CN108406746A - 欠驱动行程可调曲柄装置 - Google Patents
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Abstract
一种欠驱动行程可调曲柄装置，包括一个固定平台、一个负载平台、甲传动分支臂(包括甲主动臂杆、甲偏心销轴和甲从动臂杆)、乙传动分支臂(包括乙主动臂杆、乙偏心销轴和乙从动臂杆)、一个驱动电机、一个主轴，所述固定平台通过所述甲传动分支臂与乙传动分支臂连接所述负载平台，负载平台安装在所述主轴的曲轴轴段上，负载平台与主轴的曲轴轴段共同构成一个曲柄，在所述驱动电机的驱动下，经甲传动分支臂与乙传动分支臂传动，使负载平台能够在主轴的曲轴轴段上进行二自由度的运动，从而改变主轴非曲轴轴段中心轴线与负载平台外圆中心轴线的距离，使得曲柄的长度发生变化。该装置结构简单可靠，利用该机构可以调整机械设备中曲柄的结构参数，由于欠驱动结构中的动力源远离末端运动部件，动态性能好，适用于含有曲柄部件且需要调整结构参数的机械装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种曲柄装置，特别是一种欠驱动行程可调曲柄装置。
背景技术
二自由度的并联机构定义为动平台和定平台通过两个独立的运动链相连接，机构具有两个自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构有诸多特点，例如无累积误差、高精度、驱动便安装等，这就使得机构的运动部分轻量高速、动态响应好、结构紧凑、刚度高、承载能力大，并且完全对称的并联机构具有较好的各向同性。
欠驱动机械结构是指机构的独立控制变量个数小于***自由度个数的非线性典型机构。与完全驱动机构相比，欠驱动机构在节约能量、降低成本、灵活轻量等方面都更有优势，因此对它的研究具有重要的理论意义和实用价值。欠驱动机构十分常见，在航天飞机、水下船舰以及工业机器人等领域中广泛存在。
曲柄的定义是与机架用转动副相连并能绕该转动轴线整圈旋转(即周转副)的构件，曲柄一般指的是曲柄连杆机构、曲柄滑块机构或是曲柄摇杆机构等常见机械结构中的曲柄部件。这类机构能够将物体的旋转运动转化为另一物体的特定轨迹线运动，例如直线运动、摆动等，因此被广泛应用在工业生产制造的各个领域。
曲柄类构件在冲压机床、锻压装备乃至汽车制造业领域都是一种十分重要的零部件，目前的传统机械设备中，该类零部件在设计制造后，结构参数往往不能改变或者难以调整。例如在压力机中，为了提高材料的成形性能和预防出现工艺缺陷，需要对末端滑块的动态特性进行优化；在冷镦设备中，为了适应各类材料的加工要求，需要设备能够输出不同的冷镦力，出于各种原因，很多该类机械设备都需要对曲柄的结构参数进行调整，但是调整难度较大，调整的效果也不佳。
发明内容
本发明的目的是针对上述有技术存在的缺陷，提供一种欠驱动可调曲柄装置。该装置中主轴的曲轴轴段与负载平台共同构成一个曲柄，且该装置只带有一个动力源，该动力源连接欠驱动机构，其负载平台具有两个自由度，通过动力源驱动，可使得负载平台在主轴的曲轴轴段上做二自由度的运动，从而改变主轴非曲轴轴段中心轴线与负载平台外圆中心轴线的距离，使得曲柄的长度发生变化。该装置结构简单可靠，利用该机构可以调整机械设备中曲柄部件的结构参数，欠驱动结构中的动力源远离末端运动部件，动态性能好，适用于含有曲柄部件且需要调整结构参数的机械设备。
为达到上述目的，本发明的构思是：
本发明的欠驱动行程可调曲柄装置，包含一个固定平台、一个负载平台、甲传动分支臂、乙传动分支臂、一个驱动电机、一个主轴。其特征在于：固定平台通过甲传动分支臂和乙传动分支臂连接负载平台，负载平台安装在所述主轴的曲轴轴段上，负载平台与主轴的曲轴轴段共同构成一个曲柄，在调节电机的驱动下，经甲传动分支臂和乙传动分支臂传动，使负载平台能够在主轴的曲轴轴段上进行二自由度的运动，从而使得曲柄的长度可变。其中甲传动分支臂一端通过球副来连接负载平台，另一端与安装在甲支撑座上的驱动电机输出端固定连接，乙传动分支臂一端通过球副来连接负载平台，另一端与安装于乙支撑座上的支撑销铰接，甲传动分支臂与乙传动分支臂成对称分布，负载平台和固定平台都与主轴相连接。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种欠驱动行程可调曲柄装置，包括一个固定平台、一个负载平台、甲传动分支臂(包括甲主动臂杆、甲偏心销轴和甲从动臂杆)、乙传动分支臂(包括乙主动臂杆、乙偏心销轴和乙从动臂杆)、一个驱动电机、一个主轴，其特征在于：所述固定平台通过所述甲传动分支臂与乙传动分支臂连接所述负载平台，负载平台安装在所述主轴的曲轴轴段上，负载平台与主轴的曲轴轴段共同构成一个曲柄，在所述驱动电机的驱动下，经甲传动分支臂与乙传动分支臂传动，使负载平台能够在主轴的曲轴轴段上进行二自由度的运动，从而使得曲柄的长度可改变。
上述负载平台结构是：负载平台圆环外部为圆形，中部有一个内孔，但内孔与圆环外部的中心线不同轴，并且内孔与主轴的曲轴轴段铰接，负载平台圆环下表面有一凹槽；甲负载平台连杆的一端固定在负载平台下表面的凹槽中，甲负载平台连杆的另一端装有甲直销轴，甲直销轴与甲从动臂杆通过球副连接，乙负载平台连杆的一端固定在负载平台下表面的凹槽中，乙负载平台连杆的另一端装有乙直销轴，乙直销轴与乙从动臂杆通过球副连接；甲负载平台连杆与乙负载平台连杆成对称分布。
上述甲传动分支臂的结构是：甲传动分支臂包括甲主动臂杆、甲偏心销轴和甲从动臂杆，甲主动臂杆与甲从动臂杆通过甲偏心销轴连接，构成转动副后串联，构成甲传动分支臂，该传动分支臂的一端，即甲主动臂杆，与安装在甲支撑架上的驱动电机的输出端固定连接，该传动分支臂的另一端，即甲从动臂杆，与安装在甲负载平台连杆上的甲直销轴通过球副相连接。
上述乙传动分支臂的结构是：乙传动分支臂包括乙主动臂杆、乙偏心销轴和乙从动臂杆，乙主动臂杆和乙从动臂杆通过乙偏心销轴连接，构成转动副后串联，构成乙传动分支臂，该传动分支臂的一端，即乙主动臂杆，与安装在乙支撑架上的支撑销铰接，该传动分支臂的另一端，即乙从动臂杆，与安装在乙负载平台连杆上的乙直销轴通过球副相连接。
上述固定平台的结构是：甲支撑架安装在固定平台上表面，驱动电机安装在甲支撑架中；乙支撑架安装在固定平台上表面，支撑销安装在乙支撑架中，甲支撑架与乙支撑架成对称分布。
上述一个驱动动力源为一个伺服电机，称为调节电机，驱动电机固定在甲支撑架中，驱动电机的输出端与甲主动臂杆固定连接。
上述主轴的结构是：主轴分为多个轴段，主轴同时与固定平台和负载平台相连接，主轴远离曲轴轴段的一端安装在固定平台中心的内圆孔中，主轴的曲轴轴段安装在负载平台的内孔中，主轴的曲轴轴段与负载平台共同构成一个偏心量可调的曲柄。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明采用单个动力源驱动的二自由度并联机构作二自由度运动，驱动数少，轻量灵活，工作可靠，该欠驱动机构可用于调节各类机械装置中曲柄部件的长度，从而来应对各种不同的加工需求，降低成本。
附图说明
图1是本发明的一种欠驱动可变曲柄装置实施例的主视图；
图2是本发明的一种欠驱动可变曲柄装置实施例的右视图；
图3是本发明的一种欠驱动可变曲柄装置实施例的左视图；
图4是本发明的一种欠驱动可变曲柄装置实施例的俯视图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：参见图1、图2、图3、图4，本欠驱动可变曲柄装置，包括一个固定平台(17)、一个负载平台(8)、甲传动分支臂(包括甲主动臂杆(3)、甲偏心销轴(4)和甲从动臂杆(5))、乙传动分支臂(包括乙主动臂杆(14)、乙偏心销轴(13)和乙从动臂杆(12))、一个驱动电机(2)、一个主轴(9)，其特征在于：所述固定平台通过所述甲传动分支臂与乙传动分支臂连接所述负载平台，负载平台安装在所述主轴的曲轴轴段上，负载平台与主轴的曲轴轴段共同构成一个曲柄，在所述驱动电机的驱动下，经甲传动分支臂与乙传动分支臂传动，使负载平台能够在主轴的曲轴轴段上进行二自由度的运动，从而使得曲柄的长度可变。
实施例二：参见图1、图2、图3、图4，所述的负载平台结构是：负载平台(8)圆环外部为圆形，中部有一个内孔，但内孔与圆环外部的中心线不同轴，并且内孔与主轴(9)的曲轴轴段铰接，负载平台(8)圆环下表面有一凹槽；甲负载平台连杆(7)的一端固定在负载平台(8)下表面的凹槽中，甲负载平台连杆(7)的另一端装有甲直销轴(6)，甲直销轴(6)与甲从动臂杆(5)通过球副连接，乙负载平台连杆(10)的一端固定在负载平台(8)下表面的凹槽中，乙负载平台连杆(10)的另一端装有乙直销轴(11)，乙直销轴(11)与乙从动臂杆(12)通过球副连接；甲负载平台连杆(7)与乙负载平台连杆(10)成对称分布。
所述的甲传动分支臂的结构是：甲传动分支臂包括甲主动臂杆(3)、甲偏心销轴(4)和甲从动臂杆(5)，甲主动臂杆(3)与甲从动臂杆(5)通过甲偏心销轴(4)连接，构成转动副后串联，构成甲传动分支臂，该传动分支臂的一端，即甲主动臂杆(3)，与安装在甲支撑架(1)上的驱动电机(2)的输出端固定连接，该传动分支臂的另一端，即甲从动臂杆(5)，与安装在甲负载平台连杆(7)上的甲直销轴(6)通过球副相连接。
所述的乙传动分支臂的结构是：乙传动分支臂包括乙主动臂杆(14)、乙偏心销轴(13)和乙从动臂杆(12)，乙主动臂杆(14)和乙从动臂杆(12)通过乙偏心销轴(13)连接，构成转动副后串联，构成乙传动分支臂，该传动分支臂的一端，即乙主动臂杆(14)，与安装在乙支撑架(16)上的支撑销(15)铰接，该传动分支臂的另一端，即乙从动臂杆(12)，与安装在乙负载平台连杆(10)上的乙直销轴(11)通过球副相连接。
所述的固定平台的结构是：甲支撑架(1)安装在固定平台(17)上表面，驱动电机(2)安装在甲支撑架(1)中；乙支撑架(16)安装在固定平台(17)上表面，支撑销(15)安装在乙支撑架(16)中，甲支撑架(1)与乙支撑架(16)成对称分布。
所述一个驱动电机为一个伺服电机，称为调节电机，驱动电机(2)固定在甲支撑架(1)中，驱动电机(2)的输出端与甲主动臂杆(3)固定连接。
所述的主轴的结构是：主轴(9)分为多个轴段，主轴(9)同时与固定平台(17)和负载平台(8)相连接，主轴(9)远离曲轴轴段的一端安装在固定平台(17)中心的内圆孔中，主轴(9)的曲轴轴段安装在负载平台(8)的内孔中，主轴(9)的曲轴轴段与负载平台(8)共同构成一个可变长度的曲柄。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种欠驱动行程可调曲柄装置，包括一个固定平台(17)、一个负载平台(8)、甲传动分支臂(包括甲主动臂杆(3)、甲偏心销轴(4)和甲从动臂杆(5))、乙传动分支臂(包括乙主动臂杆(14)、乙偏心销轴(13)和乙从动臂杆(12))、一个驱动电机(2)、一个主轴(9)，其特征在于：所述固定平台通过所述甲传动分支臂与乙传动分支臂连接所述负载平台，负载平台安装在所述主轴的曲轴轴段上，负载平台与主轴的曲轴轴段共同构成一个曲柄，在所述驱动电机的驱动下，经甲传动分支臂与乙传动分支臂传动，使负载平台能够在主轴的曲轴轴段上进行二自由度的运动，从而使得曲柄的长度可变。
2.根据权利要求1所述的欠驱动行程可调曲柄装置，其特征在于所述的负载平台结构是：负载平台(8)圆环外部为圆形，中部有一个内孔，但内孔与圆环外部的中心线不同轴，并且内孔与主轴(9)的曲轴轴段铰接，负载平台(8)圆环下表面有一凹槽；甲负载平台连杆(7)的一端固定在负载平台(8)下表面的凹槽中，甲负载平台连杆(7)的另一端装有甲直销轴(6)，甲直销轴(6)与甲从动臂杆(5)通过球副连接，乙负载平台连杆(10)的一端固定在负载平台(8)下表面的凹槽中，乙负载平台连杆(10)的另一端装有乙直销轴(11)，乙直销轴(11)与乙从动臂杆(12)通过球副连接；甲负载平台连杆(7)与乙负载平台连杆(10)成对称分布。
3.根据权利要求1所述的欠驱动行程可调曲柄装置，其特征在于所述的甲传动分支臂的结构是：甲传动分支臂包括甲主动臂杆(3)、甲偏心销轴(4)和甲从动臂杆(5)，甲主动臂杆(3)与甲从动臂杆(5)通过甲偏心销轴(4)连接，构成转动副后串联，构成甲传动分支臂，该传动分支臂的一端，即甲主动臂杆(3)，与安装在甲支撑架(1)上的驱动电机(2)的输出端固定连接，该传动分支臂的另一端，即甲从动臂杆(5)，与安装在甲负载平台连杆(7)上的甲直销轴(6)通过球副相连接。
4.根据权利要求1所述的欠驱动行程可调曲柄装置，其特征在于所述的乙传动分支臂的结构是：乙传动分支臂包括乙主动臂杆(14)、乙偏心销轴(13)和乙从动臂杆(12)，乙主动臂杆(14)和乙从动臂杆(12)通过乙偏心销轴(13)连接，构成转动副后串联，构成乙传动分支臂，该传动分支臂的一端，即乙主动臂杆(14)，与安装在乙支撑架(16)上的支撑销(15)铰接，该传动分支臂的另一端，即乙从动臂杆(12)，与安装在乙负载平台连杆(10)上的乙直销轴(11)通过球副相连接。
5.根据权利要求1所述的欠驱动行程可调曲柄装置，其特征在于所述的固定平台的结构是：甲支撑架(1)安装在固定平台(17)上表面，驱动电机(2)安装在甲支撑架(1)中；乙支撑架(16)安装在固定平台(17)上表面，支撑销(15)安装在乙支撑架(16)中，甲支撑架(1)与乙支撑架(16)成对称分布。
6.根据权利要求1所述的欠驱动行程可调曲柄装置，其特征在于所述一个驱动电机为一个伺服电机，称为调节电机，驱动电机(2)固定在甲支撑架(1)中，驱动电机(2)的输出端与甲主动臂杆(3)固定连接。
7.根据权利要求1所述的欠驱动行程可调曲柄装置，其特征在于所述的主轴的结构是：主轴(9)分为多个轴段，主轴(9)同时与固定平台(17)和负载平台(8)相连接，主轴(9)远离曲轴轴段的一端安装在固定平台(17)中心的内圆孔中，主轴(9)的曲轴轴段安装在负载平台(8)的内孔中，主轴(9)的曲轴轴段与负载平台(8)共同构成一个可变长度的曲柄。
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