专利名称：全向支撑的可变支点杠杆系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种全向支撑的可变支点杠杆系统，是ー种机械领域的连续可变几何參数的技木。本发明可以使杠杆在可变支点上具有近似的全向支撑，是可以可控改变的固定支点杠杆系统。本发明可以用于机械领域所有需要可变杠杆比例的应用。
背景技术：
杠杆是机械工程利于中最为常用的ー种机械结构，和其衍生形式齿轮几乎可以构成一切机械工程领域中所需要的机械。在一些杠杆的应用场合，我们既需要杠杆具有完全的全向支撑，既在杠杆运动的平面上杠杆在任何角度都需要受到支点的刚性支撑；又需要杠杆的支点位置可以根据需要灵活的移动，既支点在杠杆上的位置相对于动力点和阻力点做连续移动。但通常的技术都只能保证杠杆的在很少的方向上获得支撑，因此限制了可变支点杠杆的应用。例如公开号CN101858233包含变速摆机构的全可变气正时方法和机构，原型设计是需要扭カ弹簧为整个机构提供的回复弹力，如果具有全向支撑的可变支点杠杆系统，就可以具有省却弹黃的作用，可提供机构更闻的运动速率和更闻的效率，减少机构的运动损耗。美国专利US6，591，797 B2变摇臂支点所述的方法是利用带有齿轮的受控旋转的轴充当一个可移动杠杆的机构，等效于杠杆的支点可受控移动。但此法使杠杆被迫移动，在某些应用中会改变杠杆的工作效果；且轴需要穿透杠杆，当杠杆需要承受很大的力矩或者可变支点范围较大时，杠杆被迫加粗以增加强度，使杠杆沉重；受控旋转的轴的强度也受到限制，且齿轮的受カ是远小于固定支点的轴，因此并不能完全等效于全向支撑。因此以齿轮作为自由度方向上的约束并不是最佳。公开号CN101149000A内燃机的可变气门驱动机构中，改变杠杆支点位置的是偏心轮。采用此方法虽然可以对杠杆进行全向支撑，但其副作用非常显著，就是在支点偏移方向的垂直方向改变了杠杆的位置，这是ー种有害的位移，在某些场合，是严重影响可变支点杠杆系统工作效果的不利因素。
发明内容
针对以上问题，本发明所提供的技术是ー种全向支撑的可变支点杠杆系统，包括杠杆系统，提供基本的杠杆原理所要求的变速变カ矩的作用，或者改变往复运动的空间位置；第一支点和第二支点，二者同在ー个杠杆系统内，第一支点在杠杆系统中的位置可调，第二支点在杠杆系统中的位置固定；第二支点约束机构，限制所述第二支点的运动，使杠杆以第一支点移动机构所控制的支点为中心运动。所述杠杆系统的特征在于包含三种类型形式的机构，包括十连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，可在杠杆系统纵向方向上改变支点位置而不会产生支点相对于其他部 件的滑动；交叉六连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，支点移动在杠杆系统的横向方向，杠杆系统的长度可变，且保持杠杆系统的传动比例；双四连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，可在杠杆系统纵向方向上改变支点位置而不会产生支点相对于其他部件的滑动，杠杆系统长度可变，且保持杠杆的传动比例。
图I是示意图，示出了全向支撑的可变支点杠杆系统的基本原理。图2是示意图，示出了一种十连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，可以在支点连续移动过程中保持个部件的轴连接不变，只改变部件间的夹角。图3是部分示意图，示出了ー种交叉六连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，可以在支点竖直移动过程中保持杠杆比例不变。
图4是示意图，示出了一种双四连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统。图5是部分部件示意图，示出了双四连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统内部的连杆所具有齿轮啮合传动，在杠杆支点变化到ー个固定位置的情况下，杠杆工作过程中比例不变。
具体实施例方式全向支撑的可变支点杠杆系统的结构特征使其具有可以承受很大负载的特性，因此可以用于力学负荷很大的场合，例如内燃机中对活塞的运动控制。參考附图I说明全向支撑的可变支点杠杆系统的结构特征。杠杆的两端31和32是杠杆的运动支点，其运动方向是杠杆两侧双向箭头所标识的。可移动的支点33可以沿着杠杆的方向受控移动，其方向是双向箭头36所指示的方向。固定支点34在杠杆上的位置是固定的，其自由运动的方向是双向箭头35所指示的，这个运动方向是约束固定支点34的滑槽或者其他部件或装置。一般而言，受控移动的支点33和杠杆运动方向是近似垂直的，不要求严格垂直；固定支点34的运动方向与支点33的运动方向近似垂直；支点33的滑动方向与杠杆同向或近似同向；固定支点34的约束方向与支点33的运动方向相同或相近；支点34的约束滑槽或者部件或者装置可以是直线形状的，也可以是弧线形状的；固定支点34可以是独立的，也可以是运动支点31、32。由于支点33和支点34在各自的运动自由度方向的垂直方向对杠杆的运动具有约束功能，因此二者的和效应就是近似等效ー个可受控移动的固定支点，固定支点的含义是在杠杆的运动平面内具有全向支撑的能力。下面详述本发明的三个例示性实施例，且有助于理解上述的全同支撑的可变支点杠杆系统的工作原理。參考附图2，图2是示意图，是ー种十连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，可以在支点连续移动过程中保持个部件的轴连接不变，只改变部件间的夹角。连杆I和连杆2分别是杠杆的动力点或阻力点。连杆3连接杠杆系统的支点，连杆3的轴15可以在外力作用下转动，来控制杠杆系统的支点位置。连杆6和连杆7以轴相连，并在同一个连接轴上与连杆I相连。ー个固定的固定槽4可以约束连杆I的运动方向，也就是约束ー个动力点或阻力点。连杆6与三角架9相连，连杆7与三角架8相连。连杆11 一端与三角架8相连，另一端与连杆10相连，同时连杆10与三角架9相连。三角架8和三角架9以轴20相连，可以相互转动。轴20又与连杆3相连。因为在更一般的形式中，三角架8和9等效成为三个连杆相连，所以整个杠杆系统被称作十连杆杠杆系统。显然，杠杆形式的完整是由轴20的竖向约束和固定槽4的横向作用組成，轴20和固定槽4各自完成ー个方向的约束，二者共同构成杠杆系统的全向支撑，而不是由任何一个组成部分単独完成的，这是与普通杠杆不同的地方。參考附图3，图3是示意图，是ー种交叉六连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，可以在支点竖直移动过程中保持杠杆比例不变。连杆I和连杆2分别是杠杆的动力点或阻力点。连杆3连接杠杆系统的支点，连杆3的轴15可以在外力作用下转动，来控制杠杆系统的支点位置。连杆6和连杆7以轴相连,并在同一个连接轴上与连杆I相连。ー个固定的固定槽4可以约束连杆I的运动方向，也就是约束ー个动力点或阻力点。连杆10和连杆11相连，并同轴与连杆2相连。连杆2被固定槽5限制，因此三杆交点的轴只可以上下移动。连杆8和9相连在轴20上，同时轴20也连在连杆3上。连杆3是起支点作用的，支点运动的方向是与固定槽4和5中连杆滑动方向相同。连杆3在横向是没有约束的，因此支点的轴20的横向位置由六根连杆决定，结果就是无论杠杆如何摆动，杠杆的传动比都是不变的。固定槽4和5使杠杆系统不可以横向移动，而连杆3是控制杠杆系统上下运动的，因此这二者使杠杆在横向和竖向获得了支撑，因此也是全向支撑的杠杆系统。与附图2不同 的是，第二支点的约束是同时约束动力点和阻力点的。此实施例中，固定槽5也可以约束轴20的运动方向，其效果与附图3是ー样的。但是附图2所示杠杆系统在摆动中会产生比例变化，附图3所示的杠杆系统传动比例不可变，为了综合二者的优势，于是有了附图4的机构。參考附图4，图4是示意图，是ー种双四连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，在杠杆支点变化到ー个固定位置的情况下，杠杆工作过程中比例不变。连杆I和连杆2分别是杠杆的动力点或阻力点。连杆3连接杠杆系统的支点，连杆3的轴15可以在外力作用下转动，来控制杠杆系统的支点位置。连杆6和连杆7以轴相连，并在同一个连接轴上与连杆I相连。ー个固定的固定槽4可以约束连杆I的运动方向，也就是约束ー个动力点或阻力点。连杆10和连杆11相连，并同轴与连杆2相连。连杆2被固定槽5限制，因此三杆交点的轴只可以上下移动。连杆8和9分别与连杆7和6连接，又连接在连接体14上。连杆12和13别与连杆11和10连接，又连接在连接体14上。连接体14上有轴20，轴20连在连杆3上。连杆3是起支点作用的，支点运动的方向是横向，横向运动改变杠杆传动比例。连杆I和2同时受到固定槽4和5的约束，加上连杆3的支撑作用，因此杠杆系统也是具有全向支撑的。參考附图5，图5是内部结构。连杆8有扇形齿轮16，连杆9有扇形齿轮17，连杆12有扇形齿轮18，连杆13有扇形齿轮19。扇形齿轮16与扇形齿轮17啮合，扇形齿轮18与扇形齿轮19啮合。连杆3与连接体14中的轴20相连，杠杆系统的支点作用的轴20可以绕轴15做圆周线性移动。由于扇形齿轮16、17、18、19的作用，使连杆8、9相对于连接体14的摆动是対称的，连杆12、13相对于连接体14的摆动是対称的，所以只要轴20固定，杠杆的摆动不会改变杠杆的传动比例。从附图2至5可见，全向支撑的可变支点杠杆系统中，支点所在的轴并不会相对于与其直接相连的部件有相对移动，支点的轴而言，部件的位置只是方向变化了。这使支点变化避免了了使用可以滑动的槽这种类型的支点移动技术，即用角向移动取代径向移动。这使得支点始终是具有最大承力结构的面接触的轴，增强了杠杆系统的承力能力，且承カ方向是360度全向的方向。全向支撑的杠杆系统的特征是第一支点和第二支点都是ー个方向上固定不动，另ー个方向是可以移动的，二者的固定方向和移动方向正好相反，合并的约束效果就是杠杆的全向支撑。參考附图2至5，由多连杆组成的杠杆系统，其连杆的长度可以不同，这样不同长度的连杆在组成非等边四边形并变形时，定点的轨迹将是变曲率的曲线，当需要杠杆在支点改变的时候同时在支点改变方向的垂直方向做微小的移动时，就可以采用不等边四边形的多连杆杠杆系统。采用可变形四边形的优势在于，支点变化轨迹可以是任意形状，对于高应カ的应用场合，这是以往的可变支点杠杆不能做到的，因为适应任意轨迹的支点只有可能是截面为圆形的轴，轴与轨迹槽是线接触，不能是面接触，所以部件表面接触的压强过大。总体而言，本发明的要g在于将ー个固定支点分拆成为两个半固定支点，每个支点在一个平移自由度方向上具有运动能力，而在相应的垂直方向上则具有约束作用，因此二者的和效应就是近似等效ー个可受控移动的固定支点，固定支点的含义是全向支撑。所 述三种实施例乃是利用了四边形的可变形的特征组成了可变比例的杠杆系统，因此所具有的势在于支撑杠杆的支点都是面接触，因此承受的力可以满足所有合理需要的強度要求。上述叙述仅仅是用于解释本发明的例示性实施例，它不是排他的或将本发明限制与其公开的具体形式。本领域技术人员可以理解，在不偏离本发明的范围内，可以做出各种改变以及其中的元素可用等同元素来替换。因此，本发明不限于作为构思实现本发明的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明包括属于本发明范围的所有实施方式。在不偏离本发明的精神和范围内，本发明能够以具体解释和阐明的方式以外的其他方式实施。
权利要求
1.ー种全向支撑的可变支点杠杆系统，包括杠杆系统，提供基本的杠杆原理所要求的变速变カ矩的作用，或者改变往复运动的空间位置；第一支点和第二支点，二者同在ー个杠杆系统内，第一支点在杠杆系统中的位置可调，第二支点在杠杆系统中的位置固定；第二支点约束机构，限制所述第二支点的运动，使杠杆以第一支点移动机构所控制的支点为中心运动。
所述杠杆系统的特征在于包含三种类型形式的机构，包括十连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，可在杠杆系统纵向方向上改变支点位置而不会产生支点相对于其他部件的滑动；交叉六连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，支点移动在杠杆系统的横向方向，杠杆系统的长度可变，且保持杠杆系统的传动比例；双四连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，可在杠杆系统纵向方向上改变支点位置而不会产生支点相对于其他部件的滑动，杠杆系统长度可变，且保持杠杆的传动比例。
2.如权利要求I所述ー种全向支撑的可变支点杠杆系统，其特征在于所述第二支点可以是动力点、阻力点、支点的共轴线位置或者三者的组合，或者杠杆上其他可用来约束杠杆位置的固定部分，突起、沟槽或者滚珠和槽，或其他形式的约束方式。
3.如权利要求I所述ー种全向支撑的可变支点杠杆系统，其特征在于所述第二支点受到滑动机构限制，第二支点受到滑动机构的运动限制的方向与第一支点调节方向相同或相近。
4.如权利要求I所述ー种十连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，其特征在于由10根连杆相互连接而成，形成ニ个可变形四边形和ニ个三角形连杆系；ニ个可变形四边形相连接的轴是杠杆的可变支点；支点的运动方向是与动力点或阻力点运动方向垂直或近似垂直。所述十连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统的特征在于所述形成ニ个可变形四边形的每一条边的长度可以不等长。
5.如权利要求I所述ー种交叉六连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，其特征在于由6根连杆连接而成，ニ根连杆交叉处的轴与所述支点移动机构相连；支点的运动方向是与动力点或阻力点运动方向平行或近似平行。所述的ー种交叉六连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统的特征在于所述形成ニ个可变形四边形的每一条边的长度可以不等长。
6.如权利要求I所述ー种双四连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，其特征在于由2套四连杆通过连接体连接而成，支点移动在杠杆系统的任意方向，四连杆中有两根连杆联接在连接体上，相互之间以齿轮齿合；连接体中心有轴与所述支点移动机构相连。所述的ー种双四连杆的全向支撑的可变支点杠杆系统，其特征在于所述形成ニ个可变形四边形的每一条边的长度可以不等长。
全文摘要
本发明公开了一种全向支撑的可变支点杠杆系统，是一种机械领域的连续可变几何参数的技术，本发明的原理可以用于机械领域所有需要可变杠杆比例的应用，例如内燃机全可变气门正时的技术领域。以往杠杆的支点连续变化时不能够做到全向支撑，因此限制了可变支点杠杆技术的应用。本发明采用支点拆分的技术，即杠杆具有二个支点，每个支点提供一个自由度上的支撑，二支点的支撑方向近似垂直正交；一个支点固定在杠杆上，另一个支点可在控制机构的控制下按需要移动，改变杠杆支点的位置。本发明包括十连杆、交叉六连杆和双四连杆三种形式。本发明可以使杠杆在可变支点上具有近似的全向支撑，是可以可控改变支点位置的固定支点杠杆系统。
文档编号F16H21/00GK102678860SQ20111005422
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者朱譞晟 申请人:朱譞晟