专利名称：一种多构型平面连杆机构实验平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连杆机构实验平台，具体地说，涉及一种多构型平面连杆机构实验平台。
背景技术：
平面连杆机构是一种应用十分广泛的机构，对它的设计与分析一直是机构学研究的一个重要课题。平面连杆机构构型多样复杂，目前的连杆机构实验平台主要针对某一种构型的平面连杆机构，用于认知型和演示型实验，仅适合初学者学习平面连杆机构的基本知识。在对平面连杆机构设计创新和研究者研究多构型机构的运动学、动力学等特性时，会遇到困难。中国专利200820190530. 7中公开了一种能为任意给定运动提供实验依据、能精确地实现任意运动轨迹的受控平面五杆机构试验台。该试验台仅能针对平面五杆机构进行试验，对于四杆机构、多杆机构等构型的机构的试验无能为力。中国专利03248164. 0中描述了一种平面机构试验台，其主要针对多种平面机构的设计、拼装、运动演示，为机械类学科的学生学习平面机构知识提供一种理想的教具。该试验台可以针对多种平面机构，但是具体到平面连杆机构时仅能对平面四杆机构进行运动演示，不能适应多种构型的平面连杆机构的特性的研究。中国专利01257105. 9中公开了一种行之有效的模拟曲柄、导杆、滑块运动的动态测试、设计教学实验机构。该实验机构仅针对曲柄滑块机构和曲柄导杆机构，不能满足同在一个实验台上开展多种构型平面连杆机构设计、运动演示、特性研究。
发明内容
为了克服现有技术中存在的机构单一、不能满足同在一个实验平台上开展多种构型平面连杆机构设计、运动演示、特性研究等不足。本发明提供一种多构型平面连杆机构实验平台，该实验平台设计合理，结构简单，能够方便地研究机构的运动学、动力学等性能，应用效果好，便于推广使用。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是实验平台包括面板、支架、粗杆、细杆、动平台、销轴孔、销轴、细长杆；所述的面板固定安装在台架上，面板上设置至少两组分布排列的通孔，每组通孔由销轴孔和多个螺钉孔组成，驱动电动机安装在面板的下面与销轴连接，支架固定安装在面板上通过销轴和螺钉与粗杆连接，粗杆与细杆、或细长杆、 或动平台之间使用销轴和螺钉连接；支架凸起部位的中心通孔与面板上设置的销轴孔在同一轴线上。所述的支架为“几”字状，下端两侧边缘处对称设置有螺纹孔，用于将支架安装固定在面板上；支架的凸起部位中心位置处设置有通孔，用于定位和支撑销轴。所述粗杆为两端部不相等的直杆件，端部边缘是以直杆宽度为直径的半圆弧形， 半圆弧形的圆心处设置有通孔，其中较大一端通孔两侧各置有一螺纹孔使粗杆与销轴固定连接，粗杆与销轴配合用于传递电机扭矩，粗杆的另一端与细杆连接。所述细杆为两半部对称的扁条形杆件，中间部分镂空，两端置有圆通孔与销轴配合使用，通孔两侧各设置有一螺纹孔，用于将细杆与销轴固定连接传递扭矩。为了研究不同刚度下机构的特性，本发明配备一个细杆的替换件，与细杆结构一样，刚度小。所述细长杆为两端部呈半圆弧形的长杆，半圆弧形的圆心处设置有圆通孔，通孔两侧各设置有一螺纹孔，用于将细长杆与销轴固定联接传递扭矩。细长杆的中间部分镂空。所述动平台为等边三角形薄板，依中心外延设置有若干小孔，三个角上分别设置有圆通孔，通孔内固定有轴衬套与销轴配合；所设置的小孔用于安装传感器方便后期采集实验数据。本发明一种多构型平面连杆机构实验平台，设计新颖，合理利用了组合式平面连杆机构构型，有效的解决了现有技术所存在的机构单一、不能满足同时在一个实验平台上开展多种构型平面连杆机构设计、运动演示、特性研究等问题。其有益效果是平面连杆机构构型结构充分利用了实验平台体积空间，能有效的增加机构构型排布，使得平面连杆机构型得以提高；如多种构型的四杆机构、多种构型的五杆、多种构型的六杆机构以及多种构型的多杆机构；尤其是在开展多种构型平面连杆机构搭接、多种机构运动和动力学特性等方面的实验带来方便，对学习者掌握平面连杆机构相关知识具有重要意义，同时研究者可通过该平台验证平面连杆机构学中的理论。本发明具有结构简单、制作方便，应用效果好， 便于推广使用。
下面结合附图和实施方式对本发明一种多构型平面连杆机构实验平台作进一步详细说明。图1为本发明多构型平面连杆机构实验平台结构示意图。图2为多构型平面连杆机构实验平台的面板示意图。图3为多构型平面连杆机构实验平台的粗杆示意图。图4为多构型平面连杆机构实验平台的细杆示意图。图5为多构型平面连杆机构实验平台的细长杆示意图。图6为本发明多构型平面连杆机构实验平台的动平台示意图。图7为本发明多构型平面连杆机构实验平台的支架示意图。图8为两自由度三转动副冗余并联机构的示意图。图9为平面五杆机构的结构示意图。图10为平面四杆机构的结构示意图。图11为平面六连杆机构的结构示意图。图中1.面板 2.支架 3.粗杆 4.细杆5.动平台6.销轴孔7.销轴 8.细长杆
具体实施例方式本发明多构型平面连杆机构实验平台为了最大化利用各构件，对各构件的尺寸进行了优化，标准化以后可以适应变刚度、变间隙等多种复杂实验条件，多种构型平面连杆机构研究。可以通过另行更换构件达到使用者的特殊要求，拓展该平台的使用范围。下面以
4平面三自由度三转动副并联机构、平面两自由度三转动副冗余并联机构、平面五杆机构、平面四杆机构和瓦特型平面六连杆机构为例说明具体实施方式
。实施例1参见图1、图2、图3、图7，本实施例是一种多构型平面连杆机构实验平台，包括面板1、支架2、粗杆3、细杆4、动平台5、销轴孔6、销轴7、细长杆8以及部分标准件。其中，面板1固定安装在台架上，面板1上设置排列至少两组通孔，每组通孔由销轴孔6和多个螺钉孔组成，驱动电动机安装在面板1的下面与销轴7连接，支架2固定安装在面板1上通过销轴7和螺钉与粗杆3连接，粗杆3与细杆4或动平台5之间使用销轴7和螺钉联接；支架2 下端两侧边缘处对称设置有螺纹孔，用于将支架2安装固定在面板上；支架2的凸起部位中心位置处设置有通孔，用于定位和支撑销轴7。所述粗杆3为两端部不相等的直杆件，端部边缘是以直杆宽度为直径的半圆弧形，半圆弧形的圆心处设置有通孔，其中较大一端通孔两侧各置有一螺纹孔使粗杆3与销轴7固定联接，粗杆与销轴配合用于传递电机扭矩，粗杆 3的另一端与细杆4连接。所述细杆4为两半部对称的扁条形杆件，中间部分镂空，两端置有圆通孔与销轴配合使用，通孔两侧各设置有一螺纹孔，用于将细杆4与销轴固定联接传递扭矩；如图4。所述细长杆8为两端部呈半圆弧形的长杆，半圆弧形的圆心处设置有圆通孔，通孔两侧各设置有一螺纹孔，用于将细长杆8与销轴联接传递扭矩。细长杆8的中间部分镂空；参见图5。所述动平台5为等边三角形薄板，依中心外延设置有若干小孔，三个角上分别设置有圆通孔，通孔内固定有轴衬套与销轴配合；所设置的小孔用于安装传感器方便后期采集实验数据；如图6所示。安装时，先在面板1上安装固定三个支架2，三个支架2的顶端通过销轴7和螺钉分别安装三根粗杆3，三根粗杆3的另一端分别与三根细杆4的一端通过销轴和螺钉安装连接，三根细杆4另一端分别与动平台5连接，组成平面三自由度三转动副并联机构。将图 1中的细杆4更换为刚度更小的替换件，测试关键点的振动加速度，可以对机构的振动大小进行对比实验。更换动平台上安装的衬套，可以进行运动精度实验，对从动件的运动轨迹和运动范围进行测试，在此基础上，对机构的运动精度进行评价。在运动构件上布置应变片， 可以进行动应力实验，通过应变仪可以测试构件动应力大小，从而对机构的机械增益进行评价。实施例2如图8所示，是本实施例两自由度三转动副冗余并联机构，包括面板1、支架2、销轴7、粗杆3、细杆4、细长杆8。首先在面板1上通过螺钉固定安装三个支架2，三个支架2的顶端通过销轴7和螺钉分别安装三根粗杆3，传递电机提供的扭矩与运动，三根粗杆3的顶端分别安装两根细杆4和一根细长杆8，组成两自由度三转动副冗余并联机构。本实施例可进行冗余驱动实验，对于二自由度机构，采用三个电机驱动，确定合理的运动规律，通过冗余驱动，实现奇异位型的克服实验。将机构中的细长杆更换为刚度更小的替换件，用于做不同刚度对比下机构的振动对比分析；更换不同厚度的铜套可做不同间隙下机构的运动精度实验。实施例3图9展示了用于平面五杆机构的实施例，该实施例依结构形式的平面五杆机构可以进行运动轨迹实验，对平面运动构件上某点的运动轨迹进行绘制，也可以对机构的死点、
5极位和压力角进行实验。在平面五杆机构的结构中包括面板1、支架2、销轴7、粗杆3、细杆
4、细长杆8。本实施例中，在面板1上固定安装两个支架2，两个支架2的顶端通过销轴和螺钉分别安装两根粗杆3，传递电机提供的扭矩与运动，粗杆3的顶端分别安装了一根细杆4和一根细长杆8，细杆4与细长杆8的顶端连接，组成了一种结构形式的平面五杆机构。更换其中一个支架的安装位置，两根粗杆3的顶端分别安装了两根细杆4，两根细杆4顶端联接， 便组成了另一种结构形式的平面五杆机构。实施例4图10为平面四杆机构的实施例，包括面板1、支架2、销轴7、粗杆3、细杆4、动平台5。本实施例中，先在面板1上固定安装两个支架2，两个支架2的顶端分别与一根粗杆 3和动平台5连接，粗杆3的顶端安装有细长杆8，粗杆3与细长杆8的顶端连接，组成了一种结构形式的平面四杆机构。将实施例中的细长杆8更换刚度更小的替换杆，可进行不同刚度下机构的振动特性实验。同时可以进行运动范围实验。实施例5图11为平面六连杆机构的结构，包括面板1、支架2、销轴7、粗杆3、细杆4、动平台
5。首先在面板1上通过螺钉固定安装三个支架2，两个支架2的顶端用销轴和螺钉安装两根粗杆3，另一个支架的顶端安装动平台5，两根粗杆3的顶端分别与两根细杆4连接，两根细杆4与动平台5连接在一起，组成了瓦特型平面六连杆机构。更换不同厚度的铜套可以进行运动精度实验，对机构的运动精度进行评价。也可进行动应力实验，通过应变仪测试构件动应力大小，从而对机构的机械增益进行评价。
权利要求
1.一种多构型平面连杆机构实验平台，包括面板、支架、粗杆、细杆、动平台、销轴孔、销轴、细长杆，其特征在于所述的面板固定安装在台架上，面板上设置至少两组分布排列的通孔，每组通孔由销轴孔和多个螺钉孔组成，驱动电动机安装在面板的下面与销轴连接，支架固定安装在面板上通过销轴和螺钉与粗杆连接，粗杆与细杆、或细长杆、或动平台之间使用销轴和螺钉连接；支架凸起部位的中心通孔与面板上设置的销轴孔在同一轴线上。
2.根据权利要求1所述的多构型平面连杆机构实验平台，其特征在于所述的支架为 “几”字状，下端两侧边缘处对称设置有螺纹孔，支架的凸起部位中心通孔用于定位和支撑销轴。
3.根据权利要求1所述的多构型平面连杆机构实验平台，其特征在于所述的粗杆为两端部不相等的直杆，端部边缘是以直杆宽度为直径的半圆弧形，半圆弧形的圆心处设置有通孔，较大一端通孔两侧各置有一螺纹孔使粗杆与销轴固定连接，粗杆的另一端与细杆连接。
4.根据权利要求1所述的多构型平面连杆机构实验平台，其特征在于所述的细杆为两半部对称的扁条形杆件，中间部分镂空，两端置有圆通孔与销轴配合。
5.根据权利要求1所述的多构型平面连杆机构实验平台，其特征在于所述的细长杆为两端部呈半圆弧形的长杆，半圆弧形的圆心处设置有圆通孔，通孔两侧各设置有一螺纹孔。
6.根据权利要求1所述的多构型平面连杆机构实验平台，其特征在于所述的动平台为等边三角形薄板，依中心外延设置有若干小孔，三个角上分别设置有圆通孔。
全文摘要
本发明公开了一种多构型平面连杆机构实验平台，该实验平台设计新颖，结构简单，合理利用了组合式平面连杆机构构型，较好的解决了同时在一个实验平台上开展多种构型平面连杆机构设计、运动演示、特性研究等问题。平面连杆机构构型结构充分利用了实验平台空间，有效的增加机构构型排布；尤其是在开展多种构型平面连杆机构搭接、多种机构运动和动力学特性等方面的实验带来方便，对学习者掌握平面连杆机构相关知识具有重要意义，同时研究者可通过该平台验证平面连杆机构学中的理论。本发明具有制作方便，应用效果好的特点，便于推广使用。
文档编号G09B23/10GK102269653SQ20111010061
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者刘霞, 王三民 申请人:西北工业大学