CN106641158B - 一种线性联动伸缩装置 - Google Patents

Abstract

一种可线性叠加的大范围快速伸缩装置，包括底座和至少两级滑块，底座中连接电机的齿轮驱动滑块滑动，滑块逐级叠置于底座之上，各滑块之间通过上下级滑块的齿轮与齿条啮合形成联动关系。本发明可以通过选择叠加的滑块数量来获得不同的伸缩量和伸缩速度。并且各级滑块的伸缩方向一致，伸缩量可以直接通过滑块的级数确定。本装置克服了现有技术中动力装置需要随装置伸缩而改变位置所造成的结构上的不稳定。本发明通过保持动力装置始终在固定的底座上位置不变，由上下级滑块之间的连接关系将动力输出传递到每级滑块上，在完成对伸缩量精确的控制的同时，保持了整个装置稳定性。

Description

一种线性联动伸缩装置

技术领域

本发明涉及机械操作装置结构领域，尤其涉及一种主要应用于狭窄环境的、针对伸缩操作的装置结构。

背景技术

当前已有的机械式伸缩装置中(不包含液压气压伸缩装置)，基本上都采用双向伸缩原理，即固定中间杆，并同时将两端进行伸缩，而且节数常固定为两节或三节。因此，目前已有的机械式伸缩装置普遍存在着驱动单元在伸缩过程中发生位置变化的问题。驱动装置的不固定给伸缩过程的稳定性产生了严重的负面影响。另外，目前已有的机械式伸缩装置在进行快速伸缩时，易发生折断，所以在长距离伸缩时，只能适应较慢的伸缩速度使得伸缩过程很慢。

针对狭窄的环境，使用中，人们希望伸缩装置在收缩时尽量小，展开时尽量长，并且希望在伸缩距离、伸缩速度和伸缩稳定性方面同时具有良好的性能。而现有的机械式伸缩装置中，伸缩速度和伸缩距离一般没有同时兼顾，而且伸缩过程的稳定性还需要增强。

因此，现有的机械式伸缩装置中有如下三个需要解决或改进的问题：(1)节数固定，不能根据需要调整所需的伸缩节数；(2)伸缩过程中由于驱动装置的位置改变带来的不稳定性；(3)长距离伸缩时的伸缩速度问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种驱动单元位置固定，可方便地根据需求选择伸缩级数，并可精确控制伸缩量的线性联动装置。

本发明提出一种线性联动伸缩装置，包括驱动装置和至少两级滑块，驱动装置驱动一级滑块滑动，各级滑块结构相同，并逐级地依次叠置设置。这里的“逐级依次叠置”指第一级滑块设置在底座上，第二级滑块叠置于第一级滑块上，第三级滑块叠置于第二级滑块上，这种将后一级滑块叠置于前一级滑块之上的安装方式。

所述各级滑块的上表面，沿装置整体伸缩方向上，均设有上表面开槽和上表面齿条；所述各级滑块的下表面，沿装置的身体伸缩方向上，均设有下表面开槽和下表面齿条；本级滑块的下表面开槽与上一级滑块的上表面齿条相对设置，本级滑块的上表面开槽与下一级滑块的下表面齿条相对设置。

所述各级滑块的内部均设有穿过上表面开槽的上部联动齿轮；所述各级滑块的内部均设有穿过下表面开槽的下部联动齿轮；设置于所述各级滑块内部的上部联动齿轮和下部联动齿轮之间，通过环绕在下部联动齿轮轴及上部联动齿轮轴上的同步带保持联动；

各级滑块之间，本级滑块内的下部联动齿轮均通过本级滑块的下表面开槽与下一级滑块的上表面齿条啮合，本级滑块内的上部联动齿轮均通过本级滑块上表面开槽与上一级滑块的下表面齿条啮合。

此处的同步带设置的方向(即同步带转动的方向)与伸缩装置伸缩的方向相同，也就是滑块之间相对滑动的方向。

由于各级同步带之间通过齿条和联动齿轮之间的啮合关系联动，因而，驱动装置只需要任意驱动一级滑块滑动即可以将这一级滑块的滑动传递到装置的其他各级滑块。

上述驱动装置的驱动方式也多种多样，既可以直接推动滑块，通过滑块下部联动齿轮与其他滑块的联动作用将滑动传递到装置的其他模块；也可以直接对滑块内部的同步带或者联动齿轮施加驱动力，直接将驱动力传递至其他滑块。因此，这里“驱动装置驱动一级滑块滑动”中的“滑动”包括第一级滑块相对于其他各级滑块或底座的相对运动(滑动)，也包括中间某一级滑块相对于与其相邻的滑块之间的相对运动(滑动)。

进一步的，如上所述的装置还包括底座，所述驱动装置安装在底座上，驱动所述第一级滑块在底座上滑动；所述第一级滑块内的下部联动齿轮通过第一级滑块的下表面开槽与底座上表面的齿条啮合；除第一级滑块外的其他各级滑块之间，本级滑块内的下部联动齿轮均通过本级滑块的下表面开槽与下一级滑块的上表面齿条啮合，本级滑块内的上部联动齿轮均通过本级滑块上表面开槽与上一级滑块的下表面齿条啮合。

这里的“第一级滑块在底座上滑动”，是指第一级滑块通过其内的下部联动齿轮与底座上表面齿条的相互啮合作用，而在第一级滑块作为整体沿底座上齿条的方向相应地发生滑动，这么一种连接关系。第一级滑块通过其下部联动齿轮与底座上表面齿条的联动作用，将驱动单元的驱动力转化为滑块的直线运动。

进一步的，如上所述的装置中的驱动装置选用电机，这种方式下，在底座的侧面设置电动机通孔，电动机的驱动轴通过底座侧面的电动机通孔与底座内的齿轮连接，底座内的齿轮与第一级滑块的下表面齿条啮合，底座内的齿轮由电动机的驱动轴带动，驱动第一级滑块滑动。

进一步的，为了限定滑块的滑动方向，所述底座与第一级滑块之间、相邻各级滑块之间的接触面上均设有相互吻合的导向槽和导向凸起，导向槽与导向凸起的方向均与装置整体的伸缩方向相同。

进一步的，为了使得滑块之间结合的更为紧密，所述导向槽与导向凸起的横截面均设置为梯型。

进一步的，为了增加伸缩装置的有效伸缩范围，所述导向凸起设置于滑块下表面的中线后部位置，导向槽设置于滑块上表面的中线位置。

同时，所述的上部联动齿轮设置在所属滑块的前部，所述的下部联动齿轮设置在所属滑块的后部。

进一步的，所述的上表面开槽(2)的宽度大于上部联动齿轮(6)的宽度，所述下表面开槽(4)的宽度大于下部联动齿轮(7)的宽度。

由于第一级滑块中的下部联动齿轮与底座的上表面齿条啮合，在第一级滑块与底座发生相对滑动时，第一级滑块中的下部联动齿轮开始转动，这个转动通过同步带传送给第一级滑块的上部联动齿轮，上部联动齿轮与第二级滑块的下表面齿条啮合，因此这个转动将推动第二级滑块向前滑动，由于两个轴同步转动并且上部联动齿轮和下部联动齿轮完全相同，所以随着第一级滑块被推送出去，第二级滑块会同步地，相对于第一级滑块向前部平移同样的距离。同样的，每一级滑块都会受下一级滑块上部联动齿轮的带动而相对于下一级滑块平移相同的距离。如此叠加，到第n级滑块时，第n级滑块相对于收缩状态下的位置相比会平移n倍于第一级滑块所平移的距离。因而，本发明只需要进行滑块的叠加，就可以在仅仅推动第一级滑块平移较小距离的状态下，将最上一级滑块向前推动成倍的距离。值得注意的是，本发明中由于希望每一级滑块的滑动距离相同，因此，在设置滑块内的上部与下部联动齿轮以及齿轮轴时，需要保证上下部联动齿轮尺寸相同，同时也需要保持两个齿轮轴的尺寸相一致。这样才能够保证同步带的转动对装置中所有个齿轮的作用效果都相同。

为了便于本领域技术人员理解，本说明书中所述“前”是指伸缩装置伸展方向，“后”是指与之相反的方向。此处对“前”和“后”的描述，并不构成对本发明技术方案的特定限定。

有益效果

本发明通过在滑块内部设置上部联动齿轮和下部联动齿轮，设置同步带保证两联动齿轮同步转动，同时通过上部联动齿轮与上一级滑块的下表面齿条啮合，下部联动齿轮与下一级滑块的上表面齿条啮合，从而将下一级滑块的滑动传递至上一级滑块，以实现各级滑块之间的联动。由于每一级滑块都会受下一级滑块上部联动齿轮的带动而相对于下一级滑块平移与下一级滑块移动距离相同的距离。因而，本发明仅仅通过滑块之间的叠加就可以成倍地增加伸缩长度。也就是说，可以通过滑块的叠加，在将第一级滑块平移较小距离时，将最后一级滑块向外推动成倍的距离，实现快速、可控的伸缩。具体来说，有益效果有以下四点：

(1)本发明的伸缩装置节数不固定，可根据使用需求(伸缩距离、伸缩速度)进行选择。若需要伸缩距离长或伸缩速度快，选用较多级数的滑块进行简单叠加即可。本发明中的伸缩装置由底座和完全相同的若干级滑块组成。相同的滑块有利于批量的生产，且易于安装使用。

(2)本发明驱动装置(例如电机)固定在底座上，驱动装置的位置没有设置在伸缩臂上，伸缩过程中驱动装置的位置始终不变，因而更有利于保持整个装置的稳定。目前普遍采用的电机设置于伸缩机构中间的结构，这种结构下伸缩方向是双向的，这使得伸缩臂要承受电机的重量；而且在伸缩过程中，电机的位置是变化的，这导致整个装置的重心随着电机位置的变化而发生较大变化，给大范围或者快速的伸缩带来不稳定。本发明只有一个伸缩方向，只在一端有负载并且负载都是施加在伸缩臂上，整个伸缩过程中伸缩臂受力不变，电机的重量对伸缩臂的受力是没有影响的。整个装置的重心始终在伸缩臂上某一点，重心心位置变化速度较慢。

(3)本发明中通过电机对第一级滑块进行慢速、短距离的驱动，通过滑块间的线性叠加联动实现装置末端(最上一级滑块)的快速、大范围移动。在设置多级滑块时，总的伸缩距离会平均分摊到每一级滑块。也就是说，在需要完成一定伸缩长度的情况下，当设置多级滑块后，装置对第一级滑块的驱动的距离并不会很长。由于各级滑块之间的联动关系，在完成这一伸缩长度时，伸缩装置整体所需的相对的驱动距离也就相应缩短，驱动时间因而相对的缩短。这种方式下，仅仅通过调节滑块的级数就可以方便地获得不同的伸缩总量和不同的伸缩速度(滑块级数越多，整个装置的伸缩总量就越大，完成同样距离的伸缩速度也越快)。

(4)本发明中的各级滑块的底部还设有凸起和凹槽用来导向。具有梯形横截面的导向凸起和导向槽使得各级滑块的连接更加稳固，在伸缩过程中会避免除伸缩方向外的其他方向移动。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为可精确控制伸缩量的线性联动装置的整体结构图；

图2为本装置的展开状态图；

图3为本装置内部结构图；

图4为本装置底座结构图；

图5为单独的滑块外部结构图；

图6为单独的滑块内部结构图；

图7为本装置底座的内部结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所述为本发明所述线性联动伸缩装置的整体示意图。本实施例中的伸缩装置由两级滑块构成。参照图3、图4和图6，各结构的标号分别为：底座1，电机2-1,电机传动轴2-2,传动齿轮2-3，底座上表面齿条11，滑块上表面齿条3，滑块下表面齿条5，滑块下部联动齿轮轴8，滑块下部联动齿轮7，同步带10,滑块上部联动齿轮轴9，滑块上部联动齿轮6，滑块上表面开槽2,滑块下表面开槽4，滑块下表面的导向凸起13，滑块上表面的导向槽12。

本实施例中的导向凸起和导向槽具有梯形的横截面。这样的设计可以在保证滑块滑动方向不发生偏移的同时，使得滑块之间的连接关系更为牢固。由于梯形凸起和导向槽之间相互吻合，因而，这种结构可以保证滑块在垂直方向上进行滑动，实现伸缩控制，而不至于脱落。

这里以图3所示的两级伸缩装置为例，更多级伸缩装置的原理相同。本实施例所述大范围快速伸缩装置包括底座1和两级滑块。其中，第一级滑块滑动地设置在底座上，第二级滑块叠置于第一级滑块之上。所有滑块的上表面均沿伸缩装置整体的伸缩方向设有上表面开槽2，所有滑块的下表面均沿伸缩装置整体的伸缩方向设有下表面开槽4，所述各级滑块的内部均设有穿过上表面开槽2的上部联动齿轮6；所述各级滑块的内部均设有穿过下表面开槽4的下部联动齿轮7；设置于所述各级滑块内部的上部联动齿轮6和下部联动齿轮7之间，通过环绕在下部联动齿轮轴8与上部联动齿轮轴9上的同步带9保持联动。下部联动齿轮轴8设置于下部联动齿轮7中心，两者保持同步转动。上部联动齿轮轴9设置于上部联动齿轮6中心，两者保持同步转动。

第一级滑块内的下部联动齿轮7通过第一级滑块的下表面开槽4与底座1上表面的齿条11啮合；除第一级滑块以外的各级滑块之间，本级滑块内的下部联动齿轮7均通过本级滑块的下表面开槽4与下一级滑块的上表面齿条3啮合，本级滑块内的上部联动齿轮6均通过本级滑块的上表面开槽2与上一级滑块的下表面齿条5啮合。

在电机2-1驱动下，传动轴2-2及传动齿轮2-3转动，通过传动齿轮2-3与第一级滑块的下表面齿条5的啮合，驱使第一级滑块向前部运动，由于第一级滑块的下部联动齿轮7与底座1的上表面齿条11啮合，所以第一级滑块在向前移动时，滑块内部的下部联动齿轮7转动，这个转动由同步带传递到第一级滑块上部联动齿轮轴9和上部联动齿轮6，又由于第一级滑块的上部联动齿轮6与第二级滑块的下表面齿条5啮合，所以第一级滑块上部联动齿轮6的转动会推动第二级滑块向前移动。第二级滑块相对于第一级滑块的平移距离实际上就是第一级滑块相对于底座1被推出的距离。由于各级滑块之间的联动，此时，第二级滑块相对于底座1所移动的距离，实际上是第一级滑块相对于底座1被推出的距离的2倍。也就是说，如果需要增加伸缩距离，或者在仅仅推动第一级滑块移动很小距离的情况就可以通过滑块之间的叠加下将最后(图中最上)一级滑块送出很远。各级滑块之间的连接方和法这里说明的几级完全相同。

本发明主要是通过上下级滑块之间的联动关系，控制各级滑块之间的相对的移动距离完全一致，以此保证最上一级滑块相对于底座的伸缩速度和伸缩量与滑块的级数成线性的函数关系。通过简单的调节滑块数量就能获得不同的伸缩量和伸缩速度。

为了控制滑块之间移动的方向，参照图5和图6的结构，本实施例中的各级滑块的上表面均设有导向槽12，导向槽12的方向与伸缩装置整体的伸缩方向相同(即图中的x轴方向)；所述的滑块的下表面均设有导向凸起13，导向凸起13的尺寸与导向槽12的尺寸相吻合。同时，底座的上表面上与第一级滑块的导向凸起13相对的位置同样设有导向槽12。

此处，为了使得滑块可以滑动的距离更长，导向凸起13设置于滑块下表面的中线位置，导向槽12设置于滑块上表面的中间位置。类似的，在收缩状态下，与下一级滑块下表面齿条啮合的上部联动齿轮轴设置在滑块的前部，与上一级滑块或底座的上表面齿条啮合的下部联动齿轮轴设置在滑块的后部。

同时，需要注意的是，本实施例通过电机和传动齿轮2-3驱动第一级滑块并不是本装置的唯一驱动方式。直接驱动滑块内部的联动齿轮等方式也可以实现对装置的控制。但为了使装置的结构更为统一，同时方便将第一级滑块安装在底座上，本实施例采用了这种方式为滑块提供驱动力。

本领域技术人员通过上面的描述可以理解，本装置的设计主要在于通过联动齿轮和齿条之间的啮合，同时借助同步带的传送将两级滑块之间或者滑块与底座之间的相对滑动传递到装置中的其他滑块上，从而实现线性联动的伸缩。因此，如下一种结构也能够通过直接驱动装置中的某一级滑块完成对整个装置的伸缩控制。

实施例二

一种线性联动伸缩装置，包括驱动装置和至少两级滑块，驱动装置驱动一级滑块滑动，其特征在于，各级滑块结构相同，并逐级地依次叠置设置；

所述各级滑块的上表面，沿装置整体伸缩方向上，均设有上表面开槽2和上表面齿条3；所述各级滑块的下表面，沿装置整体伸缩方向上，均设有下表面开槽4和下表面齿条5；本级滑块的下表面开槽4与上一级滑块的上表面齿条3相对设置，本级滑块的上表面开槽2与下一级滑块的下表面齿条5相对设置；

所述各级滑块的内部均设有穿过上表面开槽2的上部联动齿轮6；所述各级滑块的内部均设有穿过下表面开槽4的下部联动齿轮7；设置于所述各级滑块内部的上部联动齿轮6和下部联动齿轮7之间，通过环绕在下部联动齿轮轴8与上部联动齿轮轴9上的同步带10保持联动；

各级滑块之间，本级滑块内的下部联动齿轮7均通过本级滑块的下表面开槽4与下一级滑块的上表面齿条3啮合，本级滑块内的上部联动齿轮6均通过本级滑块的上表面开槽2与上一级滑块的下表面齿条5啮合。

这里，对滑块的驱动方式也多种多样(而且，驱动装置对滑块直接施加的驱动力也不限于仅仅施加在某个固定的滑块上这一种方式，既可以对装置中最下面一级的滑块施加驱动力，也可以对装置中的其他某一级滑块施加)。其中一种比较简便的方式就是增设一个底座，在底座上安装驱动装置，通过底座与设置在底座上的第一级驱动装置之间的下部联动齿轮7和底座上表面齿条11之间的啮合关系将驱动装置的驱动力传递至装置中的其他滑块。

具体而言，所述装置还包括底座1，所述驱动装置安装在底座1上，驱动所述第一级滑块在底座1上滑动；所述第一级滑块内的下部联动齿轮7通过第一级滑块的下表面开槽4与底座1上表面的齿条11啮合。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种线性联动伸缩装置，包括驱动装置和至少两级滑块，驱动装置驱动第一级滑块滑动，其特征在于，各级滑块结构相同，并逐级地依次叠置设置；所述各级滑块的上表面，沿装置整体伸缩方向上，均设有上表面开槽(2)和上表面齿条(3)；所述各级滑块的下表面，沿装置整体伸缩方向上，均设有下表面开槽(4)和下表面齿条(5)；本级滑块的下表面开槽(4)与上一级滑块的上表面齿条(3)相对设置，本级滑块的上表面开槽(2)与下一级滑块的下表面齿条(5)相对设置；

所述各级滑块的内部均设有穿过上表面开槽(2)的上部联动齿轮(6)；

所述各级滑块的内部均设有穿过下表面开槽(4)的下部联动齿轮(7)；

设置于所述各级滑块内部的上部联动齿轮(6)和下部联动齿轮(7)之间，通过环绕在下部联动齿轮轴(8)与上部联动齿轮轴(9)上的同步带(10)保持联动；

各级滑块之间，本级滑块内的下部联动齿轮(7)均通过本级滑块的下表面开槽(4)与下一级滑块的上表面齿条(3)啮合，本级滑块内的上部联动齿轮(6)均通过本级滑块的上表面开槽(2)与上一级滑块的下表面齿条(5)啮合；

所述线性联动伸缩装置还包括底座(1)，所述驱动装置安装在底座(1)上，驱动所述第一级滑块在底座(1)上滑动；所述第一级滑块内的下部联动齿轮(7)通过第一级滑块的下表面开槽(4)与底座(1)上表面的齿条(11)啮合。

2.如权利要求1所述的线性联动伸缩装置，其特征在于，所述的驱动装置为电动机，所述底座(1)的侧面设有电动机通孔(14)，电动机的驱动轴通过底座侧面的电动机通孔(14)与底座内的齿轮(2-3)连接，底座内的齿轮(2-3)与第一级滑块的下表面齿条(5)啮合，底座内的齿轮(2-3)由电动机的驱动轴带动，驱动第一级滑块滑动。

3.如权利要求2所述的线性联动伸缩装置，其特征在于，所述底座(1)与第一级滑块之间、相邻的各级滑块之间的接触面上均设有相互吻合的导向槽(12)和导向凸起(13)，导向槽(12)与导向凸起(13)的方向均与装置整体的伸缩方向相同。

4.如权利要求3所述的线性联动伸缩装置，其特征在于，所述导向槽(12)与导向凸起(13)的横截面均为梯形。

5.如权利要求3所述的线性联动伸缩装置，其特征在于，所述导向凸起(13)设置于滑块下表面的中线的后部的位置，所述导向槽(12)设置于滑块上表面的中线位置。

6.如权利要求5所述的线性联动伸缩装置，其特征在于，所述的上部联动齿轮(6)设置在所属滑块的前部，所述的下部联动齿轮(7)设置在所属滑块的后部。

7.如权利要求1至权利要求6任一项所述的线性联动伸缩装置，其特征在于，所述的上表面开槽(2)的宽度大于上部联动齿轮(6)的宽度，所述下表面开槽(4)的宽度大于下部联动齿轮(7)的宽度。