专利名称：“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，本发明的门内马斯摆杆，自带特殊的卡当离合器，特别适用于步行机械腿装置、扑翼飞行装置、鱼尾式推进装置等和用于各种机器、设备和装置中作可调角度的往复摆动和可调行程的直线驱动使用；机电一体化中的“驱动器”单元中作直线驱动和角度驱动使用。
从古希腊的门内马斯(Menaechmus，公元前375-325年)用平面去截锐角圆锥时发现了椭圆及椭圆曲线，多才多艺的列奥纳多·达·芬奇(1452-1519)根据十字槽双滑块椭圆仪机构原理曾经设计过椭圆加工车床，数学家卡当(1501-1576)用特殊比例的行星齿轮传动，形成另一种椭圆仪机构，在快速印刷机上得到广泛应用，天文学家开普勒(1571-1630)揭示出行星等天体均按椭圆曲线轨道绕太阳运行。
十字槽双滑块椭圆仪[1]，卡当圆行星齿轮椭圆仪[2]的原理图中都有同样说明的运动杆，杆上都有相同的特殊点能走出精确的直线来，国内很多著名学者认为这种由椭圆仪演变来的精确直线导向机构[3]，模仿、设计、制造、应用都很困难，故只有用近似直线导向机构来满足人们广泛的应用需求，被冷落的精确直线导向机构在国外学术界也是多年不争的事实。
既然在广袤的太阳系内的太空中都遵循着椭圆曲线的普遍运动规律，而且在地球上的自然界中生活着众多能“走”、“飞”、“游”的各种不同类别的动物，都共同具有作摆动行走，飞翔和游动的共性，那么椭圆曲线内的运动杆，是可以人为地控制它在椭圆中作旋转摆动的。如果造物主—“上帝”在造世界万物之中，特别是在造“飞的”，“走的”，“游的”各种动物，昆虫和鱼类等动物时也曾借鉴过椭圆之中的运动杆的摆动特性的话，那与本发明纯属巧合。
本发明的目的是将十字槽双滑块椭圆仪和卡当圆行星齿轮椭圆仪二者原理图中的运动杆人为地约束和控制它在椭圆之中作旋转运动，迫使运动杆按椭圆的运行机制和特性运动。具体是把运动杆上的作直线运动的直移轨迹点和运动杆上作圆周运动的圆轨迹点通过各种构件约束起来，迫使运动杆只能按这两种运动的合成而运动，形成本发明中作旋转摆动运动的“驱动杆”。为了纪念伟大的几何学家门内马斯发现椭圆，称为“门内马斯摆杆”。门内马斯摆杆从功能和作用上分为驱动杆，摆动杆和传动杆；从结构上分为直杆，弯杆和组合杆；从类型上分为门氏A杆(MA杆)，门氏B杆(MB杆)和门氏上杆，总称“门内马斯摆杆”，简称“门氏摆杆”或“门氏杆”(M杆)。
2300多年以来，无数的专家，学者对椭圆仪机构作过若干的改进和创造，也形成了若干的相关的装置和机构在各个领域中发挥作用。本发明的目的是将全面综合和组合椭圆仪机构方面的原理，各种独立装置和技术，创造出一种新式的，无固定支点的摆动驱动杆机构及专用的直线驱动装置。前者主要通过摆动驱动杆来模仿或代替动物大腿的摆动作用，飞鸟或会飞昆虫翅膀的扑动作用，模仿水中鱼类摆尾推进的作用和人力双桨。后者主要是在机械传动领域创造出一种在0-1000mm左右的可调行程的精确直线往复驱动的系列装置产品(在1000mm以上行程可调的精确直线往复驱动实施同样都不困难)。在一般情况下，都可以替代导轨的作用，实现精确直线往复运动或驱动。
在各种机器、装置、设备或阀体中需要作往复直线运动的地方很多，液压油缸、气动气缸、丝杠，甚至作短程直线驱动的电磁铁等都可作往复直线传动，各具有特色。精确直线系列驱动装置在短行程的可调往复直线传动或驱动方面比油缸和气缸更有优越性。
近代在机电一体化中，诸多的机电产品领域中，特别是小型或微型的产品中，机械的精确直线驱动器系列产品可以和电机、减速、控制、传感等融合为一体，作成单独的直线驱动单元使用，更有十分广阔的应用前景。
在本发明中都是把卡当圆行星齿轮机构作为输入的驱动机构，这种经典的机构本身带有最大行程和最小行程的调整机构。本发明发现在最小行程的零位处，即行星齿轮与固定在内齿圈套中的内齿圈的啮合定位点处在纵轴线的时候，卡当驱动销只能在过几何中心的纵轴线上作上下直线运动，不能对驱动杆背面的纵槽壁产生驱动力，这样动力被切断，变成了名符其实的离合器。此离合器在步行机械腿装置和飞行扑翼装置及鱼尾式推进器等装置中有特殊的作用，为了纪念伟大的数学家卡当(Kardano)，理应称作卡当离合器本发明的目的是通过以下途径来达到的。门氏摆动驱动杆的最重要特征是，在门氏杆上作直线运动的直移轨迹点和杆上作圆周运动的圆轨迹点通过分别的约束构件或共同的约束构件，约束或锁定在规定的构件中只能按规定轨迹运动，这样，门氏杆上这二点的直线和圆周运动的合成，就能迫使运动杆按椭圆仪原理的运动规律作有序的旋转往复摆动。精确直线驱动装置内包含着本发明核心的门氏摆动驱动杆机构装置。
为了实现本发明的目的，是通过以下技术方案来达到的。具体是在曲柄上有成整体的曲柄轴、曲柄销或压入的曲柄销和曲柄盘及盘上的配重调整块。行星齿轮是和三联滚轮上的阶台端面紧固，通过三联滚轮上的内孔与曲柄销保持转动配合，并一起与压合在内齿圈套内的内齿圈啮合并作行星转动。内齿圈的节圆半径与行星齿轮的节圆半径之比为2∶1。在三联滚轮上有成整体的卡当驱动销或压入的卡当驱动销，其中心轴线有意选在行星齿轮节圆点处，卡当驱动销上装有滚动轮或滑块，一起置入门氏驱动杆背后的纵向槽中，驱动门氏杆作旋转往复摆动。在圆轨迹点处设置带台轴销和滚轮，放入到以壳体几何中心为圆心的壳体环槽之中进行约束，或将锚式摆动连杆下端凸起轴销放入与壳体几何中心重合的横梁板中间的小孔中作锚式摆动连杆的摆动中心，然后将锚式摆动连杆上端孔直接与门氏摆杆的圆轨迹点处轴销转动铰接；门氏摆杆上的直移轨迹点处设置的轴销和滚轮一起置入到与壳体固连的横梁板内，对称于横轴线的长槽之中，来约束滚轮只能沿横轴线作直线往复滚动。或在锚式摆动连杆上制有弧状的阶台圆柱面，与门氏摆杆上直移轨迹点处孔中的带台轴销上的滚轮保持精确的纯滚动，即弧状阶台圆柱面半径与滚轮半径之和，要严格保证等于门氏摆杆上圆轨迹点到直移轨迹点的距离，从而迫使驱动杆在壳体横轴线上作直线轨迹运动。这二个特殊的圆轨迹点和直线运动轨迹点在分开构件约束和共同构件的约束下，门氏杆只能对称于纵轴线，以2α的最大摆动角度，按照椭圆的运动规律在椭圆中作正反旋转的、有序的往复摆动。
若门氏摆杆上作直线运动的直移轨迹点或门氏杆上特别是杆的下端任意点是以最大的摆动半角α从横轴线上左端的摆动折返点处向右摆动时，门氏摆杆是以渐加速度向纵轴线靠拢，然后又以渐减速度从纵轴线离开摆向靠右的折返点。这就说明门氏摆杆在纵轴线附近，即摆动角的中间速度最快，左右折返点处速度最慢。
如果将门氏摆杆从力臂直移点处向上延长一段，仍对门氏摆杆在圆轨迹点和直移轨迹点二点约束下和卡当驱动销与滚轮仍在门氏摆杆背面的纵向槽中作动力输入驱动，那么门氏摆杆的延长段上任意点，都是以渐减速度向纵轴线靠拢，然后又以渐加速度从纵轴线离开，这说明“门氏上杆”的运动特性是在纵轴线附近的速度最慢，而二个折返点附近的速度最快。
三联滚轮的外圆柱面在内齿圈套的内孔中作纯滚动，这对处于悬臂的的曲柄销和卡当驱动销起滚动支承的分担作用，能改善它们的受力情况，提高承载能力，和寿命方面有很大的好处。
曲柄轴、曲柄销和卡当驱动销之间形成双重的曲柄旋转机构，这种结构特征是当门氏摆杆旋转摆动到两个折返点时，门氏摆杆上的构件质量的惯性冲击力，能被旋转的双重曲柄吸收。
两种经典的椭圆仪机构，其原理图在背景文件和其它大量相关著作中几乎都是千篇一律的照搬或引述，肯定是无懈可击的原理图。本发明完全是依照这两个原理图中的运动杆所演变而来的，虽说共同的特征是约束杆上的作直线运动的直移轨迹点和作圆周运动的圆轨迹点运动合成，是一对孪生的门氏摆动杆，但约束的具体构件是有差异的。
具体的“门氏A杆”的直线运动的直移轨迹点和圆周运动的圆轨迹点是分别约束的，是通过将带长槽的横梁板穿过杆上的长方孔洞被安装在壳体横轴线上的壳体端面直径上紧固起来，在杆上直移点圆孔中，压入带台阶的轴销和与轴销转动配合的滚轮置于横梁的长槽之中，由于长槽的宽度和滚轮直径一致，且槽宽的对称中心线恰好和壳体几何中心的横轴线保持一致，故门氏杆的直移点轨迹线被严格地限制在横梁板的长槽之中，即壳体几何中心的横轴线上进行约束。长槽长度必须稍大于内齿圈节圆直径和滚轮直径之和。
在门氏A杆上的圆轨迹点处的圆孔中压入带台轴销，并套上转动配合的滚轮后置入制在壳体上，以壳体几何中心为圆心，以杆上直移点和圆轨迹点之间的距离为半径的圆弧环槽之中进行圆轨迹点约束。也可以用杆上圆轨迹点到直移点轨迹之间的距离为半径的直连杆，一端直接和壳体几何中心处的固定件和轴销转动铰接，另一端可直接和门氏A杆上圆轨迹处圆孔铰接来约束圆轨迹点，但直移点轨迹的约束横梁仍处原位不变，这在结构空间安排上稍难一点，这就是从十字槽双滑块椭圆仪原理图中的运动杆变化而来的“门氏摆动A杆”结构。
具体的“门氏摆动B杆”是根据卡当行星齿轮椭圆仪的原理图中的运动杆演变来的，杆上的二点是一个共同构件来约束的，一种形状类似于锚式的摆动连杆，其上端与门氏B杆上的圆轨迹点处的圆孔中用带台轴销作转动铰接，锚式摆动连杆下端轴销和固置于壳体几何中心横轴线上所安装的横梁板的圆孔之中作转动和摆动的中心就是壳体几何中心，从几何中心到锚式摆动连杆的圆轨迹点半径等于门氏杆上直移点到圆轨迹点之间的距离长度，在锚氏摆动连杆上制有以门氏B杆圆轨迹点为中心的弧状阶台圆柱面与门氏B杆上的直线轨迹点处所设置的轴销上活套着的滚轮保持精确的纯滚动的接触关系，即锚氏连杆上的弧状阶台柱面半径和作纯滚动的滚轮半径之和等于门氏杆上圆轨迹点和直线之间保持的长度一致。
在门氏杆圆轨迹点的上面有门氏摆杆的纵向力臂直移点(也称导向直移点)，其距离长度也等于圆轨迹点到直线轨迹点之间的长度。是现有技术中通常称作“导向”的地方。本发明的门氏杆上有二点合成运动的限制和约束完全能够按椭圆的运转规律作旋转往复摆动，故其导向作用在本发明中显得并不十分重要，但是本发明是一根作运动输出的驱动杆，保留导向部分是为了起增加驱动杆力臂长度的作用，由于门氏杆上端的纵向直移距离是微量的，从门氏杆的一个摆动周期来看，很像是门氏杆的摆动支点，其实杆上的纵向力臂直移点在纵轴线上也作一次很少量的上下直移运动，是门氏杆特征之一，在摆动时，杆上没有固定支点，是一根“活”的摆动驱动杆。与其它类别的摆动杆有明显的不同之处。
内齿圈是被压合在内齿圈套内置于壳体之中与壳体保持转动配合。在内齿圈套的外圆部分铣制蜗轮轮齿与壳体上的蜗杆组成蜗轮蜗杆副，也可将内齿圈套与套在壳体内中心部位手柄与内齿圈套固连，并通过壳体上之槽引出壳体外直接转动内齿圈套。
将三联滚轮上卡当驱动销的中心有意选择在横轴线上与内齿圈节圆直径上的凹齿槽中点上重合。即是把行星齿轮与内齿圈的啮合定位点选择在横轴线上作为定位起点或原点，所以内齿圈的节圆直径就是门氏摆杆最大摆动角行程和最长的精确直线输出行程。若将蜗杆上手轮或手柄顺时针转动，将内齿圈套转动1/4周，将啮合定位点与纵轴线重合时，则门氏杆的摆动角为零，直线移动行程为零。
最大的摆动角与最小的零摆动角及最长的直线行程与最短的零直线行程，即零位和最大位之间可实现无级或有级的往复摆动行程限制。啮合定位点只能在横轴线和纵轴线的1/4周内转动就能实现行程调整变化。
当啮合定位点处在零位，即与纵轴线重合时，卡当驱动销是从上向下过几何中心在纵轴线上作上下直线驱动，由于门氏摆杆背面的纵向直槽的对称中心线与纵轴线处在重合的位置，故卡当驱动销不对门氏杆产生驱动力，这时实际上输入动力被切断，变成了一个名符其实的“卡当离合器”，而且更有可贵的特征是门氏摆杆在纵轴线的位置上被彻底锁定。
最后是将门氏驱动杆上在横轴线上作直线运动的直移点处带台轴销上活套着一个输出长杆，并在横梁板上的立耳的孔洞中伸出，其最大可调直线行程输出长度等于内齿圈节圆直径长度。
自从门内马斯发现椭圆后至今，无数学者，专家运用自己的聪明才智对椭圆进行研究，其中在应用上最有成就者是德国的开普勒，用椭圆 曲线的运动规律支持了哥白尼所提出的日心说。椭圆曲线是椭圆的边界线，那么在边界外，边界上和边界以内的研究，除数学的方法外，物理的或机械的方法来分析和认识和复演椭圆，在这方面的经典是十字槽双滑块椭圆仪机构和卡当圆行星齿轮椭圆仪机构，都能复演出来椭圆，二者之中应该是意大利数学家卡当(Kardano)，他确定的用行星齿轮传动的方法，在行星齿轮旋转平面上反演出椭圆，并在印刷机等机械上得到应用。与开普勒一起对椭圆应用上的贡献最为伟大。
本发明的技术方案是开创性的，独创性的。发现了在椭圆内存在着一根“门内马斯摆杆”！在应用上将突破和深入到很多新的应用技术领域和解决很多机械上长期无法解决的重大的技术难题，其效果将是很明摆着的。
1.在门内马斯摆杆上作直线运动的直移轨迹点上的圆孔中所安装的带台轴销上，用双螺帽限定着一根作往复直线运动的输入杆，就是一种行程可调的精确直线驱动装置，此种装置用途很广，可搞多品种系列化，可形成新产业。国内学者们认为是无法实现的技术难题[3]。在短行程的往复直线驱动上更具明显优势。
2.门内马斯摆杆和缩放控制机构的组合，就是一条姿态优美，易于控制，成本低廉，性能可靠的“步行机械腿”。是一种独创的，技术上重大突破和开创新产业的核心技术。将在后继专利中详述。
3.将二根门内马斯摆杆，用卡当驱动销在杆的直线运动轨迹点上呈水平状态并联驱动就是典型扑动翼飞行机构装置。今后地表500m以内应该属于人类扑翼机的飞行空域，其它飞行器应该遵守此规则。
这是人类始终还未实现的梦想，很快将梦想成真。将在后继专利中详述。
4.把门内马斯摆动杆中的“门氏上杆”从椭圆曲线边界内伸到椭圆曲线的所谓边界外，组成门内马斯摆杆式的鱼尾式水中推进器，可以造出一种很独特廉价的潜水机器鱼。将在后继专利中详述。
5.取消卡当圆行星齿轮对门内马斯摆杆的输入驱动，可在并联好的直线移动的部位，用人力直接驱动，配上缩放机构后，能设计和生产出最具特色的双桨装置，其用力和划桨方式和倒退式人力划行的双桨相似，但船的行进方向却是朝前的，可用单手，双手，甚至不用手也能划动双桨和转向。将在后继专利中详述。
6.门内马斯摆杆中，自带特殊的“卡当离合器”，特别适用于步行机械腿装置、扑翼飞行装置、鱼尾式推进装置和精确直线驱动装置中起锁定、行程调整和离合器的作用。
图1是门氏A杆型精确直线驱动装置主视结构示意图。
图2是输出杆可调最大行程和最小行程示意图。
图3是门氏驱动摆杆摆到纵轴线位置时的全剖视图。
图4是门氏B杆型精确直线驱动装置主视结构示意图。
图5是输出杆可调最大行程和最小行程示意图。
图6是门氏驱动摆杆摆到纵轴线位置时的全剖视图。
图7是图6的A向局部行程调整手柄结构示意图。
图8是图3或6中输入曲柄盘轮廓及配重调整块示意图。
图9是图3中A-A局部剖视的蜗轮蜗杆行程调整的示意图。
以下将结合实施例1的附图1，2，3，8，9对本发明作详述。动力由电动机经多级减速后到达几何中心轴线上的输入齿轮(1)与曲柄轴(2)固连，驱动行星齿轮(4)和压合的三联滚轮(3)并一起装入到曲柄销(5)上共同旋转围绕内齿圈(6)作行星运转。行星齿轮(4)的节圆直径与内齿圈的节圆直径是1∶2的关系。卡当驱动销(7)位于行星齿轮(4)节圆处所对正的三联滚轮(3)的小孔中压合不能轴向串动，卡当驱动销(7)上装有转动滚轮(8)一起置入到驱动杆(9)背面的纵槽a-a之中。驱动驱动杆(9)对称于纵轴线作往复旋转摆动。曲柄配重盘(10)的轮廓在图8中示出，上面有配重平衡调整块(11)，用来和装配在曲柄销(5)上的三联滚轮(3)，行星齿轮(4)和卡当驱动销(7)及滚轮(8)对输入旋转中所产生的动不平衡作调整。
输入曲柄轴(2)，曲柄销(5)和卡当驱动销(7)之间形成双重的曲柄机构，当驱动杆(9)摆动到两个折返点时，驱动杆(9)上的构件质量的惯性冲击力，能被这种双重曲柄所吸收，故说门内马斯摆杆在摆动时振动很轻微。
三联滚轮(3)的外圆柱面在内齿圈套(22)内孔中也作行星旋转滚动，对输入曲柄(2)，曲柄销(5)和卡当驱动销(7)这双重曲柄起一种对各轴承上受力支承的分担作用，尤其对曲柄销(5)和卡当驱动销(7)这种悬臂轴的承载和寿命有特别好的作用。
对驱动杆(9)“二点”约束是分别进行的。横梁板(12)穿过驱动杆(9)中的方孔被安装在壳体(13)的直径端面上用二个带精密柱销的螺钉与壳体(13)连结(图上未示出)，横梁板(12)上有对称长槽，其槽的对称轴线和壳体(13)的横轴线重合，横梁板(12)上长槽的有效长度要略大于内齿圈(6)的节圆直径加滚轮(14)直径之和。将滚轮(14)装入到驱动杆(9)的直移轨迹点处孔中压入的带台轴销(15)上的横梁板(12)的长槽之中来约束驱动杆(9)，作直线运动的直移轨迹点只能沿横轴线上作往复有约束的直线运动。驱动杆(9)上的另一点是通过驱动杆(9)上作圆周运动的圆轨迹点处的孔中压入带台轴销(16)并装上滚轮(17)后一起置入以壳体几何中心为圆心，以驱动杆(9)上的圆轨迹点与直移轨迹点之间的距离为半径，在壳体(13)上所制出的环形槽(18)之中进行对圆轨迹点的约束。这样，驱动杆(9)上带台轴销(15)和带台轴销(16)的二个中心点，分别约束和限制在与壳体(13)所连结的横梁板(12)的横向长槽和壳体(13)上的环形槽中。
驱动杆(9)上的“力臂直移点”，也可称作“导向直移点”，是在带台轴销(19)上套上滚轮(20)后压入驱动杆(9)上的直移点孔中，装入到壳体(13)上端处与纵轴线对称的槽(21)中作微量的上下直移运动。力臂直移点到圆轨迹点的距离要严格保证与圆轨迹点到直线轨迹点之间距离相等。
内齿圈(6)是压入到内齿圈套(22)中固定的，内齿圈套(22)的外圆和端面可以在壳体(13)的孔中转动，内齿圈套(22)的外圆周围铣有蜗轮轮齿(24)与装配在壳体(13)中蜗杆(23)组成蜗轮蜗杆副的传动关系。图9是图3中A-A局部的蜗轮蜗杆传动的剖视示意图。转动蜗杆外的手轮(25)就可以调整驱动杆(9)的旋转摆动角大小的摆动行程。若将内齿圈(6)和行星齿轮(4)的啮合定位点选在横轴线上的内齿圈(6)左端的节径点上，则卡当驱动销(7)和滚轮(8)对驱动杆(9)的驱动产生出最大的摆动角，并对称于纵轴线作最大的往复旋转摆动。若转动手轮(25)，使内齿圈(6)和行星齿轮(4)的啮合定位点由横轴线顺时针转到上方的纵轴线上时，则卡当驱动销(7)和滚轮(8)对驱动杆(9)不产生驱动作用，驱动杆(9)的摆动角为零，驱动杆(9)被锁定在纵向轴线的铅垂线位置，输入动力被切断，形成一种卡当离合器的离开状态。图2中的最大可调行程L的对称中心点O点处就是驱动杆(9)被锁定和离合状态的关系位置示意图。
这样，驱动杆(9)的摆动角和直线移动的输出长度可在零和最大之间任意选择，可无级或有级地控制行程的大小变化。
在横梁(12)右端制有立耳(26)与横梁(12)作成一总体，并压入衬套(27)，将输出杆(28)的左端孔洞装入到驱动杆(9)上带台轴销(15)的右端上，用双螺帽锁定好间隙，输出杆(28)从立耳(26)的衬套(27)中伸出，图2中L就是输出杆的最大往复直线移动长度。这就是从十字槽双滑块椭圆仪原理图中的运动杆演变来的“A型门内马斯摆杆”和“A型精确直线驱装置”以下结合附图4，5，6，7对实施例2作重点叙述。这是根据卡当圆行星齿轮椭圆仪原理图中的运动杆的演变来的“B型门内马斯摆杆”和“B型精确直线驱动装置”。驱动杆(9)与附件(9a)等构件成为总的组合驱动杆(9)。横梁板(12)穿过驱动杆(9)上的方形缺口与壳体(13)的直径端面上用两个精密圆柱螺钉连结(图上未示出)，在横梁板(12)上的小孔的几何中心必须和壳体上的几何中心保证重合。
驱动杆(9)上的二个约束点是共同来约束的。具体是通过一根锚式摆动连杆(50)来共同约束的，锚式摆动连杆(50)下端制有凸起轴销插入到横梁板(12)几何中心的小孔中转动配合，上端通过带台轴销(16)压入到驱动杆(9)圆轨迹点中小孔内，而锚式摆动连杆(50)上端圆轨迹点孔与带台轴销(16)要保持转动配合。上端孔中心与下端轴销中心的距离等于驱动杆(9)上的圆轨迹点到作直线运动轨迹点之间的距离。在锚式摆动连杆(50)上制有以驱动杆(9)上圆弧轨迹点为圆心的 弧状阶台圆柱面(50a)，其半径与压入到驱动杆(9)上的直线轨迹点处(9a)附件上的对应孔中的带台轴销(15)上转动的滚轮(14)的半径之和等于锚式摆动杆(50)上端孔中心到下端轴销中心的距离。驱动杆(9)背面纵向直槽a-a在卡当驱动销的作用下对称于纵轴线作往复旋转摆动，这时驱动杆(9)上圆轨迹点处的带台轴销(16)迫使锚式摆动连杆(50)的上端孔中心沿圆轨迹以壳体几何中心为圆心作往复摆动。驱动销(9)上(9a)附件直移点处带台轴销(15)上的滚轮(14)在 弧阶台圆柱面(50a)上作纯滚动。从而约束和迫使驱动杆(9)上直移点作直线往复运动。
驱动杆(9)的摆动角大小调整和输出杆(28)行程长度调整手柄(51)是通过其手柄下端与壳体(13)内的圆柱轴台(52)作转动轴，从壳体(13)缺口中伸出来的调整手柄(51)，可以绕壳体(13)转动1/4周进行行程调整，调整手柄(51)上有弹簧片(53)，卡爪片(54)，在附图6的A向表示在附图8的示意图中。壳体(13)背面壳体上铣制有若干均等的齿槽(55)，若行程调整后松开调整手柄(51)上的卡爪片(54)，这时卡爪片下的尖端卡爪(56)在弹簧片(53)作用下定位于壳体(13)背面上某一个齿槽(55)中。
背景文件1.常见机构的原理及应用，书，机械工业出版社，1978年10月第一版，“椭圆仪机构”，p363-365。
2.四连杆机构综合概论，第二册，书，李学荣，机械工业出版社，1984年11月第二版，“作卡当运动的机构”，p123-136。
3.四杆直线导向机构的设计及轨迹图谱，刘葆旗，黄荣，北京理工大学出版社，1992年6月第一版，“序”，p1-2。
权利要求
1.“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器综合了十字槽双滑块椭圆仪机构和卡当圆行星齿轮椭圆仪机构，其特征在于驱动杆(9)包括“门氏A杆”，“门氏B杆”和“门氏上杆”，其上都有约束作直线运动的构件和约束作圆周运动的构件，两个运动合成后，就迫使驱动杆(9)按椭圆运动规律作有序的旋转往复摆动。
2.如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，其特征在于“门氏A杆”的直线和圆轨迹两点的约束是分开的，在驱动杆(9)上的直线轨迹点处有轴销(15)和滚轮(14)一起置入与壳体(13)固连的横梁板(12)的长槽中，约束滚轮(14)只能沿壳体(13)的横轴线上作直线往复运动；驱动杆(9)上和圆轨迹点处压入轴销(16)和滚轮(17)一起置于以壳体(13)的几何中心为圆心的环槽(18)中，迫使驱杆(9)上的圆轨迹点只能作圆周运动。
3.如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，其特征在于“门氏B杆”的直线和圆轨迹二点的约束通过锚式摆动连杆(50)下端凸起轴销放入横梁板(12)的孔中，并保证在壳体(13)几何中心位置上作为锚式摆动连杆(50)的摆动中心，上端孔中用带台轴销(16)压入驱动杆(9)圆轨迹点处孔内转动配合，上端孔与下端凸起轴销中心的距离和驱动杆(9)上圆轨迹点和直线轨迹点二点距离相等；以驱动杆(9)上圆轨迹点为中心的锚式摆动连杆(50)上制有弧状阶台圆柱面(50a)，其转动半径与驱动杆(9)上的直线轨迹点处轴销(15)上转动的滚轮(14)的半径之和也要等于驱动杆(9)上的圆轨迹点和直线轨迹点之间的距离来共同约束二点的运动。
4.如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，其特征在于“门氏A杆”和“门氏B杆”在对称于纵轴线，以2α的最大摆动角作往复旋转摆动时，杆上的任意点都依次从折返点处以渐加速度向纵轴线靠拢，然后又以渐减速度从纵轴线离开摆向另一个折返点，即摆动角平分线速度最快，二个折返点处速度最慢，故对驱动杆(9)的惯性冲击力很有益处。
5.如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，其特征在于“门氏上杆”杆上力臂直移点处，即轴销(19)中心点向上延长的驱动杆(9)，在直线和圆轨迹二点的分别约束下和卡当驱动销(7)与滚轮(8)仍在驱动杆(9)背面的a-a纵槽中作输入驱动时，则延长的驱动杆(9)“门氏上杆”上的任意点，从一个折返点依次都是以渐减速度向纵轴线靠拢，然后又以渐加速度从纵轴线离开摆向另一个折返点，即在摆动角平分线附近速度最慢，而二个折返点处则较快。
6.如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，其特征在于当行星齿轮(4)和压入在内齿圈套(22)内的内齿圈(6)的啮合定位点转移到纵轴线上时，卡当驱动销(7)和滚轮(8)不对驱动杆(9)产生驱动力，输入动力被切断，这就是卡当离合器。
7.如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，其特征在于三联滚轮(3)要与行星齿轮(4)固连，要与曲柄销(5)转动联，要与卡当驱动销(7)作成一个总体联在一起或当作压入的卡当驱动销(7)母体；同时三联滚轮(3)的外圆柱面又在内齿圈套(22)的内孔中也作行星旋转滚动，对输入曲柄轴(2)，曲柄销(5)和卡当驱动销(7)所组成的双重曲柄起承力分担作用。
8.如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，其特征在于输入曲柄轴(2)，曲柄销(5)和卡当驱动销(7)之间形成双重的曲柄机构，当驱动杆(9)摆动到两个折返点时，杆上构件质量惯性冲击力，能被双重曲柄所吸收。
9.如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，其特征在于当行星齿轮(4)和压入在内齿圈套(22)的内齿圈(6)的啮合定位点在横轴线上时，驱动杆(9)的往复摆动角最大，输出杆(28)上的直线输出行程最长；当啮合点转移到与纵轴线重合时，则驱动杆(9)的往复摆动角为零，输出轴(28)的直线行程为零，在零位和最大位的行程之间，可实现无级和有级行程的任意调整。
10.如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，其特征在于驱动杆(9)对称于纵轴线，以2α的摆动角作往复摆动时，驱动杆(9)上有圆轨迹点，是绕壳体(13)的几何中心作圆周上的运动；有直线运动轨迹点在横轴线上作往复直线运动；在力臂直移点上(即导向点)是在纵轴线上作微量的上下直移运动，除这三个特殊点以外，驱动杆(9)杆上的所有的点都作对应的椭圆运动，由于驱动杆(9)是一根摆动杆，总条杆上都在运动，没有任何的固定支点，故称作门内马斯摆动的“活杆”。
11.如权利要求1所述的“门内马斯摆杆”与精确直线驱动装置和卡当离合器，其特征在于从驱动杆(9)上直线轨迹点处装有带台轴销(15)，套上输出杆(28)，并从横梁板(12)上立耳(26)中的衬套(27)中伸出，输出杆(28)的最大行程等于内齿圈(6)的节圆直径，输出杆(28)可在零到最大往复行程之间任意调整，可替代导轨作精确直线输出，这就是精确直线驱动装置。
全文摘要
一种在椭圆中孕育千年的“门内马斯摆杆”在圆轨迹点和直线轨迹点的约束下，二点运动合成后成为多能的驱动杆。它自带“卡当离合器”，能起锁定、行程调整和离合器的作用，特别适用于步行机械腿装置，扑动飞行装置，鱼尾式推进器装置，精确直线驱动装置，双桨装置等。此杆可放到各种机器、设备、装置中作往复直线驱动，放到机电一体化中作“直线驱动器”使用；此杆神通广大，技术应用领域宽广，可揭“杆”而起，挺进新产品领域。
文档编号B63H1/00GK1395050SQ0110176
公开日2003年2月5日 申请日期2001年1月1日 优先权日2001年1月1日
发明者熊介良 申请人:熊介良