CN202646580U

CN202646580U - 实现轨迹和刚体导引的装置

Info

Publication number: CN202646580U
Application number: CN 201220236240
Authority: CN
Inventors: 任子文; 林松; 吴旭; 黄德良; 王刚; 王勇; 瞿华滢; 方鑫
Original assignee: CHINA TOBACCO MACHINERY TECHNOLOGY CENTER Co Ltd
Current assignee: CHINA TOBACCO MACHINERY TECHNOLOGY CENTER Co Ltd
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-05-23

Abstract

本实用新型公开了一种实现轨迹和刚体导引的装置，包括主输入齿轮，主输入齿轮驱动四杆机构实现平动；偏心孔固定连接第一偏心轴的一端，第一偏心轴的另一端空套有第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮相互啮合；第二齿轮固定连接第一连杆的运动端；第二齿轮固定连接凸轮；凸轮的外缘与摆杆的运动端啮合；摆杆与扇形齿轮固定连接；扇形齿轮与第三齿轮相啮合；第一齿轮与第三连杆固定连接；第三连杆的运动端和第三齿轮共同连接推板。本实用新型通过齿轮凸轮机构的复合作用，使得一套两自由度的连杆机构能够实现推程为平动的直线轨迹输出运动，回程为变姿态的弧形轨迹输出运动。本实用新型用于轻工机械的自动生产线上对产品执行某种操作，并且能够满足严格的相位关系。

Description

实现轨迹和刚体导引的装置

技术领域

本实用新型涉及一种自动化机械，具体涉及一种实现轨迹和刚体导引的装置。

背景技术

产生面包型轨迹的机构很多，单自由度的连杆机构只能近似实现直线轨迹或某几个点的精确位置；双自由度的连杆机构加凸轮机构可以实现直线段轨迹和回程曲线轨迹，但较难保证在整个直线段内输出姿态的平动；曲柄滑块和凸轮连杆复合运动虽然可以实现，但整套机构所需空间太大，并且不适合高速运动。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种实现轨迹和刚体导引的装置，它可以实现推程为平动的直线轨迹输出运动，回程为变姿态的弧形轨迹输出运动。

为解决上述技术问题，本实用新型实现轨迹和刚体导引的装置的技术解决方案为：

包括主输入齿轮19，主输入齿轮19固定连接偏心轮20；偏心轮20上设置有偏心孔，偏心轮20的中心与偏心孔之间形成第二连杆2；第二连杆2与固定机架30、第一连杆1、连架杆3组成一四杆机构；主输入齿轮19驱动四杆机构实现平动；偏心孔固定连接第一偏心轴21的一端，第一偏心轴21的另一端空套有第一齿轮4，第一齿轮4与第二齿轮5相互啮合，第一齿轮4与第二齿轮5的传动比为1∶1；第二齿轮5固定连接第一连杆1的运动端；第二齿轮5固定连接凸轮14；凸轮14的外缘与摆杆11的运动端啮合，凸轮14包括静止段和运动段；当摆杆11处于凸轮14的运动段时，凸轮14能够带动摆杆11运动；当摆杆11处于凸轮14的静止段时，凸轮14转动，摆杆11不动；摆杆11与扇形齿轮12固定连接；扇形齿轮12与第三齿轮13相啮合；第一齿轮4的中心固定连接第二偏心轴22的一端，第二偏心轴22的另一端固定连接第三连杆6的固定端，实现第一齿轮4与第三连杆6的固定连接；第二偏心轴22与第一偏心轴21在同一轴线IV上；第三齿轮13空套在第二偏心轴22上；第三连杆6的运动端VI和第三齿轮13共同连接推板10。

所述偏心轮20上的偏心孔与中心之间的距离为L2；所述第一连杆1的长度为L1，L1＝L2。

所述连架杆3活动连接辅助连杆27的一端，辅助连杆27的另一端铰接固定。

所述四杆机构的连架杆3包括相互平行的第一连架杆23、第二连架杆24、第三连架杆25，第一连架杆23、第二连架杆24、第三连架杆25通过配重块26固定连接。

所述偏心轮20与固定机架30的一端铰接固定，形成四杆机构的第一固定轴I；所述第一连杆1的固定端与固定机架30的另一端铰接固定，形成四杆机构的第二固定轴II；所述固定设置于偏心轮20的偏心孔内的第一偏心轴21与第一连架杆23的一端铰接，形成四杆机构的第一运动轴IV；所述第一连架杆23的另一端与第一连杆1的运动端铰接，形成四杆机构的第二运动轴III。

所述第二齿轮5通过轴承活动设置于第一连架杆23与第二连架杆24之间；所述凸轮14活动设置于第二连架杆24与第三连架杆25之间。

所述第三连杆6与竖直方向的夹角α1等于所述第二连杆2与竖直方向的夹角α2；所述第三连杆6的长度L6等于第二连杆2的长度L2。

进一步，所述第三连杆6的运动端VI和第三齿轮13与连接推板10的连接方式如下：所述第三齿轮13为一端带有齿轮的轴套，轴套空套在第二偏心轴22上；轴套的另一端与第四连杆7的一端固定连接；所述第三连杆6的运动端VI与第二连架杆9的一端铰接；第四连杆7的长度等于第二连架杆9的长度；第四连杆7的运动端和第二连架杆9的另一端分别与第三连架杆8的两端铰接；第三连架杆8的长度等于第三连杆6的长度；第三连杆6、第四连杆7、第二连架杆9、第三连架杆8组成一个五杆机构6-7-8-9；第二连架杆9上固定设置有所述推板10。

所述主输入齿轮19的内侧设置有第一配重块28，所述五杆机构的外侧设置有第二配重块29，使整个机构的质心在中心轴线I上。

或者，所述第三连杆6的运动端VI和第三齿轮13与连接推板10的连接方式如下：所述第三齿轮13固定连接第一带轮17，第三齿轮13与第一带轮17同步旋转；第一带轮17通过传动带连接第二带轮18；第二带轮18空套在第三连杆6的运动端VI所在轴上；第二带轮18的输出轴与推板10固定连接。

本实用新型可以达到的技术效果是：

本实用新型通过齿轮-凸轮机构的复合作用，使得一套两自由度的连杆机构能够实现推程为平动的直线轨迹输出运动，回程为变姿态的弧形轨迹输出运动。

本实用新型的最大特点为各运动副为整转副，能够保证整个机构适合在高速状态下运行。

本实用新型用于轻工机械的自动生产线上对产品执行某种操作，并且能够满足严格的相位关系。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1是本实用新型实现轨迹和刚体导引的装置的第一实施例的示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2中A-A剖面图；

图4是图2中B-B剖面图；

图5是本实用新型的第一实施例的机构简图；

图6是本实用新型的第二实施例的示意图；

图7是本实用新型的第二实施例的局部剖视图；

图8是本实用新型的第二实施例的机构简图。

图中附图标记说明：

1为第一连杆， 2为第二连杆，

3为连架杆， 4为第一齿轮，

5为第二齿轮， 6为第三连杆，

7为第四连杆， 8为第三连架杆，

9为第二连架杆， 10为推板，

11为摆杆， 12为扇形齿轮，

13为第三齿轮， 14为凸轮，

15为直线轨迹输出运动， 16为弧形轨迹输出运动，

17为第一带轮， 18为第二带轮，

19为主输入齿轮， 20为偏心轮，

21为第一偏心轴， 22为第二偏心轴，

23为第一连架杆， 24为第二连架杆，

25为第三连架杆， 26为配重块，

27为辅助连杆， 28为第一配重块，

29为第二配重块， 30为固定机架。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型实现轨迹和刚体导引的装置，包括主输入齿轮19，主输入齿轮19的中心固定连接偏心轮20的中心轴，偏心轮20上设置有偏心孔，偏心孔固定连接第一偏心轴21的一端，第一偏心轴21的另一端空套有第一齿轮4，第一齿轮4与第二齿轮5相互啮合，第一齿轮4与第二齿轮5的传动比为1∶1；

偏心轮20上的偏心孔与中心之间的距离为L2；

偏心轮20通过轴承与固定机架30的一端实现铰接固定；

第一偏心轴21通过轴承活动连接第一连架杆23的一端，第一连架杆23的另一端通过轴III与第一连杆1的运动端实现铰接；

第一连架杆23通过配重块26固定连接第二连架杆24、第三连架杆25，共同组成四杆机构的连架杆3；

第二齿轮5通过轴承活动设置于第一连架杆23与第二连架杆24之间，使第二齿轮5能够进行自转；第二齿轮5的中心位于轴III所在轴线上；

第二齿轮5固定连接凸轮14；凸轮14活动设置于第二连架杆24与第三连架杆25之间；凸轮14的中心位于轴III所在轴线上；

凸轮14的外缘与摆杆11的运动端啮合，凸轮14包括静止段和运动段（运动段分为升程段和回程段）；当摆杆11处于凸轮14的运动段时，凸轮14能够带动摆杆11运动；当摆杆11处于凸轮14的静止段时，凸轮14转动，摆杆11不动；摆杆11与扇形齿轮12固定连接；扇形齿轮12与第三齿轮13相啮合；

第一齿轮4的中心固定连接第二偏心轴22的一端，第二偏心轴22的另一端固定连接第三连杆6的固定端，实现第一齿轮4与第三连杆6的固定连接；第二偏心轴22与第一偏心轴21在同一轴线IV上；

第三齿轮13空套在第二偏心轴22上；

第二齿轮5固定连接第一连杆1的运动端，第一连杆1的固定端通过轴承与固定机架30的另一端实现铰接；第一连杆1的长度为L1，L1＝L2；

固定机架30、第一连杆1、连架杆3、偏心轮20（中心与偏心孔之间形成第二连杆2）组成一四杆机构；主输入齿轮19作为输入动力，带动四杆机构平动旋转（公转）；

第三连杆6与竖直方向的夹角α1等于偏心轮20的中心与偏心孔之间所形成的第二连杆2与竖直方向的夹角α2，并且第三连杆6的长度L6等于第二连杆2的长度L2；

第一连架杆23活动连接辅助连杆27的一端，辅助连杆27的另一端铰接固定在固定机架30上；辅助连杆27的长度为L1，L1＝L2；辅助连杆27用于保证四杆机构的平行四边形过奇异点的稳定性；

第三连杆6的运动端VI和第三齿轮13共同连接运动输出机构，即推板10。

本实用新型的第三连杆6的运动端VI和第三齿轮13至少可以通过两种结构连接运动输出机构；

如图1至图4所示为本实用新型的第一实施例，第三齿轮13为一端带有齿轮的轴套，轴套空套在第二偏心轴22上；轴套的另一端与第四连杆7的一端固定连接；第四连杆7的固定端处于轴线IV上；

第三连杆6的运动端VI与第二连架杆9的一端铰接；第四连杆7的长度等于第二连架杆9的长度；

第四连杆7的运动端和第二连架杆9的另一端分别与第三连架杆8的两端铰接；第三连架杆8的长度等于第三连杆6的长度；

第三连杆6、第四连杆7、第二连架杆9、第三连架杆8组成一个五杆机构6-7-8-9；其中，轴IV所在轴线为五杆机构的固定端，VI、VII、VIII为五杆机构的运动端；

说明：标准的五杆机构有两个固定端，本实用新型的五杆机构中两个固定端合二为一，即两个固定端之间所形成的机架杆的长度为0。

五杆机构6-7-8-9有两个输入运动，第一齿轮4通过第三连杆6为五杆机构提供第一输入运动（连续运动），第三齿轮13通过第四连杆7为五杆机构提供第二输入运动（间歇运动）；

第二连架杆9作为五杆机构的输出构件，第二连架杆9上（可以是任意点）固定连接有一推板10。

本实用新型的四杆机构为基础机构，其各运动副为等速的整周回转副，所需的运动空间为该机构所能达到的最大运动空间，本实用新型采用层式结构；主输入齿轮19形成内侧层，四杆机构形成中间层，五杆机构6-7-8-9形成外侧层；其中的中间层分为两层，第一齿轮4、第二齿轮5为一层，凸轮14、摆杆11、扇形齿轮12、第三齿轮13为另一层；连架杆3作为中间层的支撑；配重块26能够使中间层的质心在轴线IV上；

为保证整个机构运动的稳定性，在主输入齿轮19的内侧设置有第一配重块28，在五杆机构的外侧设置有第二配重块29，使整个机构的质心在主轴Ⅰ上。

本实用新型的工作原理如下：

如图5所示，主输入齿轮19作为整套机构的输入，带动偏心轮20旋转，使偏心轮20的偏心孔绕其中心轴线I旋转；与偏心孔固定连接的第一偏心轴21带动连架杆3平动，连架杆3带动第一连杆1转动，实现四杆机构的平动；空套在第一偏心轴21上的第一齿轮4随四杆机构一起平动，实现公转；四杆机构的平动作为直线运动的输入，通过第一齿轮4传递给与其固定连接的第三连杆6，使第三连杆6的运动端VI沿一条直线轨迹运动，运动端VI的运动轨迹的长度等于2×(L2+L6)；

第一连杆1的转动带动第二齿轮5自转，第二齿轮5的旋转带动与之啮合的第一齿轮4实现自转；第二齿轮5自转的同时，带动与之固定连接的凸轮14自转；

当摆杆11处于凸轮14的静止段时，凸轮14转动，摆杆11不动，此时扇形齿轮12和第三齿轮13保持不动，第四连杆7和第二连架杆9上的任意点保持平动；第一齿轮4带动第三连杆6运动，使推板10实现推程为平动的直线轨迹输出运动15；

当摆杆11处于凸轮14的运动段时，凸轮14带动摆杆11摆动，同时带动扇形齿轮12摆动；扇形齿轮12的摆动带动第三齿轮13旋转；第三齿轮13带动第四连杆7旋转，使第二连架杆9上的推板10围绕四杆机构的运动端IV转动，形成弧形轨迹；与此同时，第一齿轮4带动第三连杆6运动，使推板10实现回程为变姿态的弧形轨迹输出运动16。

如图6至图7所示为本实用新型的第二实施例，第三齿轮13固定连接第一带轮17，第三齿轮13与第一带轮17同步旋转；第一带轮17的中心位于轴线IV上；

第一带轮17通过传动带连接第二带轮18；

第二带轮18空套在第三连杆6的运动端VI所在轴上；第二带轮18只随第三连杆6平动，第二带轮18的自转与运动轴VI无关；

第二带轮18的输出轴与推板10固定连接。

其中，主输入齿轮19形成内侧层，四杆机构形成中间层，带轮传动17、18形成外侧层。

第二实施例的工作原理如下：

如图8所示，当摆杆11处于凸轮14的静止段时，凸轮14转动，摆杆11不动，此时扇形齿轮12和第三齿轮13保持不动，与第三齿轮13固定连接的第一带轮17保持平动；第一齿轮4带动第三连杆6运动，通过第二带轮18使推板10实现推程为平动的直线轨迹输出运动15；

当摆杆11处于凸轮14的运动段时，凸轮14带动摆杆11摆动，同时带动扇形齿轮12摆动；扇形齿轮12的摆动带动第三齿轮13旋转；第三齿轮13带动第一带轮17旋转，第一带轮17带动第二带轮18同步旋转；通过同步带轮17、18将凸轮14的调节运动传递给推板10，第二带轮18带动推板10围绕四杆机构的运动端IV转动，形成弧形轨迹；与此同时，第一齿轮4带动第三连杆6运动，通过第二带轮18使推板10实现回程为变姿态的弧形轨迹输出运动16。

Claims

1.一种实现轨迹和刚体导引的装置，其特征在于：包括主输入齿轮（19），主输入齿轮（19）固定连接偏心轮（20）；偏心轮（20）上设置有偏心孔，偏心轮（20）的中心与偏心孔之间形成第二连杆（2）；第二连杆（2）与固定机架（30）、第一连杆（1）、连架杆（3）组成一四杆机构；主输入齿轮（19）驱动四杆机构实现平动；

偏心孔固定连接第一偏心轴（21）的一端，第一偏心轴（21）的另一端空套有第一齿轮（4），第一齿轮（4）与第二齿轮（5）相互啮合，第一齿轮（4）与第二齿轮（5）的传动比为1∶1；第二齿轮（5）固定连接第一连杆（1）的运动端；

第二齿轮（5）固定连接凸轮（14）；凸轮（14）的外缘与摆杆（11）的运动端啮合；摆杆（11）与扇形齿轮（12）固定连接；扇形齿轮（12）与第三齿轮（13）相啮合；

第一齿轮（4）的中心固定连接第二偏心轴（22）的一端，第二偏心轴（22）的另一端固定连接第三连杆（6）的固定端，实现第一齿轮（4）与第三连杆（6）的固定连接；第二偏心轴（22）与第一偏心轴（21）在同一轴线（IV）上；

第三齿轮（13）空套在第二偏心轴（22）上；

第三连杆（6）的运动端VI和第三齿轮（13）共同连接推板（10）。

2.根据权利要求1所述的实现轨迹和刚体导引的装置，其特征在于：所述偏心轮（20）上的偏心孔与中心之间的距离为L2；所述第一连杆（1）的长度为L1，L1＝L2。

3.根据权利要求1所述的实现轨迹和刚体导引的装置，其特征在于：所述连架杆（3）活动连接辅助连杆（27）的一端，辅助连杆（27）的另一端铰接固定。

4.根据权利要求1所述的实现轨迹和刚体导引的装置，其特征在于：所述四杆机构的连架杆（3）包括相互平行的第一连架杆（23）、第二连架杆（24）、第三连架杆（25），第一连架杆（23）、第二连架杆（24）、第三连架杆（25）通过配重块（26）固定连接。

5.根据权利要求4所述的实现轨迹和刚体导引的装置，其特征在于：所述偏心轮（20）与固定机架（30）的一端铰接固定，形成四杆机构的第一固定轴（I）；所述第一连杆（1）的固定端与固定机架（30）的另一端铰接固定，形成四杆机构的第二固定轴（II）；所述固定设置于偏心轮（20）的偏心孔内的第一偏心轴（21）与第一连架杆（23）的一端铰接，形成四杆机构的第一运动轴（IV）；所述第一连架杆（23）的另一端与第一连杆（1）的运动端铰接，形成四杆机构的第二运动轴（III）。

6.根据权利要求4所述的实现轨迹和刚体导引的装置，其特征在于：所述第二齿轮（5）通过轴承活动设置于第一连架杆（23）与第二连架杆（24）之间；所述凸轮（14）活动设置于第二连架杆（24）与第三连架杆（25）之间。

7.根据权利要求1所述的实现轨迹和刚体导引的装置，其特征在于：所述第三连杆（6）与竖直方向的夹角α1等于所述第二连杆（2）与竖直方向的夹角α2；所述第三连杆（6）的长度（L6）等于第二连杆（2）的长度（L2）。

8.根据权利要求1所述的实现轨迹和刚体导引的装置，其特征在于：所述第三连杆（6）的运动端（VI）和第三齿轮（13）与连接推板（10）的连接方式如下：所述第三齿轮（13）为一端带有齿轮的轴套，轴套空套在第二偏心轴（22）上；轴套的另一端与第四连杆（7）的一端固定连接；所述第三连杆（6）的运动端VI与第二连架杆（9）的一端铰接；第四连杆（7）的长度等于第二连架杆（9）的长度；

第四连杆（7）的运动端和第二连架杆（9）的另一端分别与第三连架杆（8）的两端铰接；第三连架杆（8）的长度等于第三连杆（6）的长度；

第三连杆（6）、第四连杆（7）、第二连架杆（9）、第三连架杆（8）组成一个五杆机构（6-7-8-9）；

第二连架杆（9）上固定设置有所述推板（10）。

9.根据权利要求8所述的实现轨迹和刚体导引的装置，其特征在于：所述主输入齿轮（19）的内侧设置有第一配重块（28），所述五杆机构的外侧设置有第二配重块（29），使整个机构的质心在中心轴线（I）上。

10.根据权利要求1所述的实现轨迹和刚体导引的装置，其特征在于：所述第三连杆（6）的运动端（VI）和第三齿轮（13）与连接推板（10）的连接方式如下：所述第三齿轮（13）固定连接第一带轮（17），第三齿轮（13）与第一带轮（17）同步旋转；

第一带轮（17）通过传动带连接第二带轮（18）；

第二带轮（18）空套在第三连杆（6）的运动端（VI）所在轴上；

第二带轮（18）的输出轴与推板（10）固定连接。