基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台的制作方法

本发明属于升降设备技术领域，具体为一种基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台。

背景技术：

升降平台是一种特殊类型的设备，通常用于工业和军事目的的重载垂直升降和高度调节。可用于医疗升降床，病人轮椅，机器人基座，起重车辆，也可作为测量设备和方位对准装置的可变高度平台。基于剪刀式的升降平台具有较大的折叠比，结构紧凑，承载能力强，能够自锁，工作平台较大等特点。

目前市场上的剪叉式升降机构普遍采用并行剪叉式结构形式，当受力不均匀时，工作平台容易产生震荡，导致系统不稳定。而且，这些剪叉式升降机构大多是基于单个丝杠的驱动装置，需要耗费很大的力来驱动整个机构，这样的升降平台结构非常不利于手动操作或需要大功率电机控制的情况。为克服这些缺点，需要对常规的剪叉式升降机构做整体运动结构以及驱动机构上的改进。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台，可用于电动操作，具有更好的稳定性和更高的工作效率。

本发明的技术方案为：

所述一种基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台，包括顶板、底板，其特征在于：还包括中央驱动机构和和闭环升降单元；中央驱动机构固定安装在底板正面；

所述中央驱动机构包括驱动源、两个六角形环、六个斜齿轮和三根丝杠；两个六角形环同轴嵌套组装，并将六个斜齿轮夹持在两个六角形环之间，六角形环的每个边对应一个斜齿轮，相邻的斜齿轮相互啮合；

三根丝杠分别穿过外侧六角形环中间隔分布的三个边，并与六个斜齿轮中间隔分布的三个斜齿轮对应同轴固定连接，丝杠与外侧六角形环间隙配合；其余三个斜齿轮中，一个斜齿轮由穿过外侧六角形环的驱动源驱动转动，另外两个斜齿轮为传动齿轮，所述传动齿轮通过穿过内侧六角形环的销钉轴向固定；

所述顶板底面以及底板正面分别固定安装有三根直导轨；底板正面的三根直导轨对应安装在中央驱动机构三根丝杠正下方；顶板底面的三根直导轨与底板正面的三根直导轨位置对应安装；

所述闭环升降单元安装在顶板底面与底板正面之间；所述闭环升降单元包括三个上连接架、三个中连接架、三个下连接架和三个双叉架机构；所述上连接架包括一端的滚轮机构和另一端的连接腔，连接腔的两个连接面成60°夹角；所述中连接架具有两个60°夹角的连接面；所述下连接架包括一端的滚轮机构和另一端的连接腔，连接腔的两个连接面成60°夹角，滚轮机构与连接腔之间有柱体，柱体内开有螺纹通孔；所述双叉架机构由上下两个叉架组成，每个叉架由两个中间部位铰接的连杆组成；

上连接架的一个连接面与一个双叉架机构中上叉架的一根连杆上端部铰接，上连接架的另一个连接面与另一个双叉架机构中上叉架的一根连杆上端部铰接，上连接架的滚轮机构安装在顶板底面直导轨内，并能够在顶板底面的直导轨内滚动；

中连接架的一个连接面与一个双叉架机构中上叉架的一根连杆下端部，以及该双叉架机构中下叉架的一根连杆上端部铰接；中连接架的另一个连接面与另一个双叉架机构中上叉架的一根连杆下端部，以及该双叉架机构中下叉架的一根连杆上端部铰接；

下连接架的一个连接面与一个双叉架机构中下叉架的一根连杆下端部铰接，下连接架的另一个连接面与另一个双叉架机构中下叉架的一根连杆下端部铰接，下连接架的滚轮机构安装在底板正面直导轨内，并能够在底板正面的直导轨内滚动；

下连接架通过螺纹通孔与中央驱动机构的丝杠配合，丝杠转动时能够驱动下连接架的滚轮机构在直导轨内滚动。

进一步的优选方案，所述一种基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台，其特征在于：所述中央驱动机构包括驱动源、六边形壳体、六个锥齿轮和三根丝杠；

所述六边形壳体分为对称的上半壳体和下半壳体；上、下半壳体通过壳体边缘的螺栓紧固成一个密封整体；六边形壳体包括六边形内环、六边形外环以及中间夹持区域；六边形内环的六个面与六边形外环的六个面对应平行；六边形外环的三个相间隔的面以及另三个相间隔的面中的一个面中心开有通孔；

六个锥齿轮布置在六边形内环与六边形外环之间的中间夹持区域，每个锥齿轮对应六边形壳体的一个面；六个锥齿轮依次相互啮合，六个锥齿轮的旋转轴相交于一点，且六个锥齿轮具有相同数量的齿数和模数，相邻两个锥齿轮的轴夹角为60°；

六个锥齿轮中，三个相间隔分布的锥齿轮外端面分别与三根丝杆同轴固定连接，且内端面有同轴的圆柱凸起，另外三个相间隔分布的锥齿轮中，一个锥齿轮外端面与驱动源输入轴同轴连接，内端面有同轴的圆柱凸起，其余两个锥齿轮的内外端面均有同轴的圆柱凸起；

六个锥齿轮中，与丝杆同轴固连的三个锥齿轮，以及与驱动源输入轴同轴连接的锥齿轮布置在六边形壳体中面中心开有通孔的四个外环面对应的中间夹持区域内，丝杆以及驱动源输入轴从面中心的通孔伸出；

六个锥齿轮中，每个锥齿轮的内外两端加装有推力轴承。

进一步的优选方案，所述一种基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台，其特征在于：对于两端分别为丝杠和圆柱凸起的锥齿轮，内外两端的推力轴承分别套装在圆柱凸起和丝杠上；对于两端均为圆柱凸起的锥齿轮，内外两端的推力轴承分别套装在两端的圆柱凸起上；对于两端分别为圆柱凸起和动力机构输入轴的锥齿轮，内外两端的推力轴承分别套装在圆柱凸起和输入轴上。

进一步的优选方案，所述一种基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台，其特征在于：六边形内环的六个外侧面中心开有半圆槽；六边形外环的六个内侧面中心开有半圆槽；每个锥齿轮内端的推力轴承安装在六边形内环外侧面中心半圆槽内，外端的推力轴承安装在六边形外环内侧面中心半圆槽内。

进一步的优选方案，所述一种基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台，其特征在于：所述直导轨上两侧开有U型槽，将滚轮锁定在直导轨上。

有益效果

在上述基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台中，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中，负载的重量分给三个双叉架机构共同承载，通过输入较小的力而提升更重的负载，从而更有利于平台提升或支撑重物。

2、本发明具有很高的容错率，当有一个双叉架机构发生故障时，升降平台仍然能正常工作。

3、与常规的并行剪式升降平台相比，本发明具有高稳定性，不会因为载荷不均匀产生晃动甚至倾倒。

4、与常规齿轮相比，锥齿轮具有更大的弹性和强度。

5、本发明较宽的底座为机构提高了稳定性，并有助于在泥沙和沙质等不平坦表面提升载荷。本平台可作为测量设备(如经纬仪)，方位对准装置(基于陀螺仪，基于光学的军事应用等)，适用于可变高度的现场应用，可用作水平调准设备或类似于汽车用于提升的千斤顶，也可应用于其它军事工作。

6、本发明的中央传动机构设计，在功率较低的情况下能提升较大负载，可以选择小体积小功率电机，大大提高了剪叉式升降平台的伸缩范围，增加了平台的工作空间。

7、本发明可以通过电机提供平稳可控的升降功能。

8、齿轮组外部壳体分为上、下两个相同的部分，上、下壳体通过六个螺栓紧固成一个整体，解决了锥齿轮及其组件的安装问题。

9、锥齿轮夹持在两个推力轴承之间，齿轮与壳体间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减轻了齿轮的负载。

10、当中央驱动机构、闭环升降单元的承受拉伸和压缩负载时，推力轴承承受所有力，确保了锥齿轮的平稳运行。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的主视图。

图2是顶板1A和底板1B的结构示意图。

图3是闭环升降机构的示意图。

图4是闭环升降机构所有零件的结构示意图。

图5是去除中央驱动机构后的部分分解示意图。

图6是中央驱动机构的示意图。

图7是中央驱动机构去除壳体顶盖后的示意图。

具体实施方式

本发明提出的基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台包括作为工作平台的顶板、作为基座的底板和两板中间的闭环升降机构。顶板和底板具有相同的尺寸和形状。

顶板和底板均具有三个导轨用来连接平板和升降机构。升降机构中，三个双叉架机构左右侧通过上、中、下三个连接架依次铆接形成闭环结构，上连接架通过销钉与上滚轮匹配，下连接架与下滚轮匹配，上滚轮与固定在顶板上的上导轨构成滚动副，下滚轮与固定在底板上的下导轨构成滚动副，在直轨道上两边内侧开U型槽将滚轮锁定在轨道面上，防止脱离。平台顶部的载荷由三个双叉架机构共同承载。机构通过叉架的折叠形成剪刀式运动，负责升降平台。

此外，底板处的三个开有螺纹孔的下连接架通过与丝杠的螺纹传动连接到中央驱动机构中相应的主动齿轮上。三个主动齿轮在中央驱动机构中间隔120°放置，形成Y形结构。当外部动力输入主动齿轮旋转时，带动三个主动齿轮同时围绕它们各自的轴线旋转，使得下连接架沿螺旋轴进行水平运动。

中央驱动机构包括六个锥齿轮组件和外部上下壳体。六个齿轮夹持在中间六边形空间内。壳体上间隔分布的三个边上设计有相隔120°的三个孔，三个丝杠可穿过孔连接到齿轮上，另外还在另外三个边的其中一个边上开孔与外部电机连接。

中央驱动机构的齿轮组件包括六个锥齿轮，其中，四个齿轮负责在中央驱动机构和闭环升降单元之间主动地传递动力，并向中央驱动机构输入动力，称为主动齿轮。其它两个齿轮仅起到传动能量的作用，称为被动齿轮。在四个主动齿轮中，其中三个齿轮相对位置成120°，在中央驱动机构中形成Y形结构。另一个主动齿轮为外部动力输入主动齿轮。

此外，当外部动力输入主动齿轮通过电机控制进行逆时针旋转时，其它三个主动齿轮将同时围绕其轴线顺时针旋转来起降负载。基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台的基本思想就是将旋转运动转换为平移运动并产生升降运动。当需要使用电力控制，可以安装符合电源和功率要求的电机，控制升降平台。

基于上述原理，下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1,图2和图6所示，基于滚动导轨的闭环剪叉式升降平台包括作为工作平台的顶板1A、作为基座的底板1B和两板中间的闭环升降机构。顶板1A和底板1B具有相同的尺寸和形状。升降机构由三个双叉架机构6A,6B和6C和一个中央驱动机构组成，中央驱动机构外部用壳体4封装，用螺栓3和螺母2将中央驱动机构的壳体固定在底板上。中央驱动机构由电机5驱动。

所述中央驱动机构包括驱动源(电机5)、六边形壳体、六个锥齿轮和三根丝杠。

所述六边形壳体分为对称的上半壳体和下半壳体；上、下半壳体通过壳体边缘的螺栓紧固成一个密封整体；六边形壳体包括六边形内环、六边形外环以及中间夹持区域；六边形内环的六个面与六边形外环的六个面对应平行；六边形外环的三个相间隔的面以及另三个相间隔的面中的一个面中心开有通孔。

六个锥齿轮布置在六边形内环与六边形外环之间的中间夹持区域，每个锥齿轮对应六边形壳体的一个面；六个锥齿轮依次相互啮合，六个锥齿轮的旋转轴相交于一点，且六个锥齿轮具有相同数量的齿数和模数，相邻两个锥齿轮的轴夹角为60°。

六个锥齿轮中，三个相间隔分布的锥齿轮外端面分别与三根丝杆同轴固定连接，且内端面有同轴的圆柱凸起，另外三个相间隔分布的锥齿轮中，一个锥齿轮外端面与驱动源输入轴同轴连接，内端面有同轴的圆柱凸起，其余两个锥齿轮的内外端面均有同轴的圆柱凸起。

六个锥齿轮中，与丝杆同轴固连的三个锥齿轮，以及与驱动源输入轴同轴连接的锥齿轮布置在六边形壳体中面中心开有通孔的四个外环面对应的中间夹持区域内，丝杆以及驱动源输入轴从面中心的通孔伸出。

六个锥齿轮中，每个锥齿轮的内外两端加装有推力轴承。

对于两端分别为丝杠和圆柱凸起的锥齿轮，内外两端的推力轴承分别套装在圆柱凸起和丝杠上；对于两端均为圆柱凸起的锥齿轮，内外两端的推力轴承分别套装在两端的圆柱凸起上；对于两端分别为圆柱凸起和动力机构输入轴的锥齿轮，内外两端的推力轴承分别套装在圆柱凸起和输入轴上。

六边形内环的六个外侧面中心开有半圆槽；六边形外环的六个内侧面中心开有半圆槽；每个锥齿轮内端的推力轴承安装在六边形内环外侧面中心半圆槽内，外端的推力轴承安装在六边形外环内侧面中心半圆槽内。

所述顶板底面以及底板正面分别固定安装有三根直导轨；底板正面的三根直导轨对应安装在中央驱动机构三根丝杠正下方；顶板底面的三根直导轨与底板正面的三根直导轨位置对应安装；

所述闭环升降单元安装在顶板底面与底板正面之间；所述闭环升降单元包括三个上连接架、三个中连接架、三个下连接架和三个双叉架机构；所述上连接架包括一端的滚轮机构和另一端的连接腔，连接腔的两个连接面成60°夹角；所述中连接架具有两个60°夹角的连接面；所述下连接架包括一端的滚轮机构和另一端的连接腔，连接腔的两个连接面成60°夹角，滚轮机构与连接腔之间有柱体，柱体内开有螺纹通孔；所述双叉架机构由上下两个叉架组成，每个叉架由两个中间部位铰接的连杆组成；

上连接架的一个连接面与一个双叉架机构中上叉架的一根连杆上端部铰接，上连接架的另一个连接面与另一个双叉架机构中上叉架的一根连杆上端部铰接，上连接架的滚轮机构安装在顶板底面直导轨内，并能够在顶板底面的直导轨内滚动；

中连接架的一个连接面与一个双叉架机构中上叉架的一根连杆下端部，以及该双叉架机构中下叉架的一根连杆上端部铰接；中连接架的另一个连接面与另一个双叉架机构中上叉架的一根连杆下端部，以及该双叉架机构中下叉架的一根连杆上端部铰接；

下连接架的一个连接面与一个双叉架机构中下叉架的一根连杆下端部铰接，下连接架的另一个连接面与另一个双叉架机构中下叉架的一根连杆下端部铰接，下连接架的滚轮机构安装在底板正面直导轨内，并能够在底板正面的直导轨内滚动；

下连接架通过螺纹通孔与中央驱动机构的丝杠配合，丝杠转动时能够驱动下连接架的滚轮机构在直导轨内滚动。

所述直导轨上两侧开有U型槽，将滚轮锁定在直导轨上。

如图2所示，底板1B和顶板1A上有三根直导轨，与闭环升降机构匹配，三个周向均匀分布的直导轨1a,1b和1c的延长线均通过平台中心，依次逆时针分布。导轨1a,1b和1c上的半球形轨道2a,2b和2c与闭环升降机构两侧相应的滚轮匹配构成滚动副。导轨1a,1b和1c上的U型槽3a,3b和3c与闭环升降机构两侧相应的销钉匹配构成移动副。底板1B和顶板1A中心处焊接了呈六角形分布的六个螺母组成的螺母组2，用于固定中央驱动机构。

如图3所示，闭环升降机构由三个双叉架机构6A,6B和6C左右侧通过连接架逆时针依次铆接形成闭环结构，叉架机构均正对平台中心。

如图3和图4所示，所有连接架的两个连接面的夹角为60°，连接架8a,10a和9a的两个边分别与双叉架机构6A和6B的一侧铆接，连接架8b,10b和9b的两个连接面分别与双叉架机构6B和6C的一侧铆接，连接架8c,10c和9c的两个连接面分别与双叉架机构6C和6A的一侧铆接。上连接架(9a,9b,9c)位于顶部并通过上端的滚轮与顶板1A连接，中连接架(10a,10b,10c)位于中部，下连接架(8a,8b,8c)位于底部并通过下端的滚轮与底板1B连接。

如图5所示，四个同样的连杆(14)通过孔15,16和17互相铰接形成双叉架机构。上连接架(9a,9b,9c)两个边上开有孔25，一个边在孔25处通过铆钉12与双叉架机构铰接，并在边内侧垫上垫圈18，另一个边在孔25处通过铆钉13与另一个双叉架机构铰接，上连接架(9a,9b,9c)上端通过销钉27将销孔26与滚轮的销孔28匹配，滚轮上的半球形槽29与相应导轨上的半球形轨道(2a,2b和2c)匹配。下连接架(8a,8b,8c)两个边上开有孔19，一个边在孔19处通过铆钉12与双叉架机构铰接，并在边内侧垫上垫圈18，另一个边在孔19处通过铆钉13与另一个双叉架机构铰接，下连接架(8a,8b,8c)下端通过销钉22将销孔21与滚轮的销孔23匹配，滚轮上的半球形槽24与相应导轨上的半球形轨道(2a,2b和2c)匹配。另外，下连接架8a,8b和8c通过螺纹孔20与中央驱动机构的丝杠匹配。

如图6和图7所示，闭环升降机构通过下连接架8a,8b和8c与中央驱动机构的丝杠4a,4b和4c螺纹匹配，主动齿轮5a,5b和5c与相应的丝杠(4a,4b和4c)同轴连接，被动齿轮6a,6b分别位于5c,5a和5b,5a之间，动力输入主动齿轮6c与外部电机5同轴固定连接。另外，所有锥齿轮(5a,5b,5c,6a,6b和6c)两侧安装推力轴承7。引入推力轴承使滑动摩擦变为滚动摩擦。当齿轮组受拉伸和压缩负载时，这些推力轴承也将承受力。此外，在所有运动部件之间填充润滑剂以减小摩擦，保证装置平稳运行。

如图7所示，当外部动力输入主动齿轮6c通过电动控制逆时针旋转时，三个主动齿轮同时围绕其轴线顺时针旋转来提升负载。当需要使用电力控制，可以将电机5安装到输入轴上，所用电机应符合电源和功率设计要求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。