CN102102712A - 一种柔性万向节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性万向节，包括弹簧、第一螺杆和第二螺杆，弹簧为拉伸弹簧，包括依次连续分布的左段、中间段和右段，并且呈中间段细、左段和右段粗的沙漏型；第一螺杆的螺纹端与所述拉伸弹簧的左段螺旋连接，第二螺杆的螺纹端与所述拉伸弹簧的右段螺旋连接。本发明的柔性万向节能够在设计转动力矩范围内作变角度动力传递，还能够用于机械部件的柔性铰链连接，具有结构简单、转向灵活、抗冲击、不易磨损，不松动脱落等的优点。

Description

一种柔性万向节

技术领域

本发明涉及一种机械连接装置，特别是一种柔性万向节，能够在设计转动力矩范围内作变角度动力传递，亦可用于连接机械部件的柔性铰链。

背景技术

万向节是机械领域中的一个重要的基础件，它是实现变角度动力传递的机件，也是改变传动轴线方向的装置。目前，机械领域广泛使用的是刚性万向节，如图1所示的十字轴式刚性万向节，由一个十字轴1，两个万向节叉2和四个滚针轴承3等组成。两个万向节叉2上的孔分别套在十字轴1的两对轴颈上，这样当主动轴转动时，从动轴可以在不同的角度范围内随之转动。这种刚性万向节制作工艺复杂，各部件在使用时易磨损，使用寿命短，而且经常出现部件松动甚至脱落现象，此外，由于万向节是实现动力传输转向的部件，不具有柔性，故在使用过程中会带来一定的误差。比如在用并联结构构建骨折复位机器人时，采用六支电动推拉杆和上下圆环，每只推拉杆两端都要通过万向节分别连接上下圆环，通常使用刚性万向节来完成这一功能。如专利申请公布号CN101847182A，发明名称为基于六自由度并联机构的长骨虚拟与现实复位配准方法的专利申请中公开的骨折复位机器人结构。在进行骨科矫形复位时，如果骨折两端有交错情况，刚性万向节容易使得骨折处应力过大造成二次损伤，增加病人的痛苦延迟骨折愈合，甚至可能造成万向节或电动推拉杆损坏，影响手术顺利进行。

在专利号为200710064994.3、发明名称为双曲杆型空心柔性铰链的专利中，公开了一种双曲杆型空心柔性铰链，但该柔性铰链为单一自由度结构，无法满足机械部件二自由度沿轴线变角度的动力传输。

发明内容

本发明针对现有技术中常用的刚性万向节制作工艺复杂，各部件在使用时易磨损、松动及脱落，而现有的双曲杆型空心柔性铰链为单一自由度结构的问题，提供一种新型的柔性万向节，能够在设计转动力矩范围内作变角度动力传递，还能够用于机械部件的柔性铰链连接，具有结构简单、转向灵活、抗冲击、不易磨损，不松动脱落等的优点。

本发明的技术方案如下：

一种柔性万向节，其特征在于，包括弹簧、第一螺杆和第二螺杆，所述弹簧为拉伸弹簧，包括依次连续分布的左段、中间段和右段，并且呈中间段细、左段和右段粗的沙漏型；第一螺杆的螺纹端与所述拉伸弹簧的左段螺旋连接，第二螺杆的螺纹端与所述拉伸弹簧的右段螺旋连接。

第一螺杆具有用于固定连接第一机械部件的连接部，第二螺杆具有用于固定连接第二机械部件的连接部。

所述第一机械部件为并联结构的骨折复位机器人中的推拉杆，所述第一螺杆与推拉杆呈一体结构设置；所述第二机械部件为并联结构的骨折复位机器人中的上圆环或下圆环，所述第二螺杆与上圆环或下圆环呈一体结构设置。

所述弹簧的左段和右段以中间段为中心呈对称设置，所述第一螺杆和第二螺杆的螺纹及螺距均相同。

所述弹簧左段或右段的内径略小于第一螺杆或第二螺杆的螺纹内径。

所述第一螺杆的螺纹内径为6mm，弹簧左段或右段的内径为5.5mm。

所述弹簧的左段、中间段和右段的线径相同，所述线径略小于第一螺杆或第二螺杆的螺距。

所述第一螺杆的螺距为1.5mm，弹簧左段或右段的线径为1.4mm。

所述弹簧的力矩转动范围是-45°～45°。

本发明的技术效果如下：

本发明提供的柔性万向节，包括第一螺杆和第二螺杆，以及中间段细、左段和右段粗(即中间细两边粗)的沙漏型的拉伸弹簧，第一螺杆的螺纹端与拉伸弹簧的左段螺旋连接，第二螺杆的螺纹端与拉伸弹簧的右段螺旋连接。通过中间细两边粗的砂漏型的拉伸弹簧实现连接两支螺杆(第一螺杆和第二螺杆)的柔性万向节功能，除了实现变角度动力传递的功能外，还可以作为一种柔性万向节连接器，例如为骨折复位机器人提供一种连接电动推拉杆与上下圆环用的柔性万向节连接器。根据弹簧的性质，其中间细的部分可达到柔性连接即万向节的功能，用特殊形状的弹簧取代了由十字轴与两个万向节叉通过四个滚针轴承连接组成的刚性万向节，在应力设计的范围内，该柔性万向节没有刚性万向节的磨损部件，因此本发明的柔性万向节避免了磨损，提高了其使用寿命，减小了体积和重量。由特制弹簧本身完成变角度动力传递功能，相比传统刚性万向节在工艺制造上简单了许多，降低了生产成本。同时，当试图使第一螺杆(或第二螺杆)旋出弹簧时，弹簧产生的紧缩力会阻止第一螺杆(或第二螺杆)从弹簧旋出从而自动防止两者间的松动和脱落，且无间隙和摩擦，解决了现有的刚性万向节的各部件在使用时易磨损、松动及脱落的问题，同时解决了现有的双曲杆型空心柔性铰链为单一自由度结构的问题，本发明的该柔性万向节为二自由度结构，能够满足机械部件沿轴线变角度的动力传输。

本发明的柔性万向节用于连接并联结构的骨折复位机器人的推拉杆和上下圆环时，此时第一机械部件为推拉杆，第二机械部件为上圆环或下圆环，第一螺杆与推拉杆呈一体结构设置；第二螺杆与上圆环或下圆环呈一体结构设置。用并联结构的骨折复位机器人进行骨折复位治疗时，骨折处在复位时的挤压会对推拉杆产生相对大的应力，而使用该柔性万向节装配的骨折复位机器人能够通过柔性万向节中的弹簧来缓解推拉杆的应力，并进一步消除该应力，满足骨折复位及畸形校正治疗的需要。

将弹簧的左段和右段以中间段为中心呈对称设置，且第一螺杆和第二螺杆的螺纹及螺距均相同。弹簧左段及右段的内径略小于第一螺杆及第二螺杆的螺纹内径。弹簧左段或右段的线径略小于第一螺杆或第二螺杆的螺距。能够简单地将弹簧的两端沿两支螺杆的螺纹旋进螺杆，从而方便地装配本发明的该柔性万向节。

附图说明

图1为现有的刚性万向节结构示意图。

图2为本发明柔性万向节的优选结构示意图。

图3为图2所示柔性万向节中的弹簧结构示意图。

图4为图2所示柔性万向节中的第一螺杆和第二螺杆的结构示意图。

图中各标号列示如下：

1-十字轴；2-万向节叉；3-滚针轴承；4-弹簧；5-第一螺杆；6-第二螺杆；R-弹簧内经；r-弹簧线径；D-螺纹内径；L-螺杆螺距。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

图2为本发明的柔性万向节的优选结构示意图，用于将第一机械部件的连接部和第二机械部件的连接部相连接，该柔性万向节包括弹簧4、第一螺杆5和第二螺杆6，其中，弹簧4的结构示意图如图3所示，第一螺杆5和第二螺杆6的结构示意图如图4所示。弹簧4为拉伸弹簧，包括依次连续分布的左段、中间段和右段，并且呈中间段细、左段和右段粗的沙漏型，即弹簧4为中间细两边粗的沙漏型拉伸弹簧，所述弹簧的左段和右段以中间段为中心呈对称设置，即弹簧以中间细的部位为中心呈两边对称设置，弹簧两边粗的部位(左段或右段)的内径为R，弹簧的左段、中间段和右段的线径相同，弹簧线径为r；第一螺杆5的螺纹端与弹簧4的左段螺旋连接，第二螺杆6的螺纹端与弹簧4的右段螺旋连接，第一螺杆5和第二螺杆6的螺纹，螺距及方向均相同，如图4所示，其螺纹内径为D，螺杆螺距为L。例如，第一螺杆5的螺纹端自弹簧4的左段的内部左旋进去，第二螺杆6的螺纹端自弹簧的右段的内部右旋进去，弹簧4两边粗的部位(左段或右段)的内径R分别与第一螺杆5和第二螺杆6的螺纹内径D相匹配。

为使得第一螺杆5和第二螺杆6与弹簧4之间紧密绕制，无间隙和摩擦，设置为弹簧4两边粗的部位(左段或右段)的内径R应略小于第一螺杆5(或第二螺杆6)的螺纹内径D，即R≤D；而弹簧的线径r应根据该柔性万向节所承受的压力选取，当弹簧4的线径r确定之后，各螺杆的螺距即可确定，设置弹簧4的线径r小于等于第一螺杆5(或第二螺杆6)的螺距L，即r≤L。

优选地，当柔性万向节用于连接并联结构的骨折复位机器人的电动推拉杆和上下圆环时，此时第一机械部件为推拉杆，第二机械部件为上圆环或下圆环，第一螺杆与推拉杆呈一体结构设置，第二螺杆与上圆环或下圆环呈一体结构设置。即推拉杆的一端通过柔性万向节连接上圆环，推拉杆的另一端通过另外一个柔性万向节连接下圆环。设置柔性万向节中的第一螺杆5以及第二螺杆6的螺纹内经D为6mm，弹簧4两边粗的部位(左段或右段)的内径R为5.5mm，第一螺杆5以及第二螺杆6的螺距为1.5mm，弹簧的线径为1.4mm，弹簧4的力矩转动范围是-45°～45°。该骨折复位机器人上设置的本发明的柔性万向节取代传统的十字连接的刚性万向节，此时由特殊形状的弹簧4两边分别旋进第一螺杆5和第二螺杆6从而达到柔性连接推拉杆与上下圆环的万向节连接的功效。

本发明的该柔性万向节除了可以用于并联结构的骨折复位机器人外，还可以用于其它三维空间外固定支架，亦可以用于任意变轴线传动方向旋转的联轴器，例如，当仪器面板上的旋钮轴线方向与被调整器件旋转杆的轴线方向不一致时，本发明的柔性万向节能够解决该问题，实现两者之间的沿轴线方向的旋转调整。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种柔性万向节，其特征在于，包括弹簧、第一螺杆和第二螺杆，所述弹簧为拉伸弹簧，包括依次连续分布的左段、中间段和右段，并且呈中间段细、左段和右段粗的沙漏型；第一螺杆的螺纹端与所述拉伸弹簧的左段螺旋连接，第二螺杆的螺纹端与所述拉伸弹簧的右段螺旋连接。

2.根据权利要求1所述的柔性万向节，其特征在于，第一螺杆具有用于固定连接第一机械部件的连接部，第二螺杆具有用于固定连接第二机械部件的连接部。

3.根据权利要求2所述的柔性万向节，其特征在于，所述第一机械部件为并联结构的骨折复位机器人中的推拉杆，所述第一螺杆与推拉杆呈一体结构设置；所述第二机械部件为并联结构的骨折复位机器人中的上圆环或下圆环，所述第二螺杆与上圆环或下圆环呈一体结构设置。

4.根据权利要求1至3之一所述的柔性万向节，其特征在于，所述弹簧的左段和右段以中间段为中心呈对称设置，所述第一螺杆和第二螺杆的螺纹及螺距均相同。

5.根据权利要求4所述的柔性万向节，其特征在于，所述弹簧左段或右段的内径略小于第一螺杆或第二螺杆的螺纹内径。

6.根据权利要求5所述的柔性万向节，其特征在于，所述第一螺杆的螺纹内径为6mm，弹簧左段或右段的内径为5.5mm。

7.根据权利要求4所述的柔性万向节，其特征在于，所述弹簧的左段、中间段和右段的线径相同，所述线径略小于第一螺杆或第二螺杆的螺距。

8.根据权利要求7所述的柔性万向节，其特征在于，所述第一螺杆的螺距为1.5mm，弹簧左段或右段的线径为1.4mm。

9.根据权利要求4所述的柔性万向节，其特征在于，所述弹簧的力矩转动范围是-45°～45°。

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