曲柄摇杆机构的制作方法

本实用新型涉及传动装置技术领域，特别涉及一种曲柄摇杆机构。

背景技术：

具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。通常，曲柄为主动件且等速转动，而摇杆为从动件作变速往返摆动，连杆作平面复合运动。曲柄摇杆机构可以用于弹片疲劳测试，目前常用的曲柄摇杆机构，一次只能用于一个样品测试，效率低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种曲柄摇杆机构，该曲柄摇杆机构一次可测试多个样品。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供了以下技术方案：

一种曲柄摇杆机构，包括曲柄、摇杆及连杆，所述摇杆包括基体和转动柄，所述转动柄连接于所述基体的边缘，所述基体的边缘还连接有多个夹持柄，所述夹持柄的底端与所述基体连接，顶端设置有样品夹持槽，所述基体设置有用于连接振动轴的振动轴孔，所述转动柄设置有用于连接连杆的连杆通孔，所述连杆通孔到所述振动轴孔的距离与所述夹持柄的顶端到所述振动轴孔的距离相等，所述连杆的两个端部分别设置有轴承孔，连杆通过嵌入所述轴承孔的轴承与摇杆、曲柄连接，且所述曲柄的长度与所述摇杆的长度满足关系，其中，为摇杆摆角，L₁为曲柄长度，L₃为摇杆长度。

进一步优选地，所述基体上设置有多个第一减重孔，所述多个第一减重孔均匀分布于所述基体。在基体上设置第一减重孔，可以有效减轻摇杆的重量，在实现多个样品测量的同时不影响测试效果。

进一步优选地，所述转动柄上设置有第二减重孔。作为一种可实施方式，所述第二减重孔为倒圆角的矩形孔。在转动柄上设置第二减重孔，可以进一步减轻摇杆的整体重量。

进一步优选地，所述夹持柄的顶端设置有两个所述样品夹持槽。一个夹持柄的顶端设置两个样品夹持槽，这样可以使得一个摇杆夹持更多的样品，便于更多的样品同时测试，进一步提升测试效率。

进一步优选地，所述基体为圆盘状结构。基体为圆盘状结构，可以有效的提高其固有频率，使其在400Hz以下实现1.4mm的大位移转动。

进一步优选地，所述摇杆、所述连杆均由碳纤维板制作而成。碳纤维板具有质量轻、强度大的优点，摇杆、连杆均由碳纤维板制作，可以进一步减轻摇杆质量，增强其强度。

进一步优选地，所述曲柄的抗拉强度≥750MPa，屈服点≥550MPa，扭转疲劳极限≥200 MPa，弯曲疲劳极限≥350 MPa。这样设计的曲柄安全系数较高，能够满足较大强度和刚度的需求。

进一步优选地，所述连杆的长度为19mm，重量为0.32g。如此设计的连杆，连杆承受的最大应力可以为2.077×110⁶N/m²，而屈服极限为9.3×10⁶N/m²， 因此安全系数较高，能够满足较大强度和刚度的需求。

与现有技术相比，本实用新型提供曲柄摇杆机构，摇杆具有多个夹持柄，一次可以夹持多个样品进行测试，可以提高测试效率，而且测试频率高，周期短，摇杆末端振幅1.4mm时频率可达450Hz。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例中的摇杆的结构示意图。

图2为图1中所示A部的放大图。

图3为本实用新型实施例中的连杆的结构示意图。

图4为本实用新型实施例中的曲柄的结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的曲柄摇杆机构的结构示意图。

主要元件符号说明

摇杆1；连杆2；曲柄3；振动轴4；基体10；转动柄20；夹持柄30；振动轴孔101；第一减重孔102；第二减重孔201；连杆通孔202；样品夹持槽301。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，本实施例中提供的曲柄摇杆机构，包括曲柄3、摇杆1及连杆2。其中，摇杆1包括基体10和转动柄20，转动柄20连接于基体10的边缘，基体10的边缘还连接有多个夹持柄30，作为一种可实施方式的举例，图1所示的摇杆1中夹持柄30设置为四个，图5所示的摇杆1中夹持柄30设置为五个，夹持柄30的底端与基体10连接，顶端设置有样品夹持槽301，基体10设置有用于连接振动轴的振动轴孔101，转动柄20设置有用于连接连杆的连杆通孔202，连杆通孔202到振动轴孔101的距离与夹持柄30的顶端到振动轴孔101的距离相等。连杆的两个端部分别设置有轴承孔，构成“8”字形结构，连杆2通过嵌入轴承孔的轴承与摇杆1、曲柄3连接，且所述曲柄的长度与所述摇杆的长度满足关系，其中，为摇杆摆角，L₁为曲柄长度，L₃为摇杆长度。

作为一种可实施方式的举例，图1所示的摇杆1中，夹持柄30的顶端设置的样品夹持槽301为一个，作为更优选的实施方式，图5所示的摇杆1中，一个夹持柄30的顶端设置有两个（也可以设置更多）样品夹持槽301，这样可以使得一个摇杆夹持更多的样品，便于更多的样品同时测试，进一步提升测试效率。

使用时，样品夹持于样品夹持槽301中，摇杆1通过贯穿于连杆通孔202、轴承孔的轴承与连杆2连接，连杆2通过贯穿另一个轴承孔的轴承连接曲柄3，曲柄3带动连杆2，连杆2带动摇杆1，实现摇杆1的往复摆动，即摇杆1的转动柄20摆动，进而也带动夹持柄30摆动，即带动样品摆动，转动柄20与夹持柄30的摆动角度与位移相等。

为减轻摇杆1的重量，如图所示，本实施例中，基体10上设置有多个第一减重孔102，作为一种实施方式，第一减重孔102为圆形孔，围绕振动轴孔101均匀分布于基体10上。

为了进一步减轻摇杆重量，更优地，转动柄20上设置有第二减重孔201，本实施例中，第二减重孔201为倒圆角的矩形孔，矩形孔面积大，可以更好地减轻摇杆重量，矩形孔倒圆角，使得摇杆更美观。

如图所示，本实施例中，基体10为圆盘状结构，这样设置可以有效提高其固有频率，使其在400Hz以下实现1.4mm的大位移转动。

本实施例提供的摇杆1，一次最多可测试八个样品（包括四个夹持柄，一个夹持柄的顶部设置有两个样品夹持槽，一个样品夹持槽夹持一个样品），很大程度地提升测试效率；此外，测试频率高，周期短，振幅1.4mm时，频率可达450Hz。

作为一种更优选的实施方式，基体10、转动柄20、夹持柄30一体成型，并由碳纤维板切割而成。摇杆1由碳纤维板制作，一方面可以进一步减轻摇杆质量，另一方面还可以增强其强度。摇杆一体成型，不仅便于制作，而且可以提高摇杆整体的稳定性。

振动轴4是实现弹片压缩的直接驱动机构，振动轴4通过摇杆1上的振动轴孔与摇杆1固连。本实施例中，振动轴4采用40Cr钢制造，摇杆采用碳纤维材质制造，整个结构设计的转动惯量值为4.26×10^-7kg·m²。

在曲柄摇杆机构运动过程中会产生惯性力，从而影响整个机构的动态性能，因此，连杆2在满足受力要求的前提下，要求其质量尽量小。此外，连杆质量越小，越有助于整个机构的平衡质量分配。因此，本实施例中，连杆2的长度为19mm，质量为0.32g，其所能承受的最大应力为2.077×110⁶N/m²，而屈服极限为9.3×10⁶N/m²， 因此安全系数：n1 =9.3×10⁶/ 2.077×10⁶ = 4.78，可以很好地满足较大的刚度和强度需求。

本实施例中，曲柄3采用常用的合金钢40Cr材料，并经调质处理，做成实心轴结构，其抗拉强度σb≥750MPa，屈服点σs≥550MPa，扭转疲劳极限τ-1≥200 MPa，弯曲疲劳极限σ-1≥350 MPa。40Cr是使用最广泛的钢种之一，经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷可得到较高的疲劳强度。本实施例中所述的曲柄3所能承受的最大应力1.117×107N/m2。40Cr的弯曲疲劳极限σ-1≥350MPa，因此安全系数S = 3.50×108 / 1.117×107= 31.3。一般情况下，材质均匀、载荷与应力计算准确时，取S = 1.3~1.5；材质不够均匀，计算不够精确时，S = 1.5~1.8。因此本实施例中所述曲柄可以满足强度要求较高的场合应用。

本实施例中提供的曲柄摇杆机构一次可以进行多个样品测试，提高测试效率；此外，该曲柄摇杆机构在振幅1.4mm时可以实现高频450Hz以下的振动，测试频率高，周期短。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。