專利名稱：樞軸接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樞軸接頭，特別是一種高精度的球接頭。
背景技術(shù)：
已知包括位于軸上的球的樞軸接頭。在這種樞軸接頭中，球形物位于軸上的球窩內(nèi)，軸從球窩突出來。這些樞軸接頭的缺點是精度不高，特別是由于球形物部件不是精確的球形。另一個缺點是當(dāng)這些部件損壞時，替換的代價不低廉。
利用精研工藝可以制造出非常精確的精密球形部件(即，球軸承)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種樞軸接頭，包括球形物，安裝在第一結(jié)構(gòu)內(nèi)，其中，相對于第一結(jié)構(gòu)保持球形物的定位；第二結(jié)構(gòu)，安裝在球形物之上并且可相對于球形物移動，其中，第二結(jié)構(gòu)具有至少一個支撐表面，限定其相對于球形物的位置。
該球形物優(yōu)選通過與第一結(jié)構(gòu)在至少兩個位置接觸而被保持在位。
優(yōu)選該至少兩個接觸位置位于球形物的相對側(cè)面。這兩個位置可以沿直徑相對，但這不是必要的，在某些情況下，例如當(dāng)要求精密接合時，優(yōu)選該接觸位置形成三角形的頂點，三角形中心經(jīng)過該球形物。
優(yōu)選地，第二結(jié)構(gòu)夾在第一結(jié)構(gòu)和球形物之間。因此，第一和第二結(jié)構(gòu)通過球形物相互連接。以這種構(gòu)造，至少一個接觸位置位于第二結(jié)構(gòu)的任一側(cè)上，即，在限定第二結(jié)構(gòu)相對于球形物之位置的支撐表面每一側(cè)上至少有一個接觸位置。
在優(yōu)選實施例中，至少其中一個接觸位置是可以調(diào)節(jié)的。
優(yōu)選利用至少四個與第一結(jié)構(gòu)接觸的接觸點將球形物保持或固定在位。
當(dāng)將球形物保持在位時，然后球形物可以相對于第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)移動。但是，當(dāng)要求高精度的接合時，球形物需要相對于第一結(jié)構(gòu)固定，并且因而固定在位。通過具有一個可以調(diào)節(jié)的接觸位置，根據(jù)需要可以采用前述狀態(tài)中的任何一個。
或者，利用錐形凹槽和至少一個接觸點，將球形物相對于第一結(jié)構(gòu)保持在位或予以固定。
優(yōu)選地，第二結(jié)構(gòu)具有三個支撐表面?；蛘?，第二結(jié)構(gòu)可以具有兩個支撐表面。
在優(yōu)選實施例中，第二結(jié)構(gòu)受到偏壓而與球形物接觸。這種偏壓可以由彈簧、磁體、真空部件或彈性帶提供。
本發(fā)明的第二方面提供了一種將球形物相對于一結(jié)構(gòu)保持在一個位置的方法，其中，通過球形物在至少兩個位置與該結(jié)構(gòu)接觸而將球形物定位在該位置內(nèi)。
優(yōu)選地，所述至少兩個位置位于球形物的相對兩側(cè)。
在優(yōu)選實施例中，利用至少四個接觸點將球形物保持或固定在位，或者，采用另一方式，利用錐形凹槽和至少一個接觸點將球形物保持或固定在位。
本發(fā)明的第三方面提供了一種將一個結(jié)構(gòu)定位于球形物上的方法，其中，該結(jié)構(gòu)相對于球形物可以移動，該結(jié)構(gòu)包括具有外圍表面的孔口，用于將球形物容于其中，其中，所述外圍表面的至少一個區(qū)域構(gòu)造成與球形物滑動接觸。
優(yōu)選地，外圍表面的至少兩個區(qū)域構(gòu)造成與球形物滑動接觸，并且位于所述至少兩個區(qū)域之間的外圍表面區(qū)域構(gòu)造成不與球形物接觸。
根據(jù)本發(fā)明的樞軸接頭能夠以低成本制造出(高)精度的接頭。具有精確球形表面的球軸承可以用于在兩個結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生光滑和精密的運動，而不需要高昂的精確機加工工藝。這些樞軸接頭如此精確的其中一個原因是不需要使用螺紋支柱就可以將球形物保持或固定在位，而該支柱將會影響球形物表面的球形度和光滑性以及接合動作。
附圖簡要說明以示例方式并參照附圖來說明本發(fā)明的實施例，在附圖中

圖1為使用本發(fā)明樞軸接頭的座標(biāo)量測量儀的立體圖；圖2為座標(biāo)量測量儀上部的立體圖，示出樞軸接頭；圖3為座標(biāo)量測量儀的一個支柱的一端的平面圖；圖4為座標(biāo)量測量儀上部的平面圖，示出樞軸接頭；圖5為沿圖4中A-A線的剖面圖；圖6為座標(biāo)量測量儀的另一個支柱的一端的平面圖；圖7和圖8示出樞軸接頭內(nèi)球形物的另一種夾持布置；和圖9為座標(biāo)量測量儀上部的立體圖，示出另一種樞軸接頭。
具體實施例方式
圖1中示出一種座標(biāo)量測量儀。該座標(biāo)量測量儀包括下部的固定臺10和上部的可移動臺12。上部可移動臺和下部固定臺通過可伸縮支柱14連接，每個支柱的上端和下端通過樞軸接頭連接到上臺和下臺。每個支柱都具有電機16以便增長和縮短其長度。
由于上臺12僅由三個可伸縮支柱14支撐，該支柱通過樞軸接頭與上臺和下臺連接，該上臺可以圍繞三個垂直軸線相對于下臺10轉(zhuǎn)動。為防止這一點，設(shè)有三個防轉(zhuǎn)動裝置20，該裝置消除了三度的自由旋轉(zhuǎn)，同時允許直線移動。該裝置是被動的，即，沒有電機或其他致動器。防轉(zhuǎn)動裝置20與上臺、下臺12、10之間的接頭也是樞軸接頭。
圖2、4和5更詳細地示出上臺12與防轉(zhuǎn)動裝置20之間的樞軸接頭。上臺12設(shè)有結(jié)構(gòu)切除部30。樞軸接頭的球32由限定切除部30的外圍的表面將其支承在切除部30內(nèi)。圖2中示出兩個切除部30，其中一個與球接頭的其他部件保持在位，而另一個沒有。
球32由切除部30的兩個相對表面34、36支承。第一彎曲表面34與球32的一側(cè)接觸，第二彎曲表面36利用兩個接觸點36A和36B與球32的下表面接觸。由三個接觸點34、36A和36B及由夾持件38、42提供的第四接觸點來限定球32的定位。
在這一實施例中，夾持件包括墊片38和固定件42，例如螺釘或螺栓。墊片38位于上臺12內(nèi)切除部30提供的擱架41上，其下表面的邊緣與球32接觸。上臺12設(shè)有孔40，該孔與墊片38的中心對齊，以便容納抵靠球32而對墊片39予以保持的固定件42。因此，利用第一彎曲表面34、第二彎曲表面36上的兩個接觸點36A、36B和墊片38，將球32嚴格保持在位于其表面周圍的四個位置處的固定位置。
圖9中示出設(shè)在上臺12和支柱14之間的另一個樞軸接頭。上臺12設(shè)有結(jié)構(gòu)切除部130。樞軸接頭的球32由切除部130的外圍形成的表面支承在切除部130內(nèi)。圖9中示出兩個切除部130，其中一個與球接頭的其他部件保持在位，而另一個沒有。
球32由切除部130的兩個相對表面134、136支承。第一彎曲表面134與球32的下表面接觸，第二彎曲表面136利用兩個接觸點136A和136B與球32的一側(cè)接觸。由三個接觸點134、136A和136B及由夾持件38、42提供的第四接觸點來限定球32的定位。
由于支柱14的定向是相對于防轉(zhuǎn)動裝置20轉(zhuǎn)動，切除部130的接觸表面的定向是相對于切除部30轉(zhuǎn)動。這可從圖1中看出。
可伸縮支柱14和防轉(zhuǎn)動裝置20的每一端都設(shè)有孔45，該孔配合在相應(yīng)樞軸接頭的球32之上。每個孔45的形狀為具有三個間距120度的支撐表面43A、43B、43C，如圖3所示。只有這三個支撐表面與球32接觸。這些支撐表面與球32接觸的區(qū)域很小，以便使表面之間的滑動最小化。這些小的接觸區(qū)域也提供了支柱14或防轉(zhuǎn)動裝置20相對于球32的可重復(fù)定位。
盡管實施例示出包圍球32的第二結(jié)構(gòu)14、20，這不是必要的。因此，第二結(jié)構(gòu)可以基本圍繞著球，且結(jié)構(gòu)內(nèi)留有間隙(任何間隙的極限尺寸是球直徑與第二結(jié)構(gòu)支撐表面位置的函數(shù))。
應(yīng)當(dāng)注意，盡管根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選支柱14和防轉(zhuǎn)動裝置20都具有樞軸接頭，但這不是必不可少的。
圖6示出支撐表面的另一種布置。在此布置中，孔45為橢圓形，只有兩個支撐表面46A和46B。由于支撐表面磨損，其更向下位于球的表面上，因此減少支撐表面與球之間的嚇吱聲音。當(dāng)作用在支撐表面上的力平行于與支撐表面的平面相垂直的軸線時，這一布置特別合適(例如，如果在傳動裝置中使用球接頭)。
支柱14和防轉(zhuǎn)動裝置20由良好的軸承材料制成，例如磷青銅?？梢酝ㄟ^蝕刻然后加工或沖切出孔45來制造支柱14，以準(zhǔn)確控制孔45的深度和幾何形狀。
圖5中示出具有安裝在樞軸接頭上的防轉(zhuǎn)動裝置20的上臺12的側(cè)視圖，圖5是圖4中A-A線的剖面圖?？梢钥闯?，四個接觸點中的三個將球32保持在位。這些接觸點是第一彎曲表面34和設(shè)在上臺12上的第二彎曲表面36上的兩個接觸點和墊片38的表面37。示出這些表面間隔設(shè)在球32的圓周周圍。與球32接觸的墊片38的表面37是位于墊片38的下表面與側(cè)表面之間的削邊，并且在墊片38的圓周表面周圍延伸，因此無論墊片38怎樣取向，表面37都會出現(xiàn)在球32面前。
在此圖中，防轉(zhuǎn)動裝置20在適當(dāng)位置，可以看到一個支撐表面43將與球32接觸。在該圖中看不到其他兩個支撐表面。
球32與上臺12和墊片38之間的四個接觸點的定位使得防轉(zhuǎn)動裝置20的端部有足夠的空間來圍繞球32移動。另外，每個結(jié)構(gòu)切除部30都具有切除凸起31，在球32的任一側(cè)，以便為防轉(zhuǎn)動裝置20的端部提供出足夠的機動空間。三個支撐表面43A、43B、43C與球保持接觸，但在球上移動，以便使防轉(zhuǎn)動裝置20的臂圍繞球32轉(zhuǎn)動。
如果出現(xiàn)晃動，支撐表面彈開球，碰撞固體攔擋件(即切除結(jié)構(gòu)30的邊緣)，并返回到其在球上的位置。因此球接頭進行自我保護。在需要高精度球接頭的情況下，可以設(shè)置圓簧，例如，設(shè)在防轉(zhuǎn)動裝置20的兩部分之間，以將支撐表面壓迫到球32上。這種彈簧將有助于出現(xiàn)任何晃動后都把支撐表面返回到球上，并對結(jié)構(gòu)增加剛性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認識到，偏壓裝置在包括有本發(fā)明球接頭的設(shè)備上的其他定位也會是有益的。
另一種將支撐表面壓到球32上的方法是通過偏壓第二結(jié)構(gòu)14、20實現(xiàn)的。實現(xiàn)這一點的一種方式是提供一個板，板的一端夾在第二結(jié)構(gòu)14、20上，另一端壓迫球32。因此板像板簧一樣作用。優(yōu)選夾持端以可移動方式固定，例如利用螺釘來固定，以便可以移動球32來進行維修或更換?！鞍濉币辉~包括適于提供偏壓力的所有不同的形狀和結(jié)構(gòu)，例如墊片。這種板可以與墊片38配合使用或作為替換。
在樞軸接頭中使用的球可以由任一種高/低摩擦材料或其他涂有高/低摩擦材料的其他材料制成。
盡管上述實施例說明了樞軸接頭在座標(biāo)量測量儀中的應(yīng)用，這種樞軸接頭不局限于在這種儀器中的應(yīng)用，并且可以有其他應(yīng)用。
而且，本發(fā)明不局限于上述將球進行定位的方法。盡管所述實施例描述了與球的四個接觸點，其中一個接觸點是可以調(diào)節(jié)的，可以與球有四個以上的接觸點。另外，可以具有一個以上的可調(diào)接觸點，例如四個接觸點全都可以調(diào)節(jié)。
另一個將球牢固夾持在精確位置的方法示于圖7中。球32位于錐形凹槽48內(nèi)并且由固定裝置52(如螺釘)保持在位，與球32具有一個接觸點54。當(dāng)然，固定裝置52也可以與球32具有多個接觸點(例如V形槽)。
圖8示出將球牢固固定在一個精確位置的另一個方法。球32位于平表面52上，并且由固定裝置52保持在位，所述固定裝置具有錐形凹槽56與球32的表面接觸。
球還可以由永久性方法保持在位，例如粘接、編住和焊接。但是，這些方法的缺點是球不能再移動。
樞軸接頭的優(yōu)點在于制造成本低并且易于組裝。
將球予以保持的切除結(jié)構(gòu)容易進行加工。自由球在這一結(jié)構(gòu)內(nèi)的可重復(fù)定位能夠使球易于替換。而且，可以商業(yè)獲得的精確球形物(例如，球軸承)在這一結(jié)構(gòu)內(nèi)的精確定位能夠產(chǎn)生高精度的球接頭。
在說明書全文中的短語“樞軸接頭”中，“接頭”一詞的使用定義為包括具有一度、二度和三度自由度的樞軸接頭，還包括具有兩個或四個自由度的萬向節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種樞軸接頭，包括安裝在第一結(jié)構(gòu)內(nèi)的球形物，其中，保持球形物相對于第一結(jié)構(gòu)的定位；和第二結(jié)構(gòu)，安裝在球形物上并且可以相對于球形物移動，其中，第二結(jié)構(gòu)具有至少一個支撐表面，所述支撐表面限定第二結(jié)構(gòu)相對于球形物的定位。
2.如權(quán)利要求1所述的樞軸接頭，其中，該球形物通過與第一結(jié)構(gòu)在至少兩個位置接觸而被保持在位。
3.如權(quán)利要求2所述的樞軸接頭，其中，該至少兩個接觸位置位于球形物的相對側(cè)面。
4.如權(quán)利要求3所述的樞軸接頭，其中，第二結(jié)構(gòu)夾持在第一結(jié)構(gòu)和球形物之間
5.如權(quán)利要求2到4中任一項所述的樞軸接頭，其中，至少一個接觸位置是可以調(diào)節(jié)的。
6.如前述任一項權(quán)利要求所述的樞軸接頭，其中，利用至少四個與第一結(jié)構(gòu)接觸的接觸點將球形物保持或固定在位。
7.如權(quán)利要求1到5中任一項所述的樞軸接頭，其中，利用錐形凹槽和至少一個接觸點，將球形物相對于第一結(jié)構(gòu)保持在位或予以固定在位。
8.如前述任一項權(quán)利要求所述的樞軸接頭，其中，第二結(jié)構(gòu)具有三個支撐表面。
9.如前述任一項權(quán)利要求所述的樞軸接頭，其中，第二結(jié)構(gòu)受到偏壓而與球形物接觸。
10.一種相對于一個結(jié)構(gòu)將球形物保持在一個位置的方法，其中，通過球形物在至少兩個位置與該結(jié)構(gòu)接觸，而將球形物定位在該位置內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述至少兩個位置位于球形物的相對兩側(cè)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，通過球形物在四個接觸點與該結(jié)構(gòu)接觸，而將球形物定位在所述位置。
13.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，通過在錐形凹槽內(nèi)和至少一個接觸點處與該結(jié)構(gòu)接觸，而將球形物定位在所述位置。
14.一種將一個結(jié)構(gòu)定位在球形物上的方法，其中，該結(jié)構(gòu)相對于球形物可以移動，該結(jié)構(gòu)包括具有外圍表面的孔口，用于接收球形物，其中，所述外圍表面的至少一個區(qū)域構(gòu)造成可以與球形物滑動接觸。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，外圍表面的至少兩個區(qū)域構(gòu)造成與球形物滑動接觸，并且位于所述至少兩個區(qū)域之間的外圍表面區(qū)域構(gòu)造成不與球形物接觸。
16.一種樞軸接頭，包括安裝在第一結(jié)構(gòu)內(nèi)的球形物，其中，在至少兩個位置，保持球形物相對于第一結(jié)構(gòu)的定位，所述至少兩個位置位于球形物的相對側(cè)面；和第二結(jié)構(gòu)，安裝在球形物上并且可以相對于球形物移動，其中，第二結(jié)構(gòu)具有至少一個支撐表面，所述支撐表面限定第二結(jié)構(gòu)相對于球形物的定位，并且第二結(jié)構(gòu)夾持在第一結(jié)構(gòu)與球形物之間。
全文摘要
一種樞軸接頭，具有安裝在第一結(jié)構(gòu)(30)內(nèi)并且相對于第一結(jié)構(gòu)被保持在位的球形物(32)，和第二結(jié)構(gòu)(20)，該第二結(jié)構(gòu)安裝在球形物上并且可以相對于球形物移動。該第二結(jié)構(gòu)具有限定其相對于球形物的位置的支撐表面(31，36)。通過與第一結(jié)構(gòu)在至少兩個位置接觸而可以將球形物保持在位，所述至少兩個接觸位置可以在球形物的相對兩側(cè)，因此第二結(jié)構(gòu)夾持在第一結(jié)構(gòu)和球形物之間。接觸位置可以是可調(diào)節(jié)的。
文檔編號G01B3/00GK1527910SQ02814120
公開日2004年9月8日 申請日期2002年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月13日
發(fā)明者大衛(wèi)·羅伯茨·麥克默特里, 大衛(wèi) 羅伯茨 麥克默特里 申請人:瑞尼斯豪公司