[发明专利]单自由度折叠变形机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种折叠机构。具体涉及一种单自由度折叠变形机构，实现平面三角形和空间四面体间的相互转换。

背景技术

折叠机构自身具有大范围的空间变形能力，机构空间变形可以是空间体积的改变，也可以是外观几何形状的改变。因折叠机构易于存放、运输以及模块化，使其在太空和建筑设计中具有很高的实用性和经济性，更因为很强的变形能力和变形时的美观而受到广泛重视。德国费斯托公司将一种单自由度六杆机构，通过折叠变形功能将其应用于一种新型飞行器。Hoberman利用剪刀式缩放单元构造出空间环形缩放机构，并将其设计成变形玩具和建筑装饰。

发明内容

本发明要就解决的技术问题：折叠变形机构大多只能在平面内进行变换或只能在空间内进行变换。

本发明的技术方案：单自由度折叠变形机构包括三个杆组Ⅰ、三个杆组Ⅱ、三个杆组Ⅲ、三个中长轴和三个长轴。

每个杆组包含两个连接杆和一个短轴，第一连接杆和第四连接杆的首端设置有通孔a，末端与通孔a轴线成逆时针55°的方向处设有通孔b；第二连接杆和第三连接杆的首端设置有通孔a，末端与通孔a轴线成顺时针55°的方向处设有通孔b。短轴穿过第一个连接杆的通孔b和第二个连接杆的通孔b，用卡簧进行轴向固定，使两个连接杆间形成一个转动副.

组成单自由度折叠变形机构的九个杆组中，六个杆组两端的通孔a分别通过中长轴和长轴与其他杆组相连，三个杆组两端的通孔a通过长轴与其他杆组相连。

三个中长轴穿过两个杆组上的通孔a，用卡簧进行轴向固定，使两个杆组间形成一个转动副；

三个长轴穿过四个杆组上的通孔a，用卡簧进行轴向固定，使两个杆组间形成一个转动副。

本发明的有益效果：本发明所述的单自由度折叠变形机构，通过只有一个自由度的折叠变形动作，实现平面三角形和空间四面体之间的相互转换。并且通过杆件机构的设计消除了变形动作过程中的杆件干涉。该机构结构简单，成本低廉，易于制造和工程实现。可作为教学模具应用于教学实验，也可作为空间可展机构应用于建筑屋顶等。

附图说明

图1单自由度折叠变形机构的整体三维图

图2单自由度折叠变形机构的杆组Ⅰ三维图

图3单自由度折叠变形机构的杆组Ⅱ三维图

图4单自由度折叠变形机构的杆组Ⅲ三维图

图5单自由度折叠变形机构平面三角形状态下长轴连接四个连接杆的局部装配图

图6单自由度折叠变形机构空间四面体状态下长轴连接四个连接杆的局部装配图

图7第一连接杆的三维图

图8第二连接杆的三维图

图9第三连接杆的三维图

图10第四连接杆的三维图

图11(a)、图11(b)、图11(c)、图11(d)、图11(e)是单自由度折叠变形机构的变形过程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

单自由度折叠变形机构如图1所示，包括三个杆组Ⅰ(A)、三个杆组Ⅱ(B)、三个杆组Ⅲ(C)、三个中长轴(1)和三个长轴(2)。

本发明的实施方式：

如图7所示，第一连接杆(4)的首端设置有通孔a，末端与第一连接杆(4)上通孔a轴线成逆时针方向处设有通孔b；如图8所示，第二连接杆(5)的首端设置有通孔a，末端与第二连接杆(5)上通孔a轴线成顺时针方向处设有通孔b；如图9所示，第三连接杆(6)的首端设置有通孔a，末端与第三连接杆(6)上通孔a轴线成顺时针方向处设有通孔b；如图10所示，第四连接杆(7)的首端设置有通孔a，末端与第四连接杆(7)上通孔a轴线成逆时针方向处设有通孔b。第一连接杆(4)上通孔a与通孔b间的距离和角度、第二连接杆(5)上通孔a与通孔b间的距离和角度、第三连接杆(6)上通孔a与通孔b间的距离和角度以及第四连接杆(7)上通孔a与通孔b间的距离和角度相同。

如图2所示，杆组Ⅰ(A)包含第一连接杆(4)、第二连接杆(5)和短轴(3)，短轴(3)穿过第一连接杆(4)的通孔b和第二连接杆(5)的通孔b，用卡簧进行轴向固定，使第一连接杆(4)和第二连接杆(5)间形成一个转动副；

如图3所示，杆组Ⅱ(B)包含第一连接杆(4)、第三连接杆(6)和短轴(3)，短轴(3)穿过第三连接杆(6)的通孔b和第一连接杆(4)的通孔b，用卡簧进行轴向固定，使第三连接杆(6)和第一连接杆(4)间形成一个转动副；