一種具有高剛度和大比值行程放大能力的機構的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有較高剛度和大比值行程放大能力的機構。本發明將連桿機構可實現 n 倍行程放大的特性與塔式結構穩定性好的優點相結合，在保留連桿機構可實現大比值行程放大能力優點的同時，也克服了傳統連桿機構被放大端剛度較低的難題。
【專利說明】一種具有高剛度和大比值行程放大能力的機構
[0001]
【技術領域】
[0002] 本發明涉及機械領域，特別涉及一種具有高剛度和大比值行程放大能力的機構。
[0003]
【背景技術】
[0004] 如圖1所示，傳統的行程放大機構往往是通過各級連桿同一平面兩側交替布置， 各級連桿之間通過轉動副相連接，從而實現輸出點相對于輸入點的倍行程放大，放大倍 數與輸入點和輸出點的相對位置以及各級連桿長度有關。此種實現行程放大的方法在實現 輸出點相對于輸入點行程放大的同時，存在機構整體紙面剛度較低的問題，而且輸出點相 對于輸入點的放大倍數越大，機構整體紙面剛度越低。
[0005]
【發明內容】
[0006] 本發明解決的問題是現有的行程方法機構在放大倍數較大時，機構整體剛度會比 較低；為解決所述問題，本發明提供一種具有高剛度和大比值行程放大能力的機構。
[0007] 本發明提供的具有高剛度和大比值行程放大能力的機構，至少包括三級連桿，每 級連桿有兩根，同級連桿之間在中點通過轉動副連接；相鄰級連桿在端點處兩兩通過轉動 副連接，形成剖面面積漸減的塔式交替布置結構；各轉動副軸線相互平行，同級連桿之間的 轉動副軸線在同一平面內，同級連桿夾角被所述平面平分。
[0008] 進一步，包括四級連桿，分別為：第一 N級連桿、第二N級連桿、第一 N+1級連桿、第 二N+1級連桿、第一 N+2級連桿、第二N+2級連桿、第一 N+3級連桿、第二N+3級連桿；第一 N級連桿與第二N級連桿之間通過第一轉動副連接；第一 N+1級連桿與第二N+1級連桿之 間通過第二轉動副連接；第一N+2級連桿與第二N+2級連桿之間通過第三轉動副連接、第一 N+3級連桿與第二N+3級連桿之間通過第四轉動副連接。
[0009] 進一步，所述第一 N級連桿、第二N級連桿的連接點為固定點，所述第二N級連桿 和第一 N+1級連桿的連接點為關節點，所述第一 N+1級連桿與第二N+1級連桿的連接點為 輸入點，所述第一 N+3級連桿與第二N+3級連桿的連接點為輸出點；所述第一 N級連桿、第 二N級連桿長度相同，所述第一 N+1級連桿與第二N+1級連桿的長度相同，所述第一 N+2級 連桿、第二N+2級連桿長度相同，所述第一 N+3級連桿與第二N+3級連桿的長度相同；所述 第一 N級連桿、第一 N+1級連桿、第一 N+2級連桿、第一 N+3級連桿與其同級連桿之間的軸 向距離依次遞減。
[0010] 進一步，所述輸出點相對于輸入點實現/7倍行程的放大， 刀_ 知/ $12- (A1+A2+A3+A4)/ (Al+742)， 其中，$12= (Ai+^42) ( )-⑶5" ( )]， $13= (Ai+A2+A3+A4) [C051 ( + A ) _ ( ) ]，Al、A2、A3、A4 分別為 N 級連桿、 N+l級連桿、N+2級連桿、N+3級連桿的長度，人2為關節點與輸入點之間的距離，a為各級 連桿與連桿機構中心線初始角度為〃，A a為由于輸入點運動而產生的角度變化。
[0011] 進一步，所述機構兩側為沿固定點對稱的的塔式交替布置結構，實現高剛度和大 比值行程雙向放大。
[0012] 本發明的優點在于：通過各級連桿的塔式交替布置，使本發明整體呈三角形立體 結構，穩定性強；另外，同級連桿之間以轉動副相連接，在實現行程放大能力的同時，增強 了本發明的內部支撐，從而使本發明在實現大比值行程放大能力的同時也具有了較大的剛 度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為傳統行程放大機構的結構示意圖； 圖2為本發明所提供的具有高剛度和大比值行程放大能力的機構的正視圖； 圖3為本發明所提供的具有高剛度和大比值行程放大能力的機構的俯視圖； 圖4為本發明所提供的具有高剛度和大比值行程雙向放大能力的機構的示意圖； 圖5為本發明所提供的具有高剛度和大比值行程放大能力的機構的三維結構示意圖。
[0014] 實施方式 下面結合附圖和實施例對發明的技術方案進行詳細說明： 圖2為本發明具有高剛度和大比值行程放大能力的機構的正視圖；圖3為本發明所提 供的具有高剛度和大比值行程放大能力的機構的俯視圖；圖5是本發明所提供的具有高剛 度和大比值行程放大能力的機構的三維結構示意圖。
[0015] 結合參考圖2、圖3和圖5,該高剛度行程放大機構包括：第一 N級連桿11、第二N 級連桿31、第一 N+1級連桿12、第二N+1級連桿32、第一 N+2級連桿13、第二N+2級連桿 33、第一 N+3級連桿14、第二N+3級連桿34 ;第一 N級連桿11與第二N級連桿31之間通過 第一轉動副連接；第一 N+1級連桿12與第二N+1級連桿32之間通過第二轉動副連接；第一 N+2級連桿13與第二N+2級連桿33之間通過第三轉動副連接、第一 N+3級連桿14與第二 N+3級連桿34之間通過第四轉動副連接，形成剖面面積漸增的塔式交替布置結構。所述各 轉動副軸線在同一平面內，同級連桿夾角被所述平面平分。
[0016] 所述第一 N級連桿11、第二N級連桿31的連接點為固定點21，所述第二N級連桿 31和第一 N+1級連桿12的連接點為關節點24,所述第一 N+1級連桿12與第二N+1級連桿 32的連接點為輸入點22,所述第一 N+3級連桿14與第二N+3級連桿34的連接點為輸出 點；各連桿均可以繞對應的連接點自由轉動；所述第一 N級連桿11、第二N級連桿31長度 相同，所述第一 N+1級連桿12與第二N+1級連桿32的長度相同，所述第一 N+2級連桿13、 第二N+2級連桿33長度相同，所述第一 N+3級連桿14與第二N+3級連桿34的長度相同； 所述第一 N級連桿11、第一 N+1級連桿12、第一 N+2級連桿13、所述第一 N+3級連桿14與 其同級連桿的距離遞減。
[0017] 假設N級連桿11、N+1級連桿12、N+2級連桿13、N+3級連桿14長度分別為7n、 A2、A3、A4,關節點24與輸入點22之間的距離為人2，各級連桿與連桿機構中心線初始角度 為〇?，由于輸入點22運動而產生的角度變化為A a，則輸入點22的行程可表示為 s12= (7n+742) \_cos ( 〇 + A a ) - cos a ] 輸出點23的行程可表示為 s'i3= ^11+^12+-^13+-^14^ Lcos ( a + A a )- cos 〇 ] 由此可得輸出點23相對于輸入點22的行程放大倍數為 -^13/ -^12- 由此可見，輸出點23相對于輸入點22的行程放大倍數/?只與輸入點22和輸出點23 的相對位置以及各級連桿的長度有關。
[0018] 由圖3可以看出，各級連桿整體呈"塔式"布局，連桿機構整體穩定性好，剛度大大 增強。
[0019] 在本發明的其他實施例中，所提供的放大機構還可以是兩側為沿固定點對稱的的 塔式交替布置結構，從而實現高剛度和大比值行程雙向放大。
[0020] 圖4為本發明所提供的具有高剛度和大比值行程雙向放大能力的機構的結構示 意圖，如圖4所示，所述結構左右對稱，具有雙向行程放大能力。
[0021] 本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域 技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發 明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明 的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案 的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種具有高剛度和大比值行程放大能力的機構，其特征在于，至少包括三級連桿，每 級連桿有兩根，同級連桿之間在中點通過轉動副連接；相鄰級連桿在端點處兩兩通過轉動 副連接，形成剖面面積漸減的塔式交替布置結構；各轉動副軸線相互平行，同級連桿之間的 轉動副軸線在同一平面內，同級連桿夾角被所述平面平分。
2. 依據權力要求1所述的具有高剛度和大比值行程放大能力的機構，其特征在于，包 括四級連桿，分別為：第一N級連桿（11)、第二N級連桿（31)、第一N+1級連桿（12 )、第二N+1級連桿（32)、第一N+2級連桿（13)、第二N+2級連桿（33)、第一N+3級連桿（14)、第二 N+3級連桿（34);第一N級連桿（11)與第二N級連桿（31)之間通過第一轉動副連接；第一 N+1級連桿（12)與第二N+1級連桿（32)之間通過第二轉動副連接；第一N+2級連桿（13) 與第二N+2級連桿（33)之間通過第三轉動副連接、第一N+3級連桿（14)與第二N+3級連桿 (34)之間通過第四轉動副連接 +。
3. 依據權利要求2所述的具有高剛度和大比值行程放大能力的機構，其特征在于，所 述第一N級連桿（11 )、第二N級連桿（31)的連接點為固定點（21 )，所述第二N級連桿（31) 和第一N+1級連桿（12)的連接點為關節點（24)，所述第一N+1級連桿（12)與第二N+1級 連桿（32)的連接點為輸入點（22)，所述第一N+3級連桿（14)與第二N+3級連桿（34)的連 接點為輸出點；各連桿可分別繞連接點轉動；所述第一N級連桿（11)、第二N級連桿（31)長 度相同，所述第一N+1級連桿（12 )與第二N+1級連桿（32 )的長度相同，所述第一N+2級連 桿（13)、第二N+2級連桿（33)長度相同，所述第一N+3級連桿（14)與第二N+3級連桿（34) 的長度相同；所述第一N級連桿（11 )、第一N+1級連桿（12)、第一N+2級連桿（13)、所述第 一N+3級連桿（14)與其同級連桿之間的軸向距離依次遞減。
4. 依據權利要求2所述的具有高剛度和大比值行程放大能力的機構，其特征在于，所 述輸出點（23)相對于輸入點（22)實現倍行程的放大， 知/ $12- (A1+A2+A3+A4)/ (Α?+·^42)， 其中，S12= (7n+_/42) [CO1S(Ο"+Δ) -CO1S(Ο")]， $13= (Λι+Λ2+Λ3+Λ4)k0·5 ( +Δ ) _coS( ) ]，Λ?、Λ2、Λ3、Λ4分別為N 級連桿 (11)、Ν+1級連桿（12)、Ν+2級連桿（13)、Ν+3級連桿（14)的長度，人2為關節點（24)與輸入 點（22)之間的距離，α為各級連桿與連桿機構中心線初始角度為〇·，Λα為由于輸入點 (22)運動而產生的角度變化。
5. 依據權利要求2所述的具有高剛度和大比值行程放大能力的機構，其特征在于，所 述機構兩側為沿固定點（21)對稱的塔式交替布置結構，實現高剛度和大比值行程雙向放 大。
【文檔編號】F16H21/44GK104455268SQ201310420313
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】張玉花, 曹燕燕, 丁同才, 陳乃威, 胡震宇, 劉仲, 吳源兵, 潘宇, 劉洲, 施宗成 申請人:上海宇航系統工程研究所