一种可间歇运动的空间曲柄摇杆机构

摘要

本发明可间歇运动的空间曲柄摇杆机构，其包括摇杆、连杆、曲柄及机架，所述摇杆和机架构成第一转动副，所述曲柄和机架构成第二转动副，摇杆和连杆构成第一球面副，连杆和曲柄构成第二球面副，所述摇杆轴线与曲柄轴线垂直相交，所述曲柄轴线过摇杆的运动平面，其中曲柄转动一周，摇杆可往复摆动后歇停，往复摆动和歇停时对应的曲柄转角大致相等。本发明可间歇运动的空间曲柄摇杆机构结构简单，制作成本低，停歇精度高，传力性能好，可广泛应用于间歇送料、控制等场合。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可间歇运动的空间曲柄摇杆机构，属于机械传动技术领域。

背景技术

某些机械（如织布机等）中，要求从动件在运动过程中，具有较长时间的停歇。目前实现该功能往往需要组合机构或多杆机构，如凸轮-蜗轮间歇机构、摆线间歇机构、三齿轮驱动间歇机构、六杆间歇机构等。这些机构结构复杂，构件数较多，而且往往用到凸轮、齿轮等高副机构，制造成本高。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

本发明提供一种结构简单，制造、维护方便、传力性能好、效率高的可实现间歇运动的空间曲柄摇杆机构。

本发明采用如下技术方案：一种可间歇运动的空间曲柄摇杆机构，其包括摇杆、连杆、曲柄及机架，所述摇杆和机架构成第一转动副，所述曲柄和机架构成第二转动副，摇杆和连杆构成第一球面副，连杆和曲柄构成第二球面副，所述摇杆轴线与曲柄轴线垂直相交，所述曲柄轴线过摇杆的运动平面，所述可间歇运动的空间曲柄摇杆机构中各构件的长度关系为：                                                且

其中，ψ₀为摇杆最大摆角，l₁为摇杆长度，s为机架长度，l₃为曲柄长度，l₂为连杆长度，δ>0且δ<< l₂；

摇杆最大摆角ψ₀与曲柄长度l₃和机架长度s有如下关系，tg(ψ₀/2) = l₃/ s。

所述第一转动副和第二转动副轴线垂直相交。

本发明具有如下有益效果：

（1）结构简单，制作成本低，停歇精度高，传力性能好；

（2）可广泛应用于间歇送料、控制等场合。

附图说明

图1为本发明可间歇运动的空间曲柄摇杆机构的结构示意图。

图2为起始位置时机构示意图

图3为曲柄转过90°时机构示意图。

图4为曲柄转过180°时机构示意图。

图5为曲柄转过270°时机构示意图。

图6为本发明摇杆摆角与曲柄转角关系曲线。

图7为本发明摇杆载荷转矩与曲柄驱动转矩随曲柄转角变化曲线。

具体实施方式

请参照图1至图7所示，本发明可间歇运动的空间曲柄摇杆机构包括摇杆1、连杆2、曲柄3和机架4，其中摇杆1和机架4构成第一转动副5，曲柄3和机架4构成第二转动副6，摇杆1和连杆2构成第一球面副7，连杆2和曲柄3构成第二球面副8。其中第一转动副5和第二转动副6轴线垂直相交。摇杆1轴线与曲柄3轴线垂直相交，曲柄3轴线过摇杆1的运动平面，该机构为空间曲柄摇杆RSSR四杆机构。

要实现摇杆的间歇摆动，各构件长度应满足下述关系：

且

其中，ψ₀为摇杆最大摆角，l₁为摇杆长度，s为机架长度，l₃为曲柄长度，l₂为连杆长度，δ>0且δ<< l₂；

摇杆最大摆角ψ₀与曲柄长度l₃和机架长度s有如下关系，tg(ψ₀/2) = l₃/ s。

本发明的一个具体的实施例中：其中摇杆长度l₁=100mm，连杆长度l₂=149.5mm，曲柄长度l₃=113.738mm，机架长度s=197mm，摇杆最大摆角ψ₀=60°，δ=0.0164。

本发明可间歇运动的空间曲柄摇杆机构的运动过程如下：

起始位置，即曲柄转角 =0°，摇杆摆角ψ≈0°时，机构如附图2所示。

曲柄从0°转到90°，摇杆摆角从ψ≈0°达到摇杆最大摆角ψ₀，当=90°时，ψ=ψ₀，机构如附图3所示。

曲柄从90°转到180°，摇杆摆角从摇杆最大摆角ψ₀回到ψ≈0°当=180°时，ψ≈0°，机构如附图4所示。

曲柄从180°转到360°，摇杆转角几乎不动，处于近似停歇状态。因为此时第一球面副7，近似处于以曲柄轴线为轴、以连杆2为母线、以第二球面副8的运动轨迹（为圆）底的圆锥的锥顶，机构如附图4所示。当=270°时，ψ≈0°，机构如附图5所示。

该机构曲柄转动一周，摇杆往复运动时间略大于歇停时间，且δ越小，摇杆往复运动时间与歇停时间越接近，停歇精度越高。极限情况δ=0时，摇杆往复运动时间与歇停时间相等，摇杆在停歇时段精确停歇，但此时摇杆在一个极限位置会出现运动不确定现象。

曲柄转角为0°到180°时，摇杆摆角ψ在0°到60°范围内往返摆动一次，曲柄转角为180°到360°时，摇杆摆角ψ≈0°，几乎不动。曲柄上的最大驱动转矩M3与载荷转矩M1的最大比值为1.127。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。