專利名稱：適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)件的連接機構(gòu)，尤其是一種適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連 接機構(gòu)。
背景技術(shù)：
一個機械系統(tǒng)一般由原動件與從動構(gòu)件組成。在實際設(shè)計過程中，為了使構(gòu)件之 間進行連接并達到各種工況要求，往往需要對構(gòu)件的連接進行特定的設(shè)計。在現(xiàn)有的并聯(lián) 結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般通過相互連接的多條支鏈將一個固定平臺與一個動平聯(lián)接起來，通過改 變支鏈長短及其方位來實現(xiàn)平臺在一定空間內(nèi)的運動。這種結(jié)構(gòu)要求從動件是一個剛體， 在不發(fā)生自變形(如受溫度等進行自我膨脹與收縮等)的情況下，可以按照既定的軌跡運 動。當從動構(gòu)件本身具有自變形特性并在重載工況下工作時，現(xiàn)有的一些并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)形 式往往不夠牢固且會產(chǎn)生附加約束，形成附加力，影響構(gòu)件的性能及受力狀態(tài)，很難滿足設(shè) 計要求。例如，申請?zhí)枮椤?00510093402. 1 ”的中國發(fā)明專利說明書中公開的一種“六自由 度冗余并聯(lián)機構(gòu)”，其動平臺(即構(gòu)件)就不能實現(xiàn)圍繞作為靜平臺的環(huán)形導(dǎo)軌進行360° 的旋轉(zhuǎn)，即無法實現(xiàn)構(gòu)件的空間自由運動。而串聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計僅僅只能保證構(gòu)件繞三個坐標 軸旋轉(zhuǎn)，對于具有自變形特點的構(gòu)件而言，同樣滿足不了該構(gòu)件空間自由運動的要求。因 而，不同于傳統(tǒng)連接機構(gòu)的設(shè)計，對于重載工況下具有自變形特性的構(gòu)件，其空間自由運動 的連接機構(gòu)的設(shè)計需要額外考慮以下兩個方面的內(nèi)容第一，重載工況，這就要求連接機構(gòu) 必須牢固，且局部不能產(chǎn)生太大的應(yīng)力集中；第二，在考慮構(gòu)件的自變形特性前提下，要保 證其能在空間上充分地自由運動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是克服現(xiàn)有機械系統(tǒng)的串、并聯(lián)連接技術(shù)的不足，提供了一種 適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，該機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)360°傾翻功能、并且能適應(yīng)重 載工況。為解決上述技術(shù)問題，一種適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其包括具有自變形特性的自由構(gòu)件、支撐平臺、以及彼此間隔地固設(shè)在所述自由構(gòu)件上的三個組合 副支鏈與三個移動副支鏈；所述支撐平臺圍繞所述自由構(gòu)件的外圍中部設(shè)置，并與所述自由構(gòu)件之間留有間 隙；所述各組合副支鏈，其包括有兩對球鉸與構(gòu)件連接件；所述每一對球鉸均能相互 貼合轉(zhuǎn)動各形成一個球面副；所述兩個球面副由所述構(gòu)件連接件串聯(lián)連接、對稱地分布在 所述支撐平臺的上下兩側(cè)，所述構(gòu)件連接件的上下兩個端部均固接在所述自由構(gòu)件上；所述各移動副支鏈，其一端固接在所述自由構(gòu)件上，另一端滑設(shè)在所述支撐平臺 上形成移動副。所述各移動副支鏈滑設(shè)在所述支撐平臺上的一端還固接有第一滑塊，在所述第一滑塊的兩側(cè)各設(shè)有一個與所述支撐平臺垂直固接的導(dǎo)向板，所述第一滑塊只能沿所述導(dǎo)向 板在所述支撐平臺上移動。所述構(gòu)件連接件包括有在所述支撐平臺的上、下兩側(cè)對稱設(shè)置的兩個第一連接件，其一端與所述自由構(gòu)件固接，另一端為滑槽；兩個第一球面副連接件，其與所述兩個第一連接件一一對應(yīng)串聯(lián)連接，所述各第 一球面副連接件的一端為滑設(shè)在所述滑槽中的第二滑塊，所述各第一球面副連接件的另一 端與所述各球面副中的一個球鉸固接；第二球面副連接件為一根連接桿，其兩端與所述各球面副中的另一個球鉸固接。所述第二滑塊與所述滑槽之間填有能夠起位移補償作用的彈性元件。所述各組合副支鏈上還固設(shè)有第二連接件，所述第二連接件的一端固接在所述第 二球面副連接件的中部，其另一端固設(shè)有第三滑塊，所述第三滑塊能夠在所述支撐平臺上 自由滑動形成滑動副。所述各球鉸的中部均開設(shè)有通孔，所述構(gòu)件連接件包括有長螺桿、兩個構(gòu)件連接 板、兩個支撐板及兩對連接板所述長螺桿穿設(shè)在所述支撐平臺上，其伸出所述支撐平臺外的兩端分別對稱地依 次穿設(shè)有所述一個球面副與所述一個支撐板，所述長螺桿的兩個端頭用螺母緊固在所述支 撐板上；所述各球面副的兩個球鉸中與所述支撐板相鄰的球鉸稱為第一球鉸，另一個球鉸 稱為第二球鉸，所述第二球鉸中部的通孔為錐形孔；所述各對連接板分別垂直固設(shè)在所述各支撐板的兩端，所述兩個構(gòu)件連接板與所 述兩對連接板的位置一一對應(yīng)、固接在所述自由構(gòu)件的外側(cè)壁面上；穿設(shè)在所述長螺桿各端的所述構(gòu)件連接板、支撐板、連接板與所述第一球鉸固接
在一起。所述長螺桿伸出所述支撐平臺外的兩端還各穿設(shè)有一個墊板，所述墊板位于所述 第二球鉸相反于所述第一球鉸的一側(cè)，所述墊板在其對應(yīng)于所述長螺桿貫穿的部位開設(shè)有 錐形孔。在所述墊板與所述第二球鉸之間、以及在所述螺母與所述支撐板之間分別設(shè)有彈 性元件。所述三個組合副支鏈呈120°分布；所述三個移動副支鏈中有兩個是呈180°分 布，另一個移動副支鏈與前兩個移動副支鏈均呈90°分布。本發(fā)明連接機構(gòu)中球面副、移動副及滑動副的串并聯(lián)組合，使其在適應(yīng)重載工況 的同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)自由構(gòu)件和支撐平臺圍繞兩個呈180°的移動副的中心線自由轉(zhuǎn)動 360°，以及在其他方向上小距離的移動或轉(zhuǎn)動，并能保證自由構(gòu)件與支撐平臺的良好連 接。


圖1為本發(fā)明的機構(gòu)簡圖。圖2為沿圖1中A-A向的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為沿圖1中B-B向的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的第一實施例示意圖。圖5為本發(fā)明的第二實施例示意圖。圖6為沿圖5中C向的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖6中A的局部放大示意圖。圖8為圖6中B的局部放大示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其包括自由構(gòu)件 1、支撐平臺2、以及彼此間隔地固設(shè)在所述自由構(gòu)件1上的三個組合副支鏈3與三個移動副 支鏈4。其中，三個組合副支鏈3呈120°分布；三個移動副支鏈4中有兩個是呈180°分 布，而另一個移動副支鏈4與前兩個移動副支鏈4均呈90°分布。支撐平臺2可以為一個 平臺或是多個平臺，自由構(gòu)體1具有自變形特性。如圖2所示，支撐平臺2圍繞自由構(gòu)件1的外圍中部設(shè)置，并與自由構(gòu)件1之間留 有間隙。各組合副支鏈3包括有兩對球鉸與構(gòu)件連接件，每一對球鉸均能相互貼合轉(zhuǎn)動各 形成一個球面副30。兩個球面副30由構(gòu)件連接件串聯(lián)連接、對稱地分布在支撐平臺2的上 下兩側(cè)，構(gòu)件連接件的上下兩個端部均固接在自由構(gòu)件1上。兩個球面副30保持同心，并 可將其中一個視為虛約束。如圖3所示，各移動副支鏈4，其一端固接在自由構(gòu)件1上，另一 端滑設(shè)在支撐平臺2上形成移動副。自由構(gòu)件1與支撐平臺2通過組合副支鏈3、移動副支 鏈4連接起來，其中球面副30使自由構(gòu)件1能局部轉(zhuǎn)動。在圖4所示的第一實施例中，各移動副支鏈4其滑設(shè)在支撐平臺2上的一端還固 接有第一滑塊41，在第一滑塊41的兩側(cè)各設(shè)有一個與支撐平臺2垂直固接的導(dǎo)向板42，形 成具有導(dǎo)向功能的U型槽結(jié)構(gòu)，使第一滑塊41只能沿導(dǎo)向板42在支撐平臺2上移動，從而 具有兩個方向的空間自由度。構(gòu)件連接件包括有兩個第一連接件31、兩個第一球面副連接件32和一個第二球面副連接件33。兩個第一連接件31在支撐平臺2的上、下兩側(cè)對稱設(shè)置，并且其一端與自由 構(gòu)件1固接，另一端為滑槽(圖未示出)。各第一球面副連接件32的一端為第二滑塊(圖 未示出)，該第二滑塊滑設(shè)在第一連接件31的滑槽中，使得兩個第一球面副連接件32與兩 個第一連接件31 —一對應(yīng)地串聯(lián)連接。在第二滑塊與滑槽之間還填充有彈性元件36 (如 四波紋墊等)，能夠起到軸向變形或位移補償?shù)淖饔?，從而自由?gòu)件1可以實現(xiàn)沿其軸向進 行小行程的自由伸縮。而各第一球面副連接件32的另一端，則與球面副30中的一個球鉸 固接。第二球面副連接件33為一根連接桿，其兩端與各球面副30中的另一個球鉸固接。各組合副支鏈3上還固設(shè)有第二連接件35，第二連接件35的一端固接在第二球面 副連接件33的中部，其另一端固設(shè)有第三滑塊34，第三滑塊34能夠在支撐平臺2上自由滑 動形成滑動副。各組合副支鏈3中的滑動副可在支撐平臺2上沿兩個方向自由滑動，具有 三個方向的空間自由度。當自由構(gòu)件1位于垂直狀態(tài)時，球面副30、第一滑塊41和第三滑塊34承受著各 部件的重力，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。當自由構(gòu)件1與支撐平臺2—起轉(zhuǎn)動并與垂直狀態(tài)呈一定角度(<90° )時，此時球面副30、第一滑塊41和第三滑塊34承受著各部件的重力沿自由 構(gòu)件1軸向的分力，兩呈180°分布的移動副支鏈4中的導(dǎo)向板42承受重力沿支撐平臺2 平面方向的分力，使整個機構(gòu)能盡量避免讓球面副30承受剪應(yīng)力，從而較好地延長了球鉸 的使用壽命。當自由構(gòu)件1與支撐平臺2 —起轉(zhuǎn)動到水平位置(=90° )時，此時球面副 30不再承受載荷，自由構(gòu)件1的載荷將全部由兩呈180°分布的移動副支鏈4中的導(dǎo)向板42承受重力。當自由構(gòu)件1與支撐平臺2—起繼續(xù)轉(zhuǎn)動(>90° )時，由于本發(fā)明的連接 結(jié)構(gòu)具有上下對稱性，此時受力狀態(tài)與小于90°時相似，只是受力點發(fā)生了變化。當自由構(gòu)件1上部發(fā)生周向的膨脹或收縮時，各連接點就會相應(yīng)地將通過球面副 30進行補償性地適應(yīng)。由于球面副30可以在空間自由轉(zhuǎn)動，本發(fā)明連接機構(gòu)上部的三個球 面副30可以適應(yīng)來自三個連接點的任意轉(zhuǎn)動方向的變化。當自由構(gòu)件1上部發(fā)生軸向的 膨脹或收縮時，組合副支鏈3上帶有彈性元件36的滑槽就可以進行軸向補償，從而適應(yīng)自 由構(gòu)件1軸向位移的變化。當自由構(gòu)件1下部發(fā)生周向和軸向的膨脹或收縮時，本發(fā)明連 接機構(gòu)的適應(yīng)效果與上部相同。當上部與下部的變形難以利用球面副30的旋轉(zhuǎn)進行補償 時，自由構(gòu)件1可以通過第三滑塊34在支撐平臺8上自由移動，通過改變自由構(gòu)件1與支 撐平臺2之間的間隙，可以在局部上加強球面副30的補償效果。當自由構(gòu)件1中部發(fā)生向 外的膨脹或向內(nèi)的收縮時，通過第三滑塊34與支撐平臺2之間的滑動(即滑動副)，可以適 應(yīng)這種自變形的要求。此外，對于各球面副30的兩個球鉸，可在其中部開設(shè)通孔；而圖4所示的實施例中 的構(gòu)件連接件，也可變換為如圖5所示的結(jié)構(gòu)。圖5所示的第二實施例反映的是冶金行業(yè) 中轉(zhuǎn)爐爐殼(即自由構(gòu)件1)與托圈(即支撐平臺2)的連接。如圖5至圖8所示，在本實 施例中，構(gòu)件連接件包括有兩個構(gòu)件連接板311、兩個支撐板312、兩對連接板313及長螺桿 321。長螺桿321穿設(shè)在所述支撐平臺2上，其伸出支撐平臺2外的兩端分別對稱地依 次穿設(shè)有所述一個球面副30與一個支撐板312。長螺桿321的兩個端頭用螺母331緊固 在所述支撐板312上，為加強緊固還可在螺母331上加設(shè)一個鎖緊螺母331’。各球面副30 的兩個球鉸中與支撐板312相鄰的球鉸稱為第一球鉸301，另一個球鉸稱為第二球鉸302。 第二球鉸302中部的通孔為錐形孔，通過長螺桿321的擺動完成球面副30的轉(zhuǎn)動。各對連 接板313分別垂直固設(shè)在各支撐板312的兩端，兩個構(gòu)件連接板311與兩對連接板313的 位置一一對應(yīng)、固接在自由構(gòu)件1的外側(cè)壁面上。其中，穿設(shè)在長螺桿321各端的構(gòu)件連接 板311、支撐板312、連接板313與第一球鉸301固接在一起。長螺桿321伸出支撐平臺2外的兩端還各穿設(shè)有一個墊板341，墊板341位于第二 球鉸302相反于第一球鉸301的一側(cè)，且墊板341在其對應(yīng)于長螺桿321貫穿的部位開設(shè) 有錐形孔，使其可以在支撐平臺2面上進行自由滑動，形成滑動副。在墊板341與第二球鉸 302之間、以及在螺母331與支撐板312之間各設(shè)有彈性元件。如圖8所示，可在墊板341 與第二球鉸302之間設(shè)置第一波紋墊351，在螺母331與支撐板312之間設(shè)置第二波紋墊 352。當在進行正常的吹煉時，轉(zhuǎn)爐爐殼(即自由構(gòu)件1)在垂直位置，托圈(即支撐平 臺2)處于水平位置，主要由上部的第一球鉸301、第二球鉸302、以及轉(zhuǎn)爐爐殼上伸入水平 擋板42’(即導(dǎo)向板42)內(nèi)的部分(即移動副支鏈4)來承受鋼水與各部件的重力；而下部的具有一定彈性的第一波紋墊351和第二波紋墊352則不受力，延長了其使用壽命。當轉(zhuǎn)爐 爐殼進行繞托圈的中心軸傾動翻轉(zhuǎn)時，其受力及各點相適應(yīng)的過程同第一實施例所述。當 轉(zhuǎn)爐爐殼沿軸向向上變形時，第一波紋墊351起補償作用；當向下變形時，第二波紋墊352 起補償作用，兩者的補償功能使球面副30發(fā)揮更好的作用。本發(fā)明的適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其實質(zhì)就是利用空間運動副的串、并聯(lián)組合來實現(xiàn)自由構(gòu)件的空間自由運動，其主要優(yōu)點在于1)該機構(gòu)能使中間活 動構(gòu)件上的各部分都能適應(yīng)其自變形特點，不產(chǎn)生額外約束；2)該機構(gòu)能通過支撐平臺的 旋轉(zhuǎn)帶動中間活動構(gòu)件的空間360°自由旋轉(zhuǎn)，連接牢固且局部沒有太大的應(yīng)力集中現(xiàn)象； 3)該連接機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力強，現(xiàn)場安裝方便和使用維護少等特點。當然本發(fā)明并不局限于上述實施方式，任何根據(jù)本發(fā)明的精髓所做出的其他形式 的變形(例如將各個布置點的角度進行變換等)，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其特征在于，其包括具有自變形特性的自由構(gòu)件(1)、支撐平臺(2)、以及彼此間隔地固設(shè)在所述自由構(gòu)件(1)上的三個組合副支鏈(3)與三個移動副支鏈(4)；所述支撐平臺(2)圍繞所述自由構(gòu)件(1)的外圍中部設(shè)置，并與所述自由構(gòu)件(1)之間留有間隙；所述各組合副支鏈(3)，其包括有兩對球鉸與構(gòu)件連接件；所述每一對球鉸均能相互貼合轉(zhuǎn)動各形成一個球面副(30)；所述兩個球面副(30)由所述構(gòu)件連接件串聯(lián)連接、對稱地分布在所述支撐平臺(2)的上下兩側(cè)，所述構(gòu)件連接件的上下兩個端部均固接在所述自由構(gòu)件(1)上；所述各移動副支鏈(4)，其一端固接在所述自由構(gòu)件(1)上，另一端滑設(shè)在所述支撐平臺(2)上形成移動副。
2.如權(quán)利要求1所述的適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其特征在于，所述 各移動副支鏈(4)滑設(shè)在所述支撐平臺(2)上的一端還固接有第一滑塊(41)，在所述第一 滑塊(41)的兩側(cè)各設(shè)有一個與所述支撐平臺(2)垂直固接的導(dǎo)向板(42)，所述第一滑塊 (41)只能沿所述導(dǎo)向板(42)在所述支撐平臺(2)上移動。
3.如權(quán)利要求1所述的適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其特征在于，所述 構(gòu)件連接件包括有在所述支撐平臺(2)的上、下兩側(cè)對稱設(shè)置的兩個第一連接件(31)，其一端與所述自 由構(gòu)件(1)固接，另一端為滑槽；兩個第一球面副連接件(32)，其與所述兩個第一連接件(31) —一對應(yīng)串聯(lián)連接，所述 各第一球面副連接件(32)的一端為滑設(shè)在所述滑槽中的第二滑塊，所述各第一球面副連 接件(32)的另一端與所述各球面副(30)中的一個球鉸固接；第二球面副連接件(33)為一根連接桿，其兩端與所述各球面副(30)中的另一個球鉸 固接。
4.如權(quán)利要求3所述的適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其特征在于，所述 第二滑塊與所述滑槽之間填有能夠起到位移補償作用的彈性元件(36)。
5.如權(quán)利要求3所述的適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其特征在于，所述 各組合副支鏈(3)上還固設(shè)有第二連接件(35)，所述第二連接件(35)的一端固接在所述第 二球面副連接件(33)的中部，其另一端固設(shè)有第三滑塊(34)，所述第三滑塊(34)能夠在所 述支撐平臺(2)上自由滑動形成滑動副。
6.如權(quán)利要求1所述的適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其特征在于，所 述各球鉸的中部均開設(shè)有通孔，所述構(gòu)件連接件包括有長螺桿(321)、兩個構(gòu)件連接板 (311)、兩個支撐板(312)及兩對連接板(313)所述長螺桿(321)穿設(shè)在所述支撐平臺(2)上，其伸出所述支撐平臺(2)外的兩端分 別對稱地依次穿設(shè)有所述一個球面副(30)與所述一個支撐板(312)，所述長螺桿(321)的 兩個端頭用螺母(331)緊固在所述支撐板(312)上；所述各球面副(30)的兩個球鉸中與所述支撐板(312)相鄰的球鉸稱為第一球鉸 (301)，另一個球鉸稱為第二球鉸(302)，所述第二球鉸(302)中部的通孔為錐形孔；所述各對連接板(313)分別垂直固設(shè)在所述各支撐板(312)的兩端，所述兩個構(gòu)件連接板(311)與所述兩對連接板(313)的位置一一對應(yīng)、固接在所述自由構(gòu)件(1)的外側(cè)壁 面上；穿設(shè)在所述長螺桿(321)各端的所述構(gòu)件連接板(311)、支撐板(312)、連接板(313) 與所述第一球鉸(301)固接在一起。
7.如權(quán)利要求6所述的適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其特征在于，所述 長螺桿(321)伸出所述支撐平臺(2)外的兩端還各穿設(shè)有一個墊板(341)，所述墊板(341) 位于所述第二球鉸(302)相反于所述第一球鉸(301)的一側(cè)，所述墊板(341)在其對應(yīng)于 所述長螺桿(321)貫穿的部位開設(shè)有錐形孔。
8.如權(quán)利要求7所述的適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其特征在于，在所 述墊板(341)與所述第二球鉸(302)之間、以及在所述螺母(331)與所述支撐板(312)之 間分別設(shè)有彈性元件(351、352)。
9.如權(quán)利要求1至8任一所述的適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其特征在 于，所述三個組合副支鏈(3)呈120°分布。
10.如權(quán)利要求1至8任一所述的適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其特征在 于，所述三個移動副支鏈(4)中有兩個是呈180°分布，而另一個移動副支鏈(4)與前兩個 移動副支鏈⑷均呈90°分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適應(yīng)自變形構(gòu)件空間自由運動的連接機構(gòu)，其包括具有自變形特性的自由構(gòu)件、支撐平臺以及彼此間隔地固設(shè)在所述自由構(gòu)件上的三個組合副支鏈與三個移動副支鏈。所述支撐平臺圍繞所述自由構(gòu)件的外圍中部設(shè)置，并與所述自由構(gòu)件之間留有間隙；所述各組合副支鏈包括有兩對球鉸與構(gòu)件連接件；所述每一對球鉸均能貼合轉(zhuǎn)動各形成一個球面副；所述兩個球面副由所述構(gòu)件連接件串聯(lián)連接、對稱地分布在所述支撐平臺的上下兩側(cè)，所述構(gòu)件連接件的上下兩個端部均固接在所述自由構(gòu)件上；所述各移動副支鏈，其一端固接在所述自由構(gòu)件上，另一端滑設(shè)在所述支撐平臺上形成移動副。本發(fā)明可以實現(xiàn)自由構(gòu)件局部小位移及360°傾翻，并能適應(yīng)重載工況。
文檔編號C21C5/46GK101845532SQ20101014992
公開日2010年9月29日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者嚴國平, 劉斌奇, 徐祖敦, 盛正平, 盛漢橋, 葛君生 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司