CN102146955B - 一种机械关节角度无级调整与锁定结构 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种结构更为简单的能双向自锁定的调整锁定结构，能够在旋转的两个方向上都达到无级角度调整，而且具备自锁定的功能。为达到所述效果，本发明一种机械关节角度无级调整与锁定结构，包括第一关节臂，第二关节臂以及连接部，所述连接部包括横穿过第一关节臂并且与第一关节臂固定连接的关节轴，所述关节轴上套接有双扭簧，双扭簧中间受力部与第二关节臂上的操纵器相连，双扭簧两侧的伸出部固定于第二关节臂上。通过这样的结构可使两关节臂之间角度既可以沿着关节轴的顺时针方向也可沿着关节轴逆时针方向无级调整，调整后能利用这一机构对所调角度完成双向锁定，实现机械关节角度无级调整与锁定的功能。

Description

一种机械关节角度无级调整与锁定结构
技术领域
本发明涉及一种机械关节，尤其涉及一种机械关节角度无级调整与锁定结构。
背景技术
在现代机械结构中经常会遇到需要采用调节转动角度并且定位的部件。包括对定位要求不高的躺椅，或者对定位精度要求非常高的机械臂。现有技术中所采用的关节角度调整并定位的方式大致有如下几种：
1、活动关节两侧通过齿形连接，如棘轮机构。这种机构的优点是结构简单，成本低，维护方便，但齿形的限制一般不能实现无级角度调整。
2、活动关节两侧面摩擦，如万向节结构，这样的结构能达到无级角度调整，但是缺点是关节两侧能承受的扭矩小，当承受较大的扭矩时，需另加制动器对关节进行锁定。
3、相对于以上两种情况，现有技术中还有申请号为“200910103176.9”所公开的发明专利《扭簧式无级角度调节定位机构》。该发明涉及扭簧式无级角度调节定位机构。在第一轴体盒底部设有第一插轴坑，在第一压盖盒底部设有第一通孔；其特征在于：由第一轴套、第一阶梯轴、与第一轴套的外面和第一阶梯轴的大端部配合且一端固定的第一扭簧组成的扭簧角度调节定位机构设在第一关节盒内；第一阶梯轴的大端与第一轴体盒内的第一插轴坑静配合，第一螺钉穿过第一压盖盒底部中心的第一通孔与第一阶梯轴小端配合连接；第一扭簧的自由端沿旋绕方向的内侧与第一拨动机构的拨头接触。具有以下优点：由于采用了常见的扭簧结构，利用扭簧的扭紧和松开来调节转动角度，所以能快速地无级调节，定位可靠。在现有技术中，该发明确实能起到角度无级调整的效果。但是仔细分析后发现，该发明所公开的技术方案中：“当需逆时针调节第二连接臂的角度和位置时，只需用手沿逆时针方向扳动第二连接臂到位置即可”，这一技术特征说明这一方案在所述逆时针方向仅靠不大的摩擦力定位，而不能锁定，即机构只有单向锁定功能，不能实现双向锁定，并整体结构较复杂，提高了产品的生产成本。而我们需要一种更为简单，用途也更为广泛的一种结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构更为简单的能双向自锁定的调整锁定结构，能够在旋转的两个方向上都达到无级角度调整，而且具备自锁定的功能。
为达到所述效果，本发明一种机械关节角度无级调整与锁定结构，包括第一关节臂，第二关节臂以及用于连接第一关节臂和第二关节臂的连接部，所述连接部包括横穿过第一关节臂并且与第一关节臂固定连接的关节轴，所述关节轴上套接有双扭簧，并且在双扭簧自由状态时，其内孔与关节轴之间过盈配合，双扭簧中间受力部与第二关节臂上的操纵器相连，操纵器可为双扭簧受力部提供一个操纵力，双扭簧两侧的伸出部固定于第二关节臂上。
优选的，所述操纵器为固定在第二关节臂上的手闸，手闸通过拉索与双扭簧的受力部相连。这样能通过手闸及拉索向受力部施加一个操纵力，以实现两个关节臂之间的角度无级变换。
优选的，所述操纵器为固定在第二关节臂上的按钮，按钮连接推块，推块连接于双扭簧的受力部上。这样能通过按钮和推块向受力部施加一个操纵力，以实现两个关节臂之间的角度无级变换。
优选的，所述操纵器为固定在第一关节臂上的电磁铁，电磁铁作用于双扭簧的受力部上。这样能通过电磁铁能对双扭簧的受力部施加一个操纵力，实现两个关节臂之间角度的无级变换。
优选的，所述双扭簧的钢丝截面为矩形。这样的结构增大扭簧和轴之间的接触面，也就增加了连接部的承载能力。
优选的，所述双扭簧上的受力部从双扭簧两侧圆周的切线方向伸出，并且与操纵器施力方向相垂直。这样的结构以减小操纵阻力。
优选的，所述双扭簧两侧的伸出部与双扭簧两侧螺旋线相垂直。这样的结构增大了固定时的受力能力，使得整个结构更为稳定可靠。
由于采用了所述技术方案，双扭簧套接在两个关节臂之间的关节轴上，通过操纵器操作，为双扭簧提供一个使双扭簧旋松的力，使双扭簧旋松，双扭簧内径增大，使轴与双扭簧之间能自由旋转，此时可以自由地相对旋转两个关节臂，无级地调整两个关节臂之间的角度。
当两个关节臂之间的角度调整到位时，去除操纵力，双扭簧在弹力作用下旋紧，内径变小，轴与双扭簧内壁间产生正压力，此时一旦第一关节臂和第二关节臂之间有相对运动趋势时，在弹簧内壁和关节轴之间的摩擦力作用下，由于双扭簧受力部两侧的弹簧螺旋方向相反，因此无论第一关节臂和第二关节臂之间的相对运动趋势是顺时针方向还是逆时针方向，总会使双扭簧一侧的弹簧与关节轴之间越抱越紧，最终弹簧将关节轴抱死，实现对轴的锁定功能。
通过这样的结构可使两关节臂之间角度既可以沿着关节轴的顺时针方向也可沿着关节轴逆时针方向无级调整，调整后能利用这一机构对所调角度完成双向锁定，实现机械关节角度无级调整与锁定的功能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种机械关节角度无级调整与锁定结构的结构示意图。
图2为本发明一种机械关节角度无级调整与锁定结构实施例1的结构示意图。
图3为本发明一种机械关节角度无级调整与锁定结构实施例1的侧面结构示意图。
图4为本发明一种机械关节角度无级调整与锁定结构实施例2的结构示意图。
图5为本发明一种机械关节角度无级调整与锁定结构实施例3的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种机械关节角度无级调整与锁定结构，包括第一关节臂1，第二关节臂2以及用于连接第一关节臂1和第二关节臂2的连接部，所述连接部包括横穿过第一关节臂1并且与第一关节臂1固定在一起的的关节轴3，所述关节轴3上套接有双扭簧4，并且双扭簧4与关节轴3过盈配合，双扭簧4中间受力部41连接固定在第一关节臂1上的操纵器5上，操纵器5给予双扭簧4受力部41一个操纵力，双扭簧4两侧的伸出部42固定于第二关节臂2上。为了增大摩擦面积，所述双扭簧4的钢丝截面为矩形。所述双扭簧4上的受力部41从双扭簧4两侧圆周的切线方向伸出，并且与操纵器5施力方向相垂直。所述双扭簧4两侧的伸出部42与双扭簧4两侧螺旋线相垂直。通常双扭簧4受力部41两侧的弹簧圈数相同，这样确保双向承受的扭矩相同。
实施例1：
如图2、3所示，包括第一关节臂1，第二关节臂2以及用于连接第一关节臂1和第二关节臂2的连接部，所述连接部包括横穿过第一关节臂1并且与第一关节臂1固定在一起的关节轴3，所述关节轴3上套接有双扭簧4，并且双扭簧4与关节轴3过盈配合，双扭簧4中间受力部41连接固定在第一关节臂1上的操纵器5上，操纵器5给予双扭簧4受力部41一个操纵力，双扭簧4两侧的伸出部42固定于第二关节臂2上。其中操纵器5为固定在第一关节臂1上的手闸51，手闸51通过拉索52固定在双扭簧4的受力部41上。当需要调整第一关节臂1和第二关节臂2之间角度时，只要压下手闸51，手闸51带动拉索52对受力部41上施与一个旋松的力，这样双扭簧4就不再抱紧在关节轴3上，而是可以围绕着关节轴3自由转动。而且可以沿着关节轴3双向进行旋转。这样人们就可无级调节连接第一关节臂1和第二关节臂2之间的角度。调整完毕后将手闸51归位，双扭簧4就自动抱紧在中心轴3上了。这样的结构适用于需手动远距离控制的机械关节上。
实施例2
如图4所示，包括第一关节臂1，第二关节臂2以及用于连接第一关节臂1和第二关节臂2的连接部，所述连接部包括横穿过第一关节臂1并且与第一关节臂1固定在一起的的关节轴3，所述关节轴3上套接有双扭簧4，并且双扭簧4与关节轴3过盈配合，双扭簧4中间受力部41连接固定在第一关节臂1上的操纵器5上，操纵器5给予双扭簧4受力部41一个操纵力，双扭簧4两侧的伸出部42固定于第二关节臂2上。其中所述操纵器5为固定在第一关节臂1上的按钮53，按钮53连接推块54，推块54连接于双扭簧4的受力部41上。当需要调整第一关节臂1和第二关节臂2之间角度时，只要推动按钮53，按钮53带动推块54对受力部41上施与一个旋松的力，这样双扭簧4就不再抱紧在关节轴3上，而是沿着关节轴3可以进行双向进行旋转。这样人们就可无级调节连接第一关节臂1和第二关节臂2之间的角度。调整完毕后将按钮53归位，双扭簧4就自动抱紧在中心轴3上了。这样的结构适用于结构紧凑的机械关节上。
实施例3
如图5所示，包括第一关节臂1，第二关节臂2以及用于连接第一关节臂1和第二关节臂2的连接部，所述连接部包括横穿过第一关节臂1并且与第一关节臂1固定在一起的的关节轴3，所述关节轴3上套接有双扭簧4，并且双扭簧4与关节轴3过盈配合，双扭簧4中间受力部41连接固定在第一关节臂1上的操纵器5上，操纵器5给予双扭簧4受力部41一个操纵力，双扭簧4两侧的伸出部42固定于第二关节臂2上。所述操纵器5为固定在第一关节臂1上的电磁铁55，电磁铁55作用于在双扭簧4的受力部41上。这样的结构通常用于自动化机械中。工作时给电磁铁55一个电信号即可控制作用于在双扭簧4的受力部41上的力。这样就能控制双扭簧5和关节轴3之间的抱紧和松开，从达到调节和锁定连接第一关节臂1和第二关节臂2之间的角度的效果。这样的结构适用于需自动控制的机械关节上。
综上可见，本发明结构简单，但是能完美实现两个关节臂之间角度的无级调节，适用范围广，生产成本低，可以在工业生产中广为应用。

Claims (6)

1.一种机械关节角度无级调整与锁定结构，包括第一关节臂（1），第二关节臂（2）以及用于连接第一关节臂（1）和第二关节臂（2）的连接部，其特征在于，所述连接部包括横穿过第一关节臂（1）并且与第一关节臂（1）固定在一起的的关节轴（3），所述关节轴（3）上套接有双扭簧（4），并且双扭簧（4）与关节轴（3）过盈配合，双扭簧（4）中间的受力部（41）连接固定在第二关节臂（2）上的操纵器（5）上，操纵器（5）给予双扭簧（4）上的受力部（41）一个操纵力，双扭簧（4）两侧的伸出部（42）固定于第二关节臂（2）上，所述双扭簧（4）上的受力部（41）从双扭簧（4）两侧圆周的切线方向伸出，并且与操纵器（5）施力方向相垂直。
2.如权利要求1所述的一种机械关节角度无级调整与锁定结构，其特征在于：所述操纵器（5）为固定在第二关节臂（2）上的手闸（51），手闸（51）通过拉索（52）固定在双扭簧（4）的受力部（41）上。
3.如权利要求1所述的一种机械关节角度无级调整与锁定结构，其特征在于：所述操纵器（5）为固定在第二关节臂（2）上的按钮（53），按钮（53）连接推块（54），推块（54）连接于双扭簧（4）上的受力部（41）上。
4.如权利要求1所述的一种机械关节角度无级调整与锁定结构，其特征在于：所述操纵器（5）为固定在第二关节臂（2）上的电磁阀（55），电磁阀（55）作用于在双扭簧（4）上的受力部（41）上。
5.如权利要求1-4其中任一所述的一种机械关节角度无级调整与锁定结构，其特征在于：所述双扭簧（4）的钢丝截面为矩形。
6.如权利要求1-4其中任一所述的一种机械关节角度无级调整与锁定结构，其特征在于：所述双扭簧（4）两侧的伸出部（42）与双扭簧（4）两侧螺旋线相垂直。
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