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三軸匯交等效復(fù)合球鉸的制作方法

文檔序號:5616125閱讀:398來源:國知局
專利名稱:三軸匯交等效復(fù)合球鉸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種三軸匯交等效復(fù)合球鉸,屬于一類剛性連接元件,可以應(yīng)用于各種需要使用球鉸的機構(gòu),如并聯(lián)機構(gòu)等。
背景技術(shù)
球鉸是一類常用的空間運動副,一般來說有兩種構(gòu)型,一是基本型,即所謂“球-球窩”型;另外可用三個旋轉(zhuǎn)副組合而成以實現(xiàn)球鉸功能,稱為等效球鉸。
在某些應(yīng)用場合,如“6-3”型的Stewart平臺,要求六條支桿在動平臺上兩兩一組,分別匯交到三個點,這就需要所謂復(fù)合球鉸,這種復(fù)合球鉸可以理解為“重合”的球鉸,或者“并聯(lián)”球鉸。然而這種復(fù)合球鉸的工程實現(xiàn)有較大的困難,許多應(yīng)用中將兩對球鉸布置得很接近,形成準“6-3”型。這種結(jié)構(gòu)不能在鉸點實現(xiàn)三軸匯交,會帶來一些欠缺,如造成附加力矩等。
參見“張立杰等,一種新型運動副及其在并聯(lián)機床上的應(yīng)用,機械工程學(xué)報,V14(12)P216-221”提出一種新型運動副,由兩個復(fù)合球鉸(文獻中分別稱為二重球鉸和三重球鉸)組成。參見“專利號為00114876.1的中國專利”將該復(fù)合球鉸設(shè)計應(yīng)用在無動平臺式五條腿虛擬軸機床。這種復(fù)合球鉸采用“球-球窩”式結(jié)構(gòu),具有轉(zhuǎn)動范圍較小、間隙較大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難的缺點。
通過多個旋轉(zhuǎn)副的組合可以實現(xiàn)復(fù)合球鉸的功能,稱為等效復(fù)合球鉸。與“球-球窩”式復(fù)合球鉸相比轉(zhuǎn)動范圍大,結(jié)構(gòu)簡單,容易加工。但是為了避免干涉,往往體積較大,且不易實現(xiàn)準確的三軸匯交。
技術(shù)方案本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的三軸匯交等效復(fù)合球鉸,一方面能保證其轉(zhuǎn)動范圍大、結(jié)構(gòu)簡單,容易加工的優(yōu)點,另一方面最大限度地克服體積大的缺點。
一種三軸匯交等效復(fù)合球鉸,其特征在于由單耳、單耳軸、內(nèi)耳、雙耳軸、外耳組成,內(nèi)耳及外耳均為雙耳結(jié)構(gòu);所述的雙耳軸中間沿軸向開有通槽,且在垂直于通槽壁的方向開有軸孔;所述單耳分為支桿、耳臂、耳環(huán)三部分,在耳環(huán)中嵌有軸承;耳環(huán)插入雙耳軸的通槽并通過單耳軸相連;所述的內(nèi)耳通過嵌入的軸承安裝于雙耳軸上;所述的外耳通過嵌入的軸承安裝于雙耳軸上并在內(nèi)耳外側(cè);在雙耳軸的兩端還裝有軸向固定螺母,實現(xiàn)外耳、內(nèi)耳等部件的軸向固定。
上所述的單耳耳臂如果設(shè)計成偏離支桿與耳環(huán)中心連線??墒沟脝味詥味S為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時,雙向最大旋轉(zhuǎn)角度不對稱,適用于不同的場合。
上述三軸匯交等效復(fù)合球鉸,內(nèi)耳與外耳轉(zhuǎn)軸重合。這限制了兩耳繞轉(zhuǎn)軸以外的相對轉(zhuǎn)動,特別適合于需要限定滾珠絲杠軸向轉(zhuǎn)動自由度的應(yīng)用場合。
本發(fā)明的等效復(fù)合球鉸由多個轉(zhuǎn)動副實現(xiàn)的,經(jīng)過特殊設(shè)計,結(jié)構(gòu)緊湊、簡單,剛性大,轉(zhuǎn)動范圍大,容易加工??梢詰?yīng)用在需要復(fù)合球鉸的各種機構(gòu),如并聯(lián)機器人、并聯(lián)機床、運動模擬器等以及其他適用場合。


圖1是三軸匯交等效復(fù)合球鉸的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是三軸匯交等效復(fù)合球鉸的正視圖。
圖3是單耳及單耳上的軸承安裝示意圖。
圖4是雙耳軸示意圖。
圖5是三軸匯交等效復(fù)合球鉸的A-A剖面圖。
圖1中標號名稱1.單耳,2.單耳軸,3.內(nèi)耳,4.外耳,5.雙耳軸。
圖3中標號名稱6.支桿,7.深溝球軸承(支桿),8.平面軸承,9.雙列深溝球軸承,10.耳環(huán)。
圖4中標號名稱11.耳臂,12.通槽,13.通槽壁,14.雙耳軸軸端螺紋,15.軸孔。
圖5中標號名稱16.隔離環(huán),17.單耳軸軸端螺紋,18.深溝球軸承(內(nèi)耳),19.角接觸球軸承,20.墊片。
具體實施方案如圖1~5所示,本發(fā)明所實現(xiàn)的三軸匯交等效復(fù)合球鉸,主要由單耳1、單耳軸2、內(nèi)耳3、外耳4、雙耳軸5以及若干軸承等部件組成,內(nèi)耳及外耳均為雙耳結(jié)構(gòu)。
雙耳軸5中間沿軸向開有通槽12,且在垂直于通槽壁13的方向開有軸孔15。
單耳1可以分為支桿6、耳環(huán)10和耳臂11三個部分,在耳環(huán)10中嵌入雙列深溝球軸承9,軸承9外圈與耳環(huán)10孔間采用緊配合,耳環(huán)10寬度和軸承9寬度相同,并插入雙耳軸5的通槽12,通過單耳軸2連接;軸承9內(nèi)圈端面與通槽壁13之間用墊片20隔離,以軸向固定軸承9內(nèi)圈。
單耳軸2大部分位于雙耳軸5內(nèi),兩者形成十字節(jié)結(jié)構(gòu);單耳1的耳環(huán)10位于雙耳軸5內(nèi),這種設(shè)計保證了復(fù)合球鉸繞雙耳軸5的大范圍轉(zhuǎn)動以及準確的三軸匯交。
以單耳軸2為旋轉(zhuǎn)軸心,可以實現(xiàn)單耳1沿雙耳軸5正負軸向的雙向旋轉(zhuǎn);設(shè)計耳臂11偏離支桿6與耳環(huán)10中心連線,使得雙向最大旋轉(zhuǎn)角度不對稱。對于一些應(yīng)用場合,如“6-3”型Stewart平臺,由于其實際運動過程中,雙向工作角度是不對稱的,這種設(shè)計可以有效擴展平臺的運動范圍。內(nèi)耳3、外耳4的轉(zhuǎn)軸重合,限制了兩耳繞轉(zhuǎn)軸以外的相對轉(zhuǎn)動,特別適合于需要限定滾珠絲杠軸向轉(zhuǎn)動自由度的應(yīng)用場合。
單耳軸2軸端加工螺紋17,通過螺母緊固實現(xiàn)單耳軸2及單耳軸2上部件軸向固定;單耳軸2與雙耳軸軸孔15之間微過盈配合。
所述支桿6處安裝有軸承(根據(jù)需要可以是成對角接觸球軸承、平面軸承+深溝球軸承+角接觸球軸承等型式),整個三軸匯交等效復(fù)合球鉸可以支桿6的軸線為軸做360度旋轉(zhuǎn)。
所述的內(nèi)耳3通過嵌入的深溝球軸承18安裝于雙耳軸5上;所述的外耳4通過嵌入的角接觸球軸承19安裝于雙耳軸5上并在內(nèi)耳3外側(cè);內(nèi)耳3內(nèi)軸承18與外耳4內(nèi)軸承19的內(nèi)圈用隔離環(huán)16隔開;通過軸承18和軸承19,外耳4和內(nèi)耳3可以分別以雙耳軸5為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。雙耳軸5的兩端加工螺紋14,通過螺母緊固實現(xiàn)內(nèi)耳3、外耳4等雙耳軸5軸上部件的軸向定位。
雙耳軸5外徑小于內(nèi)耳3和外耳4孔徑,可以穿過內(nèi)耳3和外耳4安裝。外耳4孔徑大于內(nèi)耳3孔徑,便于分別安裝嵌入的軸承19和軸承18。
權(quán)利要求
1.一種三軸匯交等效復(fù)合球鉸,其特征在于由單耳(1)、單耳軸(2)、內(nèi)耳(3)、外耳(4)、雙耳軸(5)組成,內(nèi)耳及外耳均為雙耳結(jié)構(gòu);所述的雙耳軸(5)中間沿軸向開有通槽,且在垂直于通槽壁(13)的方向開有軸孔(15);所述單耳(1)分為支桿(6)、耳臂(11)、耳環(huán)(10)三部分,在耳環(huán)(10)中嵌有軸承(9);耳環(huán)(10)插入雙耳軸(5)的通槽(12)并通過單耳軸(2)相連;所述的內(nèi)耳(3)通過嵌入的軸承安裝于雙耳軸(5)上;所述的外耳(4)通過嵌入的軸承安裝于雙耳軸(5)上并在內(nèi)耳(3)外側(cè);在雙耳軸(5)的兩端安裝有軸向固定螺母。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等效復(fù)合球鉸,其特征在于所述的單耳耳臂(11)偏離支桿(6)與耳環(huán)(10)中心連線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三軸匯交等效復(fù)合球鉸,其特征在于內(nèi)耳(3)與外耳(4)轉(zhuǎn)軸重合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三軸匯交等效復(fù)合球鉸,屬于剛性連接元件技術(shù)領(lǐng)域。主要由單耳(1)、單耳軸(2)、內(nèi)耳(3)、外耳(4)、雙耳軸(5)以及若干軸承等部件組成。其中雙耳軸(5)中間開有通槽,槽壁開有軸孔,單耳(1)的耳環(huán)插入其中并通過單耳軸(2)連接;內(nèi)耳(3)、外耳(4)通過嵌入的軸承分別安裝于雙耳軸(5)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡單,剛性大,轉(zhuǎn)動范圍大,容易加工的優(yōu)點,可準確實現(xiàn)三軸匯交??梢詰?yīng)用在需要復(fù)合球鉸的各種并聯(lián)機構(gòu),如并聯(lián)機器人、并聯(lián)機床、運動模擬器等以及其他適用場合。
文檔編號F16C11/06GK101033773SQ20071002140
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者顧宏斌, 劉暉, 陳大偉 申請人:南京航空航天大學(xué)
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