驱动销的中心与横轴线X-X重合的内齿圈节圆上的B点或B’点上时则驱动杆的摆动半角α最大，输出行程L最长，若通过内齿圆套外蜗轮与蜗杆啮合的传动副或者与内齿圈套径向固连手柄等将啮合定位点转移到纵轴线Y-Y上的B₁或B₂点位置时，则驱动杆的摆动半角α为零，输出行程L＝0，在行程为零和最大之间或摆动半角α为零和最大之间通过手柄或蜗杆副等调控装置对内齿圈的方位角在0到90°内实现有级或无级等手段对往复行程大小作任意改变，在输出行程L＝0的同时，卡当驱动销的输入动力被切断、驱动杆被锁定于纵轴线Y-Y，特别对于01112242.0案的站立自锁和02107257.4案的翱翔自锁。

曲柄销与卡当驱动销是双重行星旋转曲柄机构和三联滚轮在内齿圈套内的纯滚动对承力分担和吸收驱动杆在摆动中的惯性冲击力，特别对实现02107257.4案目的和对01112242.0案的快速奔走。

门氏A杆是由双滑块椭圆仪机构原理及精确直线导向机构发展而成；门氏B杆是从卡当椭圆仪机构原理直接演变而成；门氏上杆的三个特殊点的约束可采用门氏A杆的约束形式或采用门氏B杆的约束形式，然后从摆移支点A处向外延长作为输出段，门氏A杆，门氏B杆和门氏上杆通称“门内马斯摆杆”简称门氏杆，门氏A杆和门氏B杆杆上任意点速度对称于纵轴线Y-Y，以α半角摆动时其纵轴线Y-Y附近速度大于折返点附近速度，门氏上杆输出段上速度则相反，门氏A杆，B杆结构特性和运动特性利于步行或飞行及01145363.X双桨案等，门氏上杆结构特征和运动特征利于01132607.7水中拍动翼推进案。

“门内马斯摆杆”从结构上分为直杆、弯杆和组合杆；将门氏杆和缩放仪机构组合，能产生站立自锁、大小步幅任意变化的步行机械腿；将二根门氏杆用卡当驱动销在杆上直线轨迹点B处呈水平状态并联驱动，能组合成为作扑翼飞行机构，若串联一下还能另外组合为复翼飞行装置等。

“门氏A杆”是由双滑块椭圆仪机构原理发展为精确直线导向机构后再发展成为本发明。“精确直线驱动装置”。门氏A杆圆轨迹点M的约束方式有二种：在驱动杆圆轨迹点M处孔中压入的轴销上空套着滚轮一起置入到壳体端面的同心环槽之中；两端有孔的直连杆一端直接与圆轨迹点M处孔铰连，另端与壳盖或横梁板上与几何中心同轴线的投影孔铰连。门氏A杆上的直线轨迹点B孔处压入的轴销上空套着滚轮一起置入到与壳体径向固连的横梁板上对称横槽之中，约束滚轮中心只能沿横轴线X-X上作往复直线运动。摆移支点A的约束仍在壳体上端对称短槽中的纵轴线Y-Y上方有少许上下直线运动外又要以2α摆角作旋转摆动，这样门氏A杆上的M、B、A三个特殊点都各按规定的轨迹运动。从直线轨迹点B处孔中固有轴销，其上空套在输出杆左端内孔中，另一头从横粱板上的立耳的滑套中伸出就是门氏A杆型的精确直线驱动装置。

“门氏B杆”是从卡当椭圆仪机构原理直接演变为本发明全转动的、高精度的、独创的“卡当精确直线驱动装置”^***，门氏B杆上圆轨迹点M和直线轨迹点B的共同约束和运动合成是通过锚式摆动连杆大端上轴销放入到横梁板的中央座孔中并和几何中心O保持重合，其小端孔中用轴销压入到门氏B杆的圆轨迹点M处的孔中和小端孔转合，在锚式摆动连杆上制有以M为圆心，以R为半径的弧状柱台与空套在门氏B杆的直线轨迹点B处的固定轴销上其转动半径为r的滚轮之间保持纯滚动，即R+r＝OM＝MB＝MA。对摆移支点A的约束仍是在壳体上端的对称短槽中的纵轴线Y-Y上方有少许上下直线运动外又要以2α摆角作旋转摆动。输出杆的一端也是套在直线轨迹点B处固定的轴销上，另一端从横梁板上立耳的滑套中伸出就是门氏B杆型的卡当精确直线驱动装置。

“门氏上杆”的M点和B点约束和限制可采用门A杆型或门氏B杆型的约束方式不拘。从门氏上杆的摆移支点A点向外延长一定合适的长度作为输出段。

啮合定位点是卡当驱动销中心要和内齿圈上的凹齿槽和行星齿轮装配时相啮合的凸齿的啮合平分线有意定在横轴线X-X上的内齿圈节圆上的节点B或B’重合，作为内齿圈在壳体内最大方位角的基准点；通过手柄或其他调控机构将啮合定位点转移到纵轴线Y-Y上的B₁或B₂点时是内齿圈在壳体内的方位角在最小(零)方位角的基准点，也可称做卡当离合器基准。只有当啮合定位点B₁或B₂处在纵轴线Y-Y上时，驱动杆背面纵向槽a-a轴线和Y-Y对称重合，滑合装配在纵向槽a-a之中的驱动销及滚轮(或滑块)的中心是作上下运动的轨迹和纵轴线Y-Y完全重合而不对纵向槽壁产生驱动力，故输入动力被切断，驱动杆被锁定在纵轴线Y-Y的铅垂线位置上固定不动而成为一种特有的卡当离合器。若反时针转动手柄或其他调控机构将啮合定位点转移调整到内齿圈节圆上的B₃点方位角时，卡当驱动销中心的驱动轨迹是B₃、B₄是内齿圈节径，其B₃、B₄点投影到横轴线X-X的距离L₁是输出杆的实际往复行程长度，或相应的驱动杆的摆动半角α；若继续反时针通过手柄等调控手段将啮合定位点转移到横轴线X-X上的B或B’点时，由于内齿圈节圆直径等于这两个啮合定位点B，B’的投影点之间的距离，故输出杆的往复行程L最长，驱动杆的摆动半角α最大；在最小(零)方位角的啮合定位点和最大方位角啮合定位点之间可以通过各种调控机构、手动、半自动或全自动地随意将输出杆的行程大小在O-L之间随意变化，也可以将驱动杆的摆动半角在O-α之间随意变化，也可以通过啮合传动或摩擦传动实现有级或无级的行程长度和摆动半角大小任意变化。

卡当驱动销宜和三联滚轮总体锻造加工，行星齿轮应该压合在三联滚轮的轴台上紧固并装入到曲柄销中共同围绕内齿圈作行星周转运动，三联滚轮外圆柱面也在内齿圈套中的内孔中作纯滚动，这对悬臂的曲柄销和卡当驱动销起受力分担的作用，由于卡当行星输入机构中的曲柄轴和曲柄销及卡当驱动销之间形成了双重的曲柄旋转机构，特别是当驱动杆摆动到二个折返点位置反向时，驱动杆上的构件质量的惯性冲击力，能被作旋转运动中的双重曲柄所吸收。

从若干现有的往复摆动机构中其摆动部件都有固定的摆动支点是不容置疑的，然而本发明“门内马斯摆杆”的杆上的每一个点都是运动的，连摆移支点也是作直移和转动，故称“活摆杆”，具有摆动半角α愈小愈省力的(力臂愈长)、往复行程中摆动半角α大小可调、往复行程中直线行程可调、有自锁离合器、特别在以对称轴线作摆动输出时的每个周期内有速度的交替变化、可设定不同的输出运动轨迹。“门内马斯摆杆”是多能的驱动杆，尤其在“走”(步行)、“游”(拍动翼推进)、“飞”(扑翼机构)等应用领域中可以突破和解决很多在机械上长期不好解决的技术难题：

1、在“门内马斯摆杆“的直线轨迹点B处座孔中的固定轴销上，套上的输出杆从横粱板凸耳的衬套中穿出，这就是类似于埃万斯连杆机构的精确直线驱动装置。这至少可从瓦特发明蒸气机时要求实现滑阀的精确直线运动至今未见分晓的技术难题已得到了澈底解决(背景资料[3]“序”、“P1”)，国内学者对精确直线导向机构的看法和见解也说明了国际上学者也没有解决精确直线导向机构的应用上的难题。

由双滑块椭圆仪机构演变为精确直线导向机构再发展成本发明的“精确直线驱动装置”；由卡当椭圆仪机构直接发展成为本发明的“卡当精确直线驱动装置”，二者是孪生的门内马斯精确直线驱动装置，其应用领域是宽广的，可以渗入若干种类的机构中，特别是需要直线往复行程可调和摆动半角行程可调的若干机器、仪器、装置之中，如直线驱动器，角度驱动器，滑阀，替代导轨，重型机械，纺织机械，雷达天线，平磨的往复工作台，锯床的锯弓的往复运动等诸多应用领导域中都应有一席之地，特别是“门氏B杆型的卡当精确直线驱动装置”其直线精确度应更比门氏A杆型的精确直线驱动装置更胜一筹。

2、“门内马斯摆杆”和缩放控制机构组合，能设计站立自锁及大，小步幅的任意变化的一种步行机械腿(在01112242.0案中详述)

3、“门内马斯摆杆”中的“门氏上杆”，特别适于水中作驱动用，可成为一种高效的拍动翼推进器装置。(在01132607.7案中详述)

4、将二根“门内马斯摆杆”并联驱动组合，可成为典型的扑动翼飞行机构装置，若再串联一下可以成为蜻蜒式的复翼飞行机构装置。(在02107257.4案中详述)

5、简化“门内马斯摆杆”，取消卡当行星输入机构，在并联点部位用人力直接驱动，再配合上缩放式的划桨后，是一种行进方向朝前的坐式划桨的双桨装置。(在01145363.X案中详述)

6、“门内马斯摆杆”中含有特殊的“卡当离合器”属于切断输入动力与自锁同时进行的离合器，如果现有离合器领域没有这种特征的离合器品种，那么“门内马斯摆杆”本身也是一种具有离合器功能的“离合器”的产品发明，至少这种离合器特别适用于步行机械腿装置、扑翼飞行装置和拍动翼推进器装置和二个孪生的精确直线驱动装置中自锁、行程调整和离合器的作用。

四、附图说明：

下面结合附图和具体实施例对本发明作过一步详细说明。

图1是本发明“门内马斯摆杆”中“门氏A杆”型双滑块精确直线驱动装置第一实施例主视结构示意图。

图2是当驱动杆摆到纵轴线位置时的全剖示意图。

图3是本发明“门内马斯摆杆”中“门氏B杆”型卡当精确直线驱动装置第二实施例主视结构示意图。

图4是当驱动杆摆到纵轴线位置时的全剖示意图。

图5是图4中A向行程调整手柄位置示意图。

图6是图2中B-B向的输入曲柄盘及配重示意图。

图7是图2中A-A局部剖视的蜗轮蜗杆传动副示意图。

五、具体实施方式：

在图1、2、6、7、的结构示意图中，动力由电动机或其它动力装置经多级减速后到达与曲柄轴2固连的输入轮1。三联滚轮3和行星齿轮4压合在一起装入到曲柄销5上共同绕内齿圈6作行星运转，三联滚轮3的外圆柱面设计在内齿圈套22的内孔中随行星齿轮4一同作行星纯滚动，这对输入曲柄2上的壳体主轴承及曲柄销5、卡当驱动销7相转动配合的轴承上的受力状况起一定的承力分担作用，尤其对曲柄销5和卡当驱动销7这种受力较大的悬臂轴的寿命、安全、振动、承载等都有好处。在输入曲柄2，曲柄销5和卡当驱动销7之间所形成的双重曲柄机构，当驱动杆9摆动到两个折返点时，其杆上的构件质量的惯性冲击力，能被这种动态旋转的双重曲柄所吸收，所以“门内马斯摆杆”在工作摆动时的振动非常轻微。曲柄轴2与曲柄盘10呈整体加工，其上有配重平衡调整块11和固紧螺钉32，对驱动杆9在旋转摆动中出现的不平衡状态进行动平衡调整。

由于行星齿轮4的节圆直径与内齿圈6的节圆直径之比是1∶2时内摆线变成了内齿圈6的节径直线，这时的行星齿轮4和内齿圈6就成为卡当圆。卡当驱动销7中心位于行星齿轮4凸齿平分线上节点对正的三联滚轮3的孔中并压合在二者之中不能有所松动(最好将卡当驱动销7与三联滚轮3锻成总体后加工)，卡当驱动销上空套有滚轮8或滑块一起置入到驱动杆9背面的纵向槽a-a之中对驱动杆9作输入驱动。

横梁板12穿过驱动杆9中方孔被安装在壳体13径向端面上用二个精密柱螺栓与壳体13定位连结(图未示)，横梁板12内有对称横槽，其对称轴线与壳体13上的横轴线X-X重合，横梁板12上横槽有效长度要略大于内齿圈6节径加滚轮14直径之和。将滚轮14空套到驱动杆9的直线轨迹点B处孔中压入的带台轴销15上，并装入到横梁板12的长槽之中来约束驱动杆9杆上直线轨迹点B只能沿横轴线上作往复直线运动；驱动杆9杆上的圆轨迹点M处孔中压入带台轴销16并空套上滚轮17后一起置入到壳体13的几何中心O为圆心，以OM为半径在壳体13端面上的环形槽18之中进行对驱动杆9杆上圆轨迹点M的分别约束；用带台轴销19上空套着滚轮20后压入到驱动杆9杆上摆移支点A处的孔中，然后装入到壳体13的上端处所制出的与纵轴线Y-Y对称的槽21中约束摆移支点A只能沿纵轴线Y-Y作微量上下直线运动外又要以2α摆角作旋转摆动。驱动杆9杆上这三个特殊点B、M、A在各自的约束和限制下，只能按规定的要求运动和运动合成使驱动杆9杆上其余点都按椭圆曲线轨迹作往复摆动，正是连摆移支点A也是上、下运动和转动，故称“门内马斯摆杆是“活摆杆”，故B、M、A这三个特殊点与壳体13的几何中心O之间就可满足OM＝MB＝MA的基本运动条件。

内齿圈6是压入到内齿圈套22内孔中固连的，内齿圈套22的外圆周围有蜗轮轮齿24放入到壳体13的内孔中转动配合，并和壳体13上切向安装的蜗杆23组成蜗轮蜗杆传动副。将内齿圈6上的凹齿和行星齿轮4的凸齿在装配时的啮合定位点(即卡当驱动销7的中心点)有意重合在横轴线X-X上面的B点(内齿圈6左节点上)或B’都可定为啮合定位点时，则驱动杆9背面纵向槽a-a中的卡当驱动销7中心的驱动轨迹是重合在横轴线X-X上的内齿圈6的节圆直径直线B-B’，故驱动杆9是以最大的摆动半角α作往复摆动；杆上的直线轨迹点B是以最大的输出行程L作往复直线运动。若通过手动或自动，半自动旋转蜗杆23上所固连的轮25，将重合在横轴线X-X的啮合定位点转移到纵轴线Y-Y上的B₁或B₂时，则卡当驱动销7中心的驱动轨迹是重合在纵轴线Y-Y上的内齿圈6的节圆直径直线B₁B₂，这时卡当驱动销7空套的滚轮8或滑块不对驱动杆9背面纵向槽a-a的两壁产生驱动力，输入动力实际上已被切断，但卡当驱动销7和滚轮8仍然在沿纵轴线作上、下直线运动，这时驱动杆9被背面纵向槽中的卡当驱动销7和滚轮8锁定在纵轴线Y-Y的铅垂线上静止不动，故驱动杆9实际上处在摆动半角α为零和输出行程L为零的，有特殊意义的可调行程的“零位”和离合、自锁的“卡当离合器位”同时存在的位置，这样，在零至90°之间，即零位(卡当离合器位)和最大位之间，可任意地设计无级或有级的各种行程可调方式和各种调控机构或装置。以上所述为典型的“门内马斯摆杆”装置(内含卡当离合器装置)。

在横梁板12的右端制有垂直立耳26，在立耳中有压入的衬套27；将输出杆28左端内孔套在驱动杆9上的直线轨迹点B处孔中固连的带台轴销15上，用双螺帽29锁定好间隙，输出杆28右端从立耳26内的衬套27中伸出，就成为门氏A杆型精确直线驱动装置或称双滑块精确直线驱动装置。底座上60是卧式安装座上的孔，61为立式安装座的孔。

在图3、4、5、6、的结构示意图中是“卡当精确直线驱动装置”第二实施例，是从卡当圆椭圆仪机构原理中的“运动杆”直接演变成为独创的门氏B杆型“门内马斯摆杆”和门氏B杆型的“卡当精确直线驱动装置”。驱动杆9与附件9a及定位螺钉(图未示)等构成组合的驱动杆9，横梁板12穿过驱动杆9上的方形缺口与壳体13的径向端面上用两个精密定位圆柱螺栓定位连结(图未示)，在横梁板12中央座孔中心必须保证与壳体13的几何中心O重合。锚式摆动连杆50大端制有凸起轴销50b插入到横梁板12中央座孔中转合，其小端孔中穿过带台轴销16压入到驱动杆9杆上圆轨迹点M孔中固连，在锚式连杆50上制有以M点为圆心，以R为半径的弧状柱台50a与压入到驱动杆9上的直线轨迹点B对应投影在附件9a上的对应孔中带台轴销15上空套着的，其转动半径为r的滚轮14保持纯滚动的接触关系，来共同约束M、B二点各按规定的轨迹运动，即R+r＝OM＝MB＝MA。驱动杆9杆上摆移支点A的约束与门氏A杆结构一样。

手动的行程调整手柄51，下端的内孔放入到壳体13内柱台52作为旋转轴，手柄51同时要嵌入内齿圈套22的端面径向槽中通过螺钉58固紧后从壳体13的扇形缺口59中穿出可以绕壳体13几何中心O至少旋转90°不受阻碍，手柄51上有弹簧片53，卡爪54，在壳体13背面壳体端面有若干均等的齿槽55。若将啮合定位点用手动行程手柄51调控到与横轴线X-X重合时，其手柄51上的卡爪54在弹簧片53的作用下应该卡在图5的max极限齿槽55中；若将啮合定位点用手动行程手柄51顺时针调控到纵轴线Y-Y重合时，其手柄51上的卡爪54在弹簧片53作用下应该卡在图5上的“零位”的极限齿槽55中，这样在“零位”至max位之间可任意选择所需要的驱动杆9的摆动半角α的大小行程调整或驱动杆9杆上的直线轨迹点B的直线行程L的大小变化，以及驱动杆9对称轴线与纵轴线Y-Y重合时(零位)的切断输入动力的离合和自锁也是通过手动行程手柄51来调控，上述是门氏B杆型的“门内马斯摆杆”装置或称卡当精确直线驱动装置。

输出杆28左端内孔套在驱动杆9杆上直线轨迹点B投影到附件9a上对应孔中带台轴销15上并用双螺帽29锁定间隙，输出杆28右端从立耳26内的衬套27中穿出，就成为门氏B杆型的“卡当精确直线驱动装置”，由于是全滚动，其输出的直线精确度理应比门氏A杆型的精确直线驱动装置有所提高。底座上60是卧式安装座上的孔，61为立式安装座孔。

卡当离合器是第三实施例，只有当手动行程调控手柄51或全自动或半自动的对螺杆23上固连的输入轮25进行行程调控在“零位”时，即啮合定位点与纵轴线Y-Y上的B₁或B₂点重合时，才出现输入动力被切断的离合和自锁状态，它可包合在所有类型的“门内马斯摆杆”装置之中。

背景参考文件

1、[常见机构的原理及应用]，机械工业出版社，78年10月第一版“椭圆仪机构”P363-365。

2、[四连杆机构综合概论]，第二册，李学荣，机械工业出版社，1984年11月第二版，“作卡当运动的机构”P123-127

3、[四杆直线导机构的设计及轨迹图谱]，刘葆旗，北京理工大学出版社，1992年6月第一版，“序”，“P1”

4、[机构和机械控制装置](美)N.P.契罗尼斯著，84版“埃万斯(Evans)连杆机构”P77

5“卡尔登齿轮机构”P83

6、[现代机构手册]上册孟宪源机械工业出版社1994年6月第一版，“923具有可调从动杆行程的齿轮导杆行星机构”P373

^*为了纪念古希腊几何学家门内马斯，故称为“门内马斯摆杆”。

^**为了纪念数学家卡当，故称为“卡当离合器”。

^***“卡当精确直线驱动装置”在结构上与精确直线驱动装置(门氏A杆型)在约束特殊点上有区别。

Claims (10)

1、“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置，综合了双滑块椭圆仪和卡当椭圆仪二种机构原理中“运动杆”的特性和满足OM＝MB＝MA的条件，把卡当行星机构作为输入机构，其特征在于：驱动杆(9)对称于纵轴线Y-Y，以2α的摆动角按“运动杆”在椭圆中的运动规律作往复摆动输出时，杆上的圆轨迹点M是被约束在壳体(13)的几何中心O为圆心，OM为半径的结构中按圆周轨迹运动、杆上的直线轨迹点B是被强迫在横轴线X-X的结构中作往复直线运动、杆上的摆移支点A约束在纵轴线Y-Y上有微量上下直移兼旋转摆动、杆上的其余点都以O点为椭圆中心，以不同的椭圆曲线轨迹摆动，即杆上所有的点都是运动的，俗名“活摆杆”；

卡当驱动销(7)滚轮(8)置入驱动杆(9)背面的纵槽a-a之中的输入驱动就迫使杆上的M、B、A三个特殊点进行运动合成，形成按椭圆运动规律作往复摆动为主要输出方式；将行星齿轮(4)与内齿圈(6)的啮合定位点确定在卡当驱动销(7)的中心与横轴线X-X重合的内齿圈(6)节圆上的B点或B’点上时则驱动杆(9)的摆动半角α最大，输出行程L最长，若通过内齿圈套(22)外蜗轮与蜗杆(23)啮合的传动副或者与内齿圈套(22)径向固连手柄(51)等将啮合定位点转移到纵轴线Y-Y上的B₁或B₂点位置时，则驱动杆(9)的摆动半角α为零，输出行程L＝0，在行程为零和最大之间或摆动半角α为零和最大之间通过手柄(51)或蜗杆副(23)等调控装置对内齿圈(6)的方位角在0到90°内实现有级或无级等手段对往复行程大小作任意改变，在输出行程L＝0的同时，卡当驱动销(7)的输入动力被切断、驱动杆(9)被锁定于纵轴线Y-Y；

曲柄销(5)与卡当驱动销(7)是双重行星旋转曲柄机构和三联滚轮(3)在内齿圈套(22)内的纯滚动对承力分担和吸收驱动杆(9)在摆动中的惯性冲击力；

门氏A杆是由双滑块椭圆仪机构原理及精确直线导向机构发展而成；门氏B杆是从卡当椭圆仪机构原理直接演变而成；门氏上杆的三个特殊点的约束可采用门氏A杆的约束形式或采用门氏B杆的约束形式，然后从摆移支点A处向外延长作为输出段，门氏A杆，门氏B杆和门氏上杆通称“门内马斯摆杆”简称门氏杆。

2、如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置，其特征在于：门氏A杆的圆轨迹点M约束方式有二种，在驱动杆(9)上的圆轨迹点M处孔中压入的轴销(16)上空套滚轮(17)一起置入到以壳体(13)的几何中心O为圆心的壳体(13)端面环槽(18)之中或者将两端有孔的直连杆一端与驱动杆上的圆轨迹点M处孔铰连，另一端与壳体(13)上的壳盖或横梁板上投影于几何中心O处的孔铰连；在驱动杆(9)上的直线轨迹点B处压入的轴销(15)和空套的滚轮(14)一起置入到与壳体(13)径向固连的横梁板(12)上的横槽之中，约束滚轮(14)的中心只能沿横轴线X-X上作往复直线运动，门氏A杆的背面纵向槽a-a为输入，前面为输出。

3、如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置，其特征在于：“门氏B杆”的圆轨点M和直线轨迹点B是通过锚式摆动连杆(50)下端轴销(50b)放入到横梁板(12)中央座孔中心O，并保证与壳体(13)几何中心O重合，上端孔中用轴销(16)压入到驱动杆(9)的圆轨迹点M处和上端孔转合，在锚式摆动连杆(50)上制有以M点为圆心，以R为半径的弧状柱台(50a)与空套在驱动杆(9)上直线轨迹点B处轴销(15)上，转动半径为r的滚轮(14)之和等于圆轨迹点M到直线轨迹点B之间的距离来共同约束M、B二点的运动合成，门氏B杆的背面纵向槽a-a为输入，前面为输出，满足R+r＝OM＝MB＝MA。

4、如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置，其特征在于：“门氏上杆”杆上摆移支点A处，即轴销(19)中心向上延长驱动杆(9)的长度作为输出段，对圆轨迹点M和直线轨迹点B的约束方式可采用门氏B杆型共同约束或采用门氏A杆型分别约束等约束方式，门氏上杆的背面纵向槽a-a为输入，延长圆柱段为输出。

5、如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置，其特征在于：啮合定位点是卡当驱动销(7)的中心点与内齿圈(6)上的凹齿和行星齿轮(4)凸齿的啮合平分线有意和横轴线X-X上的内齿圈(6)的节圆直径上的左节点B或右节点B的重合点；在内齿圈套(22)外铣有蜗轮轮齿与安装在壳体(13)上的蜗杆(23)组成传动副；空套在壳体(13)内部轴台(52)并在内齿圈套(22)径向的端面槽中用螺钉(58)固定的手柄(51)从壳体(13)扇形缺口(59)中伸出并能绕壳体(13)几何中心O作至少90°旋转等多种手动调整或自动，半自动调整来实现摆动半角α、直线往复行程可调及离合自锁等各种调整控制变化，将啮合定位点调控到与横轴线X-X重合时，则摆动半角α最大，输出行程L最长，等于内齿圈节圆直径；若将啮合定位点顺时针调控到与纵轴线Y-Y上的B₁或B₂点重合时，则摆动半角α为零，输出行程L为零，同时出现动力被切断，驱动杆(9)在纵轴线Y-Y的铅垂方向自锁。

6、如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置，其特征在于：三联滚轮(3)与行星齿轮(4)压合一体装入到曲柄销(5)中绕内齿圈(6)作行星周转运动，卡当驱动销(7)和三联滚轮(3)总体锻造加工或将卡当驱动销(7)压入到三联滚轮内，因为三联滚轮外柱面在内齿圈套(22)的内孔中作纯滚动，对悬臂的曲柄销(5)和卡当驱动销(7)起承力分担作用，同时卡当行星输入机构中的曲柄轴(2)、曲柄销(5)和卡当驱动销(7)之间形成了双重的曲柄机构，特别是当驱动杆(9)摆动到两个折返点要反向时，杆上的构件质量的惯性冲击力，能被运动中的双重曲柄所吸收。

7、如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置，其特征在于：通过内齿圈套(22)上的蜗轮与壳体(13)上的蜗杆(23)等组成的传动副或固定在内齿圈套(22)端面槽中并从壳体(13)扇形缺口(59)中伸出的手柄(51)等调控机构，将啮合定位点转移到纵轴线Y-Y上与B₁或B₂点重合时。则驱动杆(9)背面纵向槽轴线与纵轴线Y-Y重合，卡当驱动销(7)中心仍是在过几何中心O的纵轴线上作上、下的往复直线驱动，但不对驱动杆(9)背面纵向槽壁产生驱动力，此时驱动杆(9)只能保持在纵轴线的铅垂位置静止不动而形成动力被切断的离合和自锁同时并存状态，这是“门内马斯摆杆”中的“卡当离合器”。

8、“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置，综合了双滑块椭圆仪机构原理中“运动杆”的特性和满足OM＝MB＝MA的条件，把卡当行星机构作为输入机构，其特征在于：门氏A杆是由双滑块椭圆仪机构发展为精确直线导向机构再成为精确直线驱动装置，门氏A杆型的驱动杆(9)对杆上的圆轨迹点M和直线轨迹点B，及摆移支点A进行约束使上述三个特殊点各按特定的轨迹运动；通过手动调控机构或自动，半自动调控机构将啮合定位点由纵轴线Y-Y上的B₁点反时针调整到内齿圈(6)节圆上的B₃点时，卡当驱动销(7)中心是在过几何中心O的B₃B₄的节径直线上运动，B₃点和B₄两点在横轴线X-X的投影点距离为输出杆(28)的行程L₁或相应的摆动半角α；若继续反时针通过调控机构将啮合定位点转移到横轴线X-X上的B点时，由于B、B’两投影点的距离等于内齿圈节圆直径，故输出杆行程L最大、摆动半角α最大；从驱动杆(9)上的直线轨迹点B处孔中有轴销(15)上空套的输出杆(28)从横梁板(12)上固连的立耳(26)内的滑套(27)中伸出就成为门氏A杆型的一种往复直线行程可调的双滑块精确直线驱动装置；底座上螺钉孔(60)是卧式安装孔，螺钉孔(61)为立式安装孔。

9、“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置，综合了卡当椭圆仪机构原理中“运动杆”的特性和满足OM＝MB＝MA的条件，把卡当行星机构作为输入机构，其特征在于：门氏B杆是从卡当椭圆仪机构直接演变为本发明全转动的、高精度的“卡当精确直线驱动装置”，门氏B杆型的驱动杆(9)上的圆轨迹点M和直线轨迹点B的约束和运动合成是通过锚式摆动连杆(50)的共同约束的，摆移支点A约束与门氏A杆一致，卡当驱动销(7)及啮合定位点的装配调控、输出杆(28)的行程及各部件的结构相互关系、位置关系、安装方式等都与门氏A杆一致，就成为门氏B杆型另一种往复直线行程可调的卡当精确直线驱动装置。

10、如权利要求9所述的“门内马斯摆杆”式精确直线驱动装置，其特征在于：通过锚式摆动连杆(50)下端轴销(50b)放入到横梁板(12)的中央座孔中心O，并和壳体(13)的几何中心O重合，其上端的孔中用轴销(16)压入到驱动杆(9)的圆轨迹点M处孔中并和上端孔转合，在锚式摆动连杆(50)上通过制有以M点为圆心，以R为半径的弧状柱台(50a)与空套在驱动杆(9)上的直线轨迹点B处轴销(15)上其转动半径为r的滚轮(14)之和等于圆轨迹点M到直线轨迹点B之间距离来共同约束M、B、二点的运动合成，满足R+r＝OM＝MB＝MA。

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