CN101737433B - 一种牙嵌式锁紧无间隙虎克铰 - Google Patents
一种牙嵌式锁紧无间隙虎克铰 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种牙嵌式锁紧无间隙虎克铰，旨在提供一种结构紧凑、无间隙、工艺性有保障，能够满足高精度运动传递的虎克铰。包括带牙嵌齿的上半节叉和下半节叉、十字轴。上半节叉由两个结构相同且对称设置的上半节叉单元组成，每个上半节叉单元包括一体的上半圆柱形轴体和上半节叉体、上牙嵌齿，上传动轴上有两个凹槽，两个上牙嵌齿分别装入两个凹槽中，上传动轴上装有上调节螺母。下半节叉的结构与上半节叉结构相同。十字轴的端部为圆锥状。本发明通过十字轴与上半节叉和下半节叉组成的两对相对的锥面接触实现传动，通过调节螺母与牙嵌齿配合调节两叉头与十字轴的间隙，结构紧凑，传动精度高，便于装配和调整，可用于高精度两自由度转动传动。
Description
技术领域
本发明涉及空间构型装备及并联机器人领域，更具体的说，是涉及一种牙嵌式锁紧无间隙虎克铰。
背景技术
空间并联构型装备及先进数字化制造装备不断向高智能化发展，对制造装备各功能部件的要求也越来越高。虎克铰作为机械装备运动位姿调节机构，可以实现空间坐标内的俯仰、偏摆和旋转运动。
现有虎克铰通常采用一个十字轴及两个相互垂直的节叉构成，其中的上节叉和下节叉常做成整体式，工艺性差，尤其是装配工艺不好保证。而且，这类结构不能完全消除转动过程中的间隙，很难实现高精度转动。同时，这类机构还存在结构尺寸偏大的缺陷，无法用于那些对结构尺寸有约束要求的场合。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、无间隙、工艺性有保障，能够满足高精度的运动传递的虎克铰。
本发明通过下述技术方案实现：
一种牙嵌式锁紧无间隙虎克铰，其特征在于，包括上半节叉、下半节叉和十字轴，所述上半节叉由两个结构相同且对称设置的上半节叉单元组成，每个上半节叉单元包括一体的上半圆柱形轴体和上半节叉体、上牙嵌齿，两个上半圆柱形轴体合并后上端装入上传动轴内孔中并通过上定位销与上传动轴固定连接，所述上传动轴的同一端面上与两个半圆柱形轴体相对应的位置分别设置有凹槽，两个上牙嵌齿分别装入两个凹槽中，所述上牙嵌齿的周向侧面为与上半圆柱形轴体相应的平面，所述上牙嵌齿的径向侧面为锥面；所述上传动轴退刀槽处的螺纹上连接有上调节螺母，所述上调节螺母与所述上牙嵌齿相应处的内孔为与所述上牙嵌齿径向齿侧面相应的锥台，与所述上牙嵌齿相应位置的两个上半圆柱形轴体之间设置有上调节间隙；所述下半节叉由两个结构相同且对称设置的下半节叉单元组成，每个下半节叉单元包括一体的下半圆柱形轴体和下半节叉体、下牙嵌齿，两个下半圆柱形轴体合并后下端装入下传动轴内孔中并通过下定位销与下传动轴固定连接，所述下传动轴的同一端面上与两个下半圆柱形轴体相对应的位置分别设置有凹槽，两个下牙嵌齿分别装入两个凹槽中，所述下牙嵌齿的周向侧面为与下半圆柱形轴体相应的平面，所述下牙嵌齿的径向侧面为锥面，所述下传动轴退刀槽处的螺纹上连接有下调节螺母，所述下调节螺母与所述下牙嵌齿相应处的内孔为与所述下牙嵌齿径向齿侧面相应的锥台，与所述下牙嵌齿相应位置的两个下半圆柱形轴体之间设置有下调节间隙；所述十字轴包括相交成十字的两根轴，两根轴的端部分别为圆锥状，所述十字轴中的一根轴的两个圆锥端分别插入上半节叉的两个上半节叉体上的两个锥孔中，另一根轴的两个圆锥端分别插入下半节叉的两个下半节叉体上的两个锥孔中。
所述上牙嵌齿的径向侧面为锥顶角为12-20°的锥面，所述下牙嵌齿的径向侧面为锥顶角为12-20°的锥面。
所述十字轴中两根轴的端部分别为锥顶角为55°-75°的圆锥。
所述两个上半圆柱形轴体合并后上调节间隙以上部分的两个半圆柱形轴体与所述上传动轴内孔之间为过盈配合，所述两个下半圆柱形轴体合并后下调节间隙以下部分的两个半圆柱形轴体与所述下传动轴内孔之间为过盈配合。
所述上调节螺母与所述上牙嵌齿相应处的内孔为锥顶角与上牙嵌齿的径向齿侧面的锥顶角角度相同的锥台，所述下调节螺母与所述下牙嵌齿相应处的内孔为锥顶角与下牙嵌齿的径向齿侧面的锥顶角角度相同的锥台。
本发明具有下述技术效果：
1、本发明的牙嵌式锁紧无间隙虎克铰的上半节叉和下半节叉分别由两个结构相同且对称设置的单元组成，通过两个上半节叉单元和两个下半节叉单元与锥端十字轴所形成的两个传动副，使得两个上半节叉单元的合并体和两个下半节叉单元的合并体沿着两个独立的轴旋转，传动精度高，工艺性好，装配方便，精度高。
2、本发明的牙嵌式锁紧无间隙虎克铰的十字轴的端部为圆锥状，通过与上半节叉和下半节叉连接的两个相对的锥面接触实现传动，并通过调节螺母锁紧端面牙嵌齿，消除上半节叉或下半节叉与十字轴之间的间隙，实现无间隙精密两自由度关节传动，保证传动的平稳性、灵活性，而且，在局部上用多件简单零部件实现了单个复杂零件的功能，有效缩小了外形尺寸，具有结构简单紧凑、无间隙、外形小、运动平稳、活动自如，传动精度高等优点，工艺性有保障。同时由于改变了结构，使得系统的装配与调整也非常方便，可用于高精度两自由度转动传动。
附图说明
图1为本发明一种牙嵌式锁紧无间隙虎克铰的整体图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B-B剖视图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明详细说明。
本发明一种牙嵌式锁紧无间隙虎克铰的示意图如图1至图3所示，包括上半节叉1、下半节叉2和十字轴3，上半节叉1由两个结构相同且对称设置的上半节叉单元1-1、1-2组成，上半节叉单元1-1包括一体的上半圆柱形轴体10-1和上半节叉体11-1、上牙嵌齿13-1，上半节叉单元1-2包括一体的上半圆柱形轴体10-2和上半节叉体11-2、上牙嵌齿13-2，两个上半圆柱形轴体10-1、10-2合并后上端装入上传动轴4内孔中并通过上定位销6与上传动轴固定连接，上传动轴4的同一端面上与两个半圆柱形轴体10-1、10-2相对应的位置分别设置有凹槽12，两个上牙嵌齿13-1、13-2分别装入两个凹槽12中，上牙嵌齿13-1、13-2的周向侧面为与半圆柱形轴体相应的平面，上牙嵌齿13-1、13-2的径向侧面为锥顶角为12-20°的锥面。所述上传动轴退刀槽14处的螺纹上连接有上调节螺母5，上调节螺母5与上牙嵌齿13-1、13-2相应处的内孔为锥顶角与上牙嵌齿的径向齿侧面的锥顶角角度相同的锥台，与上牙嵌齿13-1、13-2相应位置的两个上半圆柱形轴体10-1、10-2之间设置有上调节间隙15。下半节叉2由两个结构相同且对称设置的下半节叉单元2-1、2-1组成，下半节叉单元2-1包括一体的下半圆柱形轴体16-1和下半节叉体17-1、下牙嵌齿19-1，下半节叉单元2-2包括一体的下半圆柱形轴体16-2和下半节叉体17-2、下牙嵌齿19-2，两个下半圆柱形轴体16-1、16-2合并后下端装入下传动轴7内孔中并通过下定位销9与下传动轴7固定连接，下传动轴7的同一端面上与两个下半圆柱形轴体16-1、16-2相对应的位置分别设置有凹槽18，两个下牙嵌齿19-1、19-2分别装入两个凹槽18中，下牙嵌齿19-1、19-2的周向侧面为与下半圆柱形轴体16-1、16-2相应的平面，下牙嵌齿16-1、16-2的径向侧面为锥顶角为12-20°的锥面。下传动轴退刀槽20处的螺纹上连接有下调节螺母8，下调节螺母8与下牙嵌齿19-1、19-2相应处的内孔为锥顶角与下牙嵌齿的径向齿侧面的锥顶角角度相同的锥台，与下牙嵌齿19-1、19-2相应位置的两个下半圆柱形轴体16-1、16-2之间设置有下调节间隙21。所述十字轴3包括相交成十字的两根轴3-1、3-2，两根轴的端部分别为锥顶角为60°的圆锥状，十字轴中的一根轴3-1的两个圆锥端分别插入上半节叉的两个上半节叉体11-1、11-2上的两个锥孔中，另一根轴3-2的两个圆锥端分别插入下半节叉的两个下半节叉体17-1、17-2上的两个锥孔中。
为了提高调整的精度，所述两个上半圆柱形轴体合并后上调节间隙以上部分的两个半圆柱形轴体与所述上传动轴内孔之间为过盈配合，所述两个下半圆柱形轴体合并后下调节间隙以下部分的两个半圆柱形轴体与所述下传动轴内孔之间为过盈配合。
当旋紧上调节螺母5时，调节螺母5端面处的内部锥孔压紧上牙嵌齿13-1、13-2的锥面处，从而收缩上半节叉单元1-1、1-2的两轴合并处的调节间隙15的间距，径向收缩上半节叉单元1-1、1-2的两上半节叉体11-1、11-2与十字轴中轴3-1两端圆锥状的间隙。当旋紧下调节螺母8时，调节螺母8端面处的内部锥孔压紧下牙嵌齿19-1、19-2的锥面处，从而收缩下半节叉单元2-1、2-2的两轴合并处的调节间隙21的间距，径向收缩下半节叉单元2-1、2-2的两下半节叉体17-1、17-2与十字轴中轴3-2两端圆锥状的间隙。本发明的牙嵌式锁紧无间隙虎克铰通过四个独立的锥面进行传动，运动平稳、活动自如，传动精度高。在实际应用时，将上传动轴或下传动轴与机构的一个部件相连接，将另一传动轴与第二个部件相连接，在动力装置的驱动下两个部件即可发生两个自由度的相对旋转，可用于高精度两自由度转动传动，例如机器人及精密机械的精密传动等。
Claims (4)
1.一种牙嵌式锁紧无间隙虎克铰，其特征在于，包括上半节叉、下半节叉和十字轴，所述上半节叉由两个结构相同且对称设置的上半节叉单元组成，每个上半节叉单元包括一体的上半圆柱形轴体和上半节叉体、上牙嵌齿，两个上半圆柱形轴体合并后上端装入上传动轴内孔中并通过上定位销与上传动轴固定连接，所述上传动轴的同一端面上与两个上半圆柱形轴体相对应的位置分别设置有凹槽，两个上牙嵌齿分别装入两个凹槽中，所述上牙嵌齿的周向侧面为与上半圆柱形轴体相应的平面，所述上牙嵌齿的径向侧面为锥面；所述上传动轴的退刀槽处的螺纹上连接有上调节螺母，所述上调节螺母与所述上牙嵌齿相应处的内孔为与所述上牙嵌齿的径向齿侧面相应的锥台，与所述上牙嵌齿相应位置的两个上半圆柱形轴体之间设置有上调节间隙；所述下半节叉由两个结构相同且对称设置的下半节叉单元组成，每个下半节叉单元包括一体的下半圆柱形轴体和下半节叉体、下牙嵌齿，两个下半圆柱形轴体合并后下端装入下传动轴内孔中并通过下定位销与下传动轴固定连接，所述下传动轴的同一端面上与两个下半圆柱形轴体相对应的位置分别设置有凹槽，两个下牙嵌齿分别装入两个凹槽中，所述下牙嵌齿的周向侧面为与下半圆柱形轴体相应的平面，所述下牙嵌齿的径向侧面为锥面，所述下传动轴的退刀槽处的螺纹上连接有下调节螺母，所述下调节螺母与所述下牙嵌齿相应处的内孔为与所述下牙嵌齿的径向齿侧面相应的锥台，与所述下牙嵌齿相应位置的两个下半圆柱形轴体之间设置有下调节间隙；所述十字轴包括相交成十字的两根轴，两根轴的端部分别为圆锥状，所述十字轴中的一根轴的两个圆锥端分别插入上半节叉的两个上半节叉体上的两个锥孔中，另一根轴的两个圆锥端分别插入下半节叉的两个下半节叉体上的两个锥孔中。
2.根据权利要求1所述的牙嵌式锁紧无间隙虎克铰，其特征在于，所述上牙嵌齿的径向侧面为锥顶角为12°-20°的锥面，所述下牙嵌齿的径向侧面为锥顶角为12°-20°的锥面。
3.根据权利要求1所述的牙嵌式锁紧无间隙虎克铰，其特征在于，所述两个上半圆柱形轴体合并后上调节间隙以上部分的两个上半圆柱形轴体与所述上传动轴内孔之间为过盈配合，所述两个下半圆柱形轴体合并后下调节间隙以下部分的两个下半圆柱形轴体与所述下传动轴内孔之间为过盈配合。
4.根据权利要求1所述的牙嵌式锁紧无间隙虎克铰，其特征在于，所述上调节螺母与所述上牙嵌齿相应处的内孔为锥顶角与上牙嵌齿的径向齿侧面的锥顶角角度相同的锥台，所述下调节螺母与所述下牙嵌齿相应处的内孔为锥顶角与下牙嵌齿的径向齿侧面的锥顶角角度相同的锥台。
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