CN102530773A - 用于悬浮升降平台的五自由度铰链 - Google Patents

Abstract

本发明属于连接结构设计，具体公开了一种用于悬浮升降平台的五自由度铰链。它包括圆盘形的上球碗和下球碗，在上球碗、下球碗的中心设有球孔，在球孔内设有球头；所述的下球碗的下方设有下止动板，所述的上球碗的上方设有上止动板。由上球碗、下球碗和球头组成的球面接头可提供三个自由度的转动，确保电动缸推杆的直线运动与平台升降部件直线运动存在偏转角度时可正常工作，不会发生卡死或迟滞现象；同时提供了垂直于电动缸直线运动的运动平面的两个自由度的运动，有效解决了电动缸推杆的直线运动与平台升降部件直线运动不重合的现象。

Description

用于悬浮升降平台的五自由度铰链

技术领域

本发明属于连接结构设计，具体涉及一种五自由度铰链。 

背景技术

由于现代科学技术的发展，升降平台的运动速度，加速度和定位精度要求越来越高。升降平台主要分为剪叉式升降平台、升缩式升降平台、套筒式升降平台、升缩臂式升降平台、折臂式升降平台。升降平台具有起重、装卸和高空作业等功能。 

如图1所示，现有技术的悬浮升降平台一般包括底座103、电动缸104和升降框架106。底座103下部安装调平地脚102，可对平台台体进行调平，同时底座103下部还安装有万向脚轮101，可整体移动悬浮升降平台。电动缸104固定在悬浮升降平台的底座103侧壁上，电动缸104推杆与升降框架106连接。升降框架106上安装有直线导轨105，直线导轨105滑块固定在平台底座103的侧壁上。悬浮升降平台的升降运动由电动缸106作为执行机构使升降框架105上升或下降。 

悬浮升降平台的主要功能是对某型拦截器进行性能和指标测试，将被测试产品升高最高高度，然后快速下降，使被测产品悬停在空中，测试其悬浮性能。升降平台具有较高的定位精度，可快速定位在行程内的任意高度。为了保证在运行过程平稳无振动，并可达到较高直线定位精度，必须设计一种平台执行机构与升降部件的连接装置。 

目前常用的连接装置可以分为两大类：端面球轴承和杆端球面接头。 

一、端面球轴承 

端面球轴承是一个使用球形内环的自动调心滑动轴承，该内环与轴承钢球具有同等精度和硬度。通过将球形内环和夹持器相组合，端面球轴承能实线无间隙且及其平滑的旋转与摆动运动。 

端面球轴承只能实现三个自由度的转动。 

端面球轴承主要承受径向负荷，只能承受较小推力负荷。 

二、杆端球面接头 

杆端球面接头的主要结构为，球面部使用高精度的轴承用钢球，通过压铸铸造将钢球包住使夹持器成形后，用特殊焊接与柄颈部连接在一起。钢球的镜面被复制到夹持器的球面部，互相全面接触。因此，实线了最小间隙的平滑运动。 

杆端球面接头可实现三个自由度的转动。 

杆端球面接头主要用于传动部件的连接。 

杆端球面接头较端面球轴承相比，具有装配简便，占用空间小，可在恶劣环境中使用，弯曲变形小，较高刚性等优点；缺点是，旋转与摆动精度较低。 

端面球轴承和杆端球面接头均具有三个转动自由度，不具有平动自由度，因此对于悬浮升降平台执行结构的连接部件，并不适合使用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够适用于悬浮升降平台执行结构的、并且旋转与摆动精度较高、能够承受较大推力负荷的用于悬浮升降平台的五自由度铰链。 

本发明的技术方案如下： 

一种用于悬浮升降平台的五自由度铰链，它包括圆盘形的上球碗和下球碗，在上球碗、下球碗的中心设有球孔，在球孔内设有球头；所述的下球碗的下方 设有下止动板，所述的上球碗的上方设有上止动板。 

在上述的用于悬浮升降平台的五自由度铰链中：所述的上球碗和下球碗的圆周上设有通孔，在通孔内设有等高环，且等高环的上表面高于上球碗的上表面，等高环的下表面低于下球碗的下表面。 

在上述的用于悬浮升降平台的五自由度铰链中：所述的球头的材料为2Cr13不锈钢材料制成，所述的上球碗和下球碗的材料为QSn6.5锡青铜。 

本发明的显著效果在于：由上球碗、下球碗和球头组成的球面接头可提供三个自由度的转动，确保电动缸推杆的直线运动与平台升降部件直线运动存在偏转角度时可正常工作，不会发生卡死或迟滞现象；而球面接头、上止动板、下止动板和等高环组成的整个铰链又提供了垂直于电动缸直线运动的运动平面的两个自由度的运动，有效解决了电动缸推杆的直线运动与平台升降部件直线运动不重合的现象。因此解决了电动缸推杆与平台升降部件运动路径不重合的问题，降低了电动缸缸体的安装精度，并可有效提高平台的运动平稳性和直线定位精度。 

附图说明

图1为悬浮升降平台示意图； 

图2为用于悬浮升降平台的五自由度铰链结构示意图； 

图中：101.脚轮；102.调平地脚；103.底座；104.电动缸；105.直线导轨；106.升降框架；1.推杆；2.下止动板；3.下球碗；4.上球碗；5.上止动板；6.球头；7.等高环。 

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。 

如图2所示，在推杆1的上端加工有螺纹，通过螺纹配合在电动缸推杆1 的上端旋入球头6，在球头6包有上球碗4、下球碗3，上球碗4和下球碗3之间通过螺钉连接成为整体称为球面接头。 

球头6、上球碗4和下球碗3均通过数控加工设备保证球面的圆度，并使球头6直径与上球碗4和下球碗3直径处于过渡公差范围内。球头6选用2Cr13不锈钢材料，上球碗4和下球碗3选用QSn6.5锡青铜材料，两种不同的材料配合使用，具有耐磨，硬度高等特点。球头6与上球碗4和下球碗3经过人工精密研磨，保证其运动自如，无晃动量。 

在下球碗3的下方固定安装有下止动板2，在上球碗4的上方固定安装上止动板5。 

上止动板5和下止动板2通过等高环7将上球碗4和下球碗3固定在中间。本实施当中等高环7直径为21mm，数量为6个，均匀分布在上球碗4和下球碗3的圆周上，该圆周直径为Φ104，通孔直径Φ25。 

所述的等高环7高度尺寸为46.1mm，保证6个等高环7的高度误差在0.003mm内，且等高环7的上表面高于上球碗4的上表面约0.05mm，等高环7的下表面低于下球碗3的下表面约0.05mm，以上可保证球头6、上球碗4和下球碗3组成的球面接头在上止动板5和下止动板2内作微小的两自由度平移，平移量可达2mm。 

使用时，将上止动板5通过螺纹孔与升降框架106连接，电动缸2上的推杆1通过本发明的五自由度铰链与升降框架106连接，将电动缸推杆1的直线运动传递到升降部件上。由于上止动板5和下止动板2和等高环7相对升降部件静止，球面接头固定在电动缸推杆1端部，因此限制了升降方向的自由度，其它五个自由度均可作微小的运动，有效的解决了电动缸推杆与平台升降部件运动不重合的问题，保证平台的直线定位精度，运动平稳，无卡死和迟滞现行 发生。 

Claims (3)

1.一种用于悬浮升降平台的五自由度铰链，其特征在于：它包括圆盘形的上球碗(4)和下球碗(3)，在上球碗(4)、下球碗(3)的中心设有球孔，在球孔内设有球头(6)；所述的下球碗(3)的下方设有下止动板(2)，所述的上球碗(4)的上方设有上止动板(5)。

2.如权利要求1所述的用于悬浮升降平台的五自由度铰链，其特征在于：所述的上球碗(4)和下球碗(3)的圆周上设有通孔，在通孔内设有等高环(7)，且等高环(7)的上表面高于上球碗(4)的上表面，等高环(7)的下表面低于下球碗(3)的下表面。

3.如权利要求1或2所述的用于悬浮升降平台的五自由度铰链，其特征在于：所述的球头(6)的材料为2Cr13不锈钢材料制成，所述的上球碗(4)和下球碗(3)的材料为QSn6.5锡青铜。

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