CN100529458C - 一种回转关节电磁锁紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锁紧装置，尤其是一种回转关节电磁锁紧装置，包括若干锁紧弹簧和依次套装在芯轴上的电磁铁、衔铁、止动套等，还包括若干钢珠及位于电磁铁与衔铁之间的导向销；锁紧弹簧设于电磁铁端面靠近线圈内侧的若干同心圆布置的小孔内；衔铁一端为锁紧锥盘，另一端为吸合平面；止动套的内圆周面上设有若干轴向槽口；与槽口等数量的钢珠设于锁紧锥盘与止动套槽口之间形成的空腔内；在电磁铁失电时，锁紧弹簧顶起吸合平面，锁紧锥盘从侧向压紧圆周布置的钢珠抵靠在止动套的槽口内，并自锁；通电后，在电磁铁电磁吸力作用下拉动衔铁，释放钢珠。该发明具有能快速锁紧松开切换，锁紧牢等优点，适合在手术显微镜及其它具有回转关节的机构上使用。

Description

一种回转关节电磁锁紧装置

技术领域

本发明涉及一种锁紧装置，特别是一种回转关节的双向电磁锁紧装置。

背景技术

电磁离合器是一般用作动力传动轴的分离和接合，电磁制动器一般用于将旋转轴迅速停止。它们常用摩擦片式，分别利用摩擦力传递扭矩以及利用摩擦发热吸收旋转动能。而超越离合器是单向传递运动或动力，亦可实现单向锁定功能。而对于非传递动力的双向转动关节，如手术显微镜机架回转关节及其它手动回转关节的锁紧，上述各装置均不能适应。对于回转关节的锁紧，一般有机械式和电磁式。常见的手动机械式关节锁紧是通过螺旋机构产生的摩擦力将旋转轴与固定件锁定成一体。机械式手动锁紧方式虽然简单可靠，但需以手动形式进行，操作麻烦、费时。失电式摩擦片电磁锁紧机构在常态下由弹簧压紧摩擦片产生的摩擦力实现锁紧，通电后电磁铁克服弹簧力吸合衔铁脱开压紧的摩擦片使关节松开。电磁锁紧装置由电控操作，方便快捷，提高了自动化程度。但由于摩擦片式电磁锁紧机构的锁紧力矩受到摩擦片材料的摩擦系数和接触面积的限制，要增加锁紧力矩需增大电磁铁线圈的线圈匝数和通电电流等电参数，这必须加大电磁铁规格尺寸来实现。但是，对既要锁紧力矩较大又要求结构紧凑的场合不适用。本发明人申请的实用新型专利“带增力式电磁锁紧的平行四边形四杆机构”(ZL03220972.X)中设计了一种力矩放大机构来提高电磁锁紧的锁定力矩，提供了一种在不增加电磁铁尺寸的前提下增加锁紧力矩的选择方案，但其机构较为复杂，且不具有应用的普遍性，对结构尺寸要求紧凑的场合不便于应用。因此开发一种锁定力矩较大、结构紧凑的非摩擦片式的电磁锁紧机构具有重要的理论意义和推广价值，尤其对用于显微手术的手术显微镜各回转关节的具有突出的实际意义。

发明内容

本发明公开的一种轴向施力、径向锁紧的非摩擦片式回转关节双向电磁锁紧装置，其主要是解决现有技术所存在的不能适应锁紧松开切换，锁紧不牢等的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明公开了一种回转关节电磁锁紧装置，它包括若干锁紧弹簧3和依次套装在芯轴1上的电磁铁2、衔铁5，还包括若干钢珠7和套装在芯轴1上一圆形的止动套8，还有导向销17位于电磁铁与衔铁之间；所述锁紧弹簧3设于电磁铁端面上线圈4与芯轴孔之间的若干小孔内；所述的衔铁一端为吸合平面5a，另一端为锁紧锥盘5b；所述止动套8的内圆周面上设有若干轴向槽口；所述若干钢珠7设于锁紧锥盘5b与止动套8槽口形成的空腔内；当电磁铁2失电时，锁紧弹簧3顶起吸合平面5a，锁紧锥盘5b从侧向压紧圆周布置的钢珠7抵靠在止动套8的槽口内，并自锁；通电后，在电磁铁的电磁吸力作用下吸合衔铁5，释放钢珠7。

作为优选，一种回转关节电磁锁紧装置的锁紧锥盘5b的锥度大小满足自锁条件。具体锥度大小根据弹簧弹力，钢珠直径，相接触零件材料的摩擦系数计算得到，并可通过试验方法验证。锁紧后，当施加一转动力矩时钢珠7与锁紧锥盘5b的外锥面之间不会产生相对滑动。

作为优选，一种回转关节电磁锁紧装置的止动套8的内圆周面上设有的槽口顶部为一段与钢珠7同直径的圆弧，两侧为与该圆弧相切并彼此成一定角度的直线，或两段平滑过渡的圆弧，以确保钢珠7在锁紧状态时不能向两侧滑动。

作为优选，一种回转关节电磁锁紧装置的钢珠7与止动套8的内圆周面上设有的轴向槽口数量相同，呈同心圆均布。保证锁紧力分布均匀。

作为优选，一种回转关节电磁锁紧装置的锁紧弹簧3置于电磁铁2端面靠近线圈内侧的若干小孔内，呈同心圆均布。因止动套中部较厚，使衔铁受力更好，同时将线圈布置靠近边缘，使线圈的体积相对增加，在不改变电参数的前提下能增加吸合力，同时保证锁紧力分布均匀。

作为优选，一种回转关节电磁锁紧装置的钢珠7的轴向位置由圆环形保持架9限定，保持架(9)利用其上的均布小孔将钢珠(7)限定在同一平面内。限制松开时钢珠落下，避免锁紧干涉。

因此，本发明具有设计合理、结构紧凑，操作方便快捷，锁紧可靠等的特点，有效地实现了回转关节的锁紧状态和松开转动之间的快速切换选择。在需要失电锁紧、通电松开转动的场合，尤其是具有多自由度联动回转的装置，如6自由度手术显微镜机架的回转关节锁紧及其它需要提供多自由度回转关节锁紧的场合，具有很好的应用前景和非常重要的实用价值。

附图说明

附图1是本发明锁紧原理的轴向剖视图；

附图2是图1锁紧部位的局部放大视图；

附图3是图2中C-C剖视的局部视图；

附图4是图1中的A-A剖视图；

附图5是图3中的B-B剖视图。

图中：1、芯轴，2、电磁铁，3、锁紧弹簧，4、线圈，5、衔铁，6、隔磁垫片，7、钢珠，8、止动套，9、保持架，10、上板，11、导向销，12、端面轴承，13、防松旋钮，14、螺纹套，15、螺钉，16、轴套，17、导向销，18、下板，19、螺钉，20、止转销，21、消声垫，22、楔块。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

以手术显微镜的显微镜与机架绕垂直轴线转动关节为实施列进行说明，绕水平轴线转动或倾斜轴线转动的情况，根据具体结构要求只需稍加改动即可。

实施例：附图1表示：设上板10为关节的固定端，下板18为自由端，锁紧弹簧3有6只，置于电磁铁2的线圈4内侧的6个小孔内，通过铜质隔磁垫片6，顶向衔铁5a，通过锁紧锥盘5b的圆锥楔角从侧向压紧圆周布置的钢珠7抵靠在止动套8的轴向槽口内，并自锁。

为保证电磁铁2与衔铁吸合平面5b之间的间隙均匀，采用圆周均布的三个圆柱形导向销17作为吸合平面5a吸合和脱开的导向，导向销孔的加工采用电磁铁与衔铁配钻铰，以保证导向精度，导向销17保证衔铁与电磁铁不发生相对转动。

电磁铁2与下板18用螺钉19固定，芯轴1的一端为凸台，一端为螺纹。凸台与下板18的沉孔配接，用来承受显微镜机头的重量，用圆柱形的止转销20与下板锁定，随下板18一起转动。芯轴1另一端的螺纹用来将电磁铁2和轴套16之间压紧，通过芯轴的凸台端面和轴套端面来保证电磁铁端面与芯轴轴线垂直。电磁铁2与衔铁5a之间的磁隙由轴套16的长度确定。

隔磁垫片6的作用是阻断电磁铁2与衔铁5b之间的磁路，有效防止漏磁，增强电磁铁通电的吸合能力。

图2中，在电磁铁失电时，即锁紧状态，弹簧顶起衔铁平面端5a使锁紧锥盘5b上移并靠紧钢珠，此时，钢珠7受到锁紧锥盘5b沿径向的力F₁和沿圆锥母线方向的力F₂两个分力，合力F为沿钢珠与圆锥盘接触点的法线方向。力F使钢珠紧靠在止动套8槽口的顶部和上端面。

图3中，在锁紧状态，如顺时针转动下板18，这时取钢珠7与锁紧锥盘5b的接触点作受力图，钢珠7受力由图2中的合力F与沿切向的摩擦力f组成，设其合力为F₀。按图示F₀的方向，使钢珠7产生逆时针转动的倾向以及沿s方向运动的趋势。但是一方面由于s方向的空间小于钢珠7的直径而使其无法产生该方向的运动，另一方面又因为力F₀的方向满足自锁的条件，使钢珠7无法自转，因此关节得以可靠锁紧。

通电后，电磁铁在电磁线圈产生的电磁吸力作用下吸合衔铁的吸合平面5a，同时使锁紧锥盘5b脱离钢珠7，使关节得以自由转动，即上板10与下板18能够相对转动。

为防止在电磁铁吸合状态(关节松开)时钢珠7落下，采用圆环形钢珠保持架9维持钢珠7的位置，确保锁紧和松开状态不发生干涉。保持架9是一个开口的圆环，其上开有与圆周均布钢珠对应的圆孔，用弹簧钢薄板在加工中心上加工保证孔距精度，弯成圆形，利用弹簧钢板的弹性，紧贴在止动套8的内圆表面，在止动套8内圆周开有一固定保持架9的槽口，并用楔块22嵌入固定。

螺纹套14的内孔为螺纹，用来旋紧芯轴1端部的连接螺纹，防松旋钮13用来保证螺纹连接在使用过程中不松动。

螺纹套14与止动套8之间设有端面轴承12，当松开锁紧并转动下板18时，螺纹套14与芯轴1、轴套16、电磁铁2、锁紧锥盘5b等一同转动。

改变轴套16的长度可调整电磁铁的吸合磁隙e的大小，在能够保证关节有效脱开锁紧的前提下，减少电磁铁2与衔铁5a的吸合间隙可增大电磁铁2的吸合能力，并可采用刚度更高的锁紧弹簧3，进一步增强锁紧可靠性。

图5中三个小孔装有橡胶制成的消声垫21，用于电磁铁通电吸合时降低衔铁与电磁铁的撞击噪声。

本实施例下板18的孔内吊装手术显微镜机头，根据不同型号规格，重约12～20kg，本机构对芯轴1的轴向定位采取了单向定位设计，理论上电磁铁2与芯轴1可以上移磁隙距离e，但由于显微镜机头重力和弹簧弹力的作用，其不可能上移。但如果用于水平轴关节的锁紧机构，则芯轴1需双向限位。

本实施例由于用于手术显微镜回转关节，电磁铁采用通用的直流24V电源。

Claims (6)

1.一种回转关节电磁锁紧装置，包括若干锁紧弹簧(3)和依次套装在芯轴(1)上的电磁铁(2)，衔铁(5)，其特征在于还包括若干钢珠(7)和套装在芯轴(1)上一圆形的止动套(8)，还有位于电磁铁与衔铁之间的导向销(17)；所述锁紧弹簧(3)设于电磁铁端面上线圈(4)旁的若干小孔内；所述的衔铁一端为锁紧锥盘(5b)，另一端为吸合平面(5a)；所述止动套(8)的内周面上设有若干轴向槽口；所述若干钢珠(7)设于锁紧锥盘(5b)与止动套(8)配合形成的空腔内；在电磁铁(2)失电时，锁紧弹簧(3)顶起吸合平面(5a)，锁紧锥盘(5b)从侧向压紧圆周布置的钢珠(7)抵靠在止动套(8)的槽口内，并自锁；通电后，在电磁铁的电磁吸力作用下拉动衔铁(5)，释放钢珠(7)。

2.根据权利要求1所述的一种回转关节电磁锁紧装置，其特征在于所述的锁紧锥盘(5b)的圆锥面的锥度大小满足自锁条件。

3.根据权利要求1所述的一种回转关节电磁锁紧装置，其特征在于所述的止动套内周面上设有的槽的顶部为一段与钢珠(7)同直径的圆弧，两侧为与该圆弧相切并彼此成一定角度的直线，或两段平滑过渡的圆弧。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种回转关节电磁锁紧装置，其特征在于所述的钢珠(7)与止动套(8)的内圆周面上设有的轴向槽口数量相同，呈同心圆均布。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种回转关节电磁锁紧装置，其特征在于所述的锁紧弹簧(3)置于电磁铁端面上位于线圈内侧的若干小孔内，呈同心圆均布。

6.根据权利要求4所述的一种回转关节电磁锁紧装置，其特征在于所述的钢珠(7)置于圆环形保持架(9)上，保持架(9)将钢珠(7)限定在同一平面内。

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