CN102374225A - 多杆同心复合球铰 - Google Patents

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CN2010102478931A
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Inventor
王超群
缪群华
吴洪涛
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明涉及一种多杆同心复合球铰，其特征在于由多个偏心平面铰链组合而成，偏心平面铰链主要由合页轴、合页、直杆、弯杆以及若干销轴组成。所述的合页轴为带有两个卡簧槽的光轴，插入合页孔中且能在合页孔中自由绕自身轴线转动；所述直杆、弯杆以及合页上开有销轴孔，通过销轴将直杆、弯杆以及合页连接在一起；合页轴插入合页孔后，在合页轴上的两个卡簧槽内装有轴用卡簧，以实现合页轴的轴向固定；两直杆上两销轴孔之间的距离CE、GH与两弯杆上两销轴孔之间的距离DF、FI均相等；两合页上两销轴孔之间的距离CD、HI与两弯杆上两销轴孔之间的距离EF、FG均相等；两弯杆的弯曲角度∠GFD和∠EFI相等；偏心平面铰链可以实现合页轴绕转动中心做球面运动；合页轴上可以套两个合页，这样可以将更多的偏心平面铰链连在一起，组成多杆同心复合球铰。本发明结构简单、转动范围大、容易加工制造等优点，可准确实现多杆绕同一点做球面运动。可以应用在需要复合球铰的各种并联机构和可变几何桁架上。

Description

多杆同心复合球铰
技术领域
本发明涉及一种多杆同心复合球铰，属于刚性连接元件技术领域。
背景技术
球铰是在机械系统中广泛应用的一类运动副，它具有用途广泛、自由度多、运动空间大和传动力大和耐磨损的特点。目前市场上出现最多的就是普通的球铰，即所谓“球-球窝”型，属于三级副，只连接两个杆件。它具有转动范围小、结构复杂、制造困难的缺点。
在某些应用场合，如八面体Stewart平台(图1所示)，有六根杆件连接三角形的上、下平台，其中两根杆件和平台共用一个球铰，这就需要所谓多杆同心复合球铰。由于用传统的球铰或虎克铰很难组合成同心球铰，很多研究人员开发了如图2所示的一般Stewart平台(6-SPS机构)，它的上下平台上的球形关节副是分开的，这样可以采用普通的球铰来连接，但同时也大大增加了机构的运动学方程的复杂程度。
发明内容
要解决的技术问题：为了解决如上所述的现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能连接多个杆件且各杆件的转动中心在同一个点上的多杆同心复合球铰。
技术方案：为了达到上述发明的目的，本发明所采用的技术方案为：一种多杆同心复合球铰，其特征在于：由多个偏心平面铰链组合而成，偏心平面铰链主要由合页轴、合页、直杆、弯杆以及若干销轴组成。所述的合页轴为带有两个卡簧槽的光轴，插入合页孔中且能在合页孔中自由绕自身轴线转动；所述直杆、弯杆以及合页上开有销轴孔，通过销轴将直杆、弯杆以及合页连接在一起；合页轴插入合页孔后，在合页轴的两个卡簧槽内装有轴用卡簧，以实现合页轴的轴向固定。
上述的两直杆上两销轴孔之间的距离CE、GH与两弯杆上两销轴孔之间的距离DF、FI均相等。
上述的两合页上两销轴孔之间的距离CD、HI与两弯杆上两销轴孔之间的距离EF、FG均相等。
上述的两弯杆的弯曲角度∠GFD和∠EFI相等。
上述的所有销轴孔直径均相同。
上述的销轴为台阶轴。
上述的偏心平面铰链可以实现合页轴绕转动中心做球面运动。
上述的合页轴上可以套两个合页，这样可以将更多的偏心平面铰链连在一起，组成多杆同心复合球铰。
本发明的多杆同心复合球铰是由多个偏心平面铰链连在一起实现的，经过特殊设计，结构简单、转动范围大，极易加工。可以应用在需要复合球铰的各种机构，如并联机构、可变桁架机构等场合。一方面能保证多杆共用一个转动中心，另一方面保证其转动范围大、结构简单、容易加工的优点。
附图说明
图1是八面体Stewart平台示意图。
图2是6-SPS机构示意图。
图3是偏心平面铰链示意图。
图4是直杆和弯杆示意图。
图5是销轴的示意图。
图6是合页轴的示意图。
图7是两片合页的三维图。
图8是三杆同心复合球铰示意图。
图9是四杆同心复合球铰三维图。
图10是由三杆同心复合球铰连接的四面体结构示意图。
图11是由四杆同心复合球铰连接的八面体结构模型图。
具体实施方案
如图3～8所示，本发明所实现的多杆同心复合球铰，主要由图3所示的偏心平面铰链连接而成。图3所示的偏心平面铰链由合页轴(1)、合页(2)、直杆(3)、弯杆(4)以及若干销轴(5)组成。其中合页轴(1)可以绕转动中心做球面运动。
合页轴(1)与合页(2)的孔属于紧密间隙配合，保证合页轴(1)可以在合页(2)的孔中绕自身轴线转动。
合页轴(1)插入合页(2)的孔中后，在合页轴(1)的两个卡簧槽内装有轴用卡簧(6)，以实现合页轴(1)在合页(2)孔中的轴向固定。
合页(2)和直杆(3)上各开有两个销轴孔，弯杆(4)上开有三个销轴孔，合页(2)上两销轴孔间距与弯杆(4)倾斜段上的两销轴孔间距相等，直杆(3)上两销轴孔间距与弯杆(4)直线段上的两销轴孔间距相等。所有的销轴孔直径均相同。
直杆(3)的一端和弯杆(4)的直线段一端与合页(2)通过销轴(5)连接，直杆(3)的另一端和弯杆(4)的倾斜段一端通过销轴(5)连接，两根弯杆(4)的中间孔也通过销轴(5)连接。注意安装的时候，两弯杆(4)的弯曲方向要对称。
如图5所示，销轴(5)为台阶轴，销轴(5)的a段起轴向定位作用，b段与销轴孔之间为紧密间隙配合，c段与销轴孔之间为过盈配合。
如图8所示，一根合页轴(1)上可以套两个合页(2)，这样将三个偏心平面铰链依次首尾连在一起，就组成了三杆同心复合球铰，三根合页轴(1)均可绕同一个转动中心做平面运动。
如图9所示，将四个偏心平面铰链依次首尾连在一起，就组成了四杆同心复合球铰。同样可以通过连接更多的偏心平面铰链，组成多杆同心复合球铰。但是连接的偏心平面铰链越多，合页轴的球面运动范围就越小。

Claims (6)

1.一种多杆同心复合球铰，其特征在于由多个偏心平面铰链组合而成，偏心平面铰链主要由合页轴、合页、直杆、弯杆以及若干销轴组成。所述的合页轴为光轴，插入合页孔中且能在合页孔中自由绕自身轴线转动；所述直杆、弯杆以及合页上开有销轴孔，通过销轴将直杆、弯杆以及合页连接在一起；合页轴插入合页孔后，在合页轴上的两个卡簧槽内装有轴用卡簧，以实现合页轴的轴向固定。
2.根据权利要求1所述的多杆同心复合球铰，其特征在于：所述的两直杆上两销轴孔之间的距离CE、GH与两弯杆上两销轴孔之间的距离DF、FI均相等。
3.根据权利要求1所述的多杆同心复合球铰，其特征在于：所述的两合页上两销轴孔之间的距离CD、HI与两弯杆上两销轴孔之间的距离EF、FG均相等。
4.根据权利要求1所述的多杆同心复合球铰，其特征在于：所述的两弯杆的弯曲角度∠GFD和∠EFI相等。
5.根据权利要求1所述的多杆同心复合球铰，其特征在于：所述的偏心平面铰链可以实现合页轴绕转动中心做球面运动。
6.根据权利要求1所述的多杆同心复合球铰，其特征在于：所述的合页轴上可以套两个合页，这样可以将更多的偏心平面铰链连在一起，组成多杆同心复合球铰。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4651589A (en) * 1983-03-08 1987-03-24 Societe Bauduin Becart S.A. Polyarticulated retractile mechanism
FR2757440A1 (fr) * 1996-12-20 1998-06-26 Conservatoire Nat Arts Plateforme hexapode et dispositifs d'articulation spherique utilisables pour sa realisation
US20010002964A1 (en) * 1999-12-06 2001-06-07 Se-Kyong Song Spherical joint for coupling three or more links together at one point

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Non-Patent Citations (1)

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Title
GREGORY J. HAMLIN AND A.C. SANDERSON: "A novel concentric multilink spherical joint with parallel robotics applications", 《IEEE》 *

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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