CN102537025A - 空间楔合式无级定位铰链 - Google Patents

Abstract

依据全新技术原理的本发明的无级定位铰链的特征在于，其设置有包括转动导向机构G和牵引摩擦机构F1的轴向力封闭的完全面接触型空间楔形机构，以及能够可操作地解除该楔形机构楔合状态的操纵机构。其中，机构F1包括用于轴向力封闭的最佳地呈环状袋形的摩擦件，机构G的导向件最佳地具有端面螺旋齿式导向面，该二机构通过共用同一个具有互补式导向面和回转摩擦面的环状中介件的方式轴向刚性联动；操纵机构通过运动中介件可以随时使其入楔或去楔。相对现有技术，本发明在结构，承载能力，通用性及操作简便性方面均具有质的优势，尤其是具有直至发生机械破坏为止的工作寿命和无级定位的可靠性。

Description

空间楔合式无级定位铰链

相关申请

本申请是本申请人提出的名为空间楔合式摩擦超越离合器的中国专利申请201010222712.X和201020186785.3的从属专利申请。该公开在先的两项专利申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及一种枢转连接装置，例如枢转地连接门窗、靠背可调式座椅、可折叠式电子装置的两个组成部分的平面铰链/合页/转轴或空间铰链，以及包括其的例如制动器和夹持器的其它装置，特别涉及一种可无级定位/自锁的铰链。

背景技术

现有技术中，已经存在各种枢转地连接两个部件的具有无级定位功能并可任意调节和锁定其间相对位置或夹角的铰链/合页/转轴。例如专利文献CN101245819A、CN1249361A、CN1396975A、CN1124606A、CN101450633A、CN1842262A以及CN1749918A中公开的技术方案。这些于平面内或空间内枢转的各式铰链广泛地应用于例如笔记本计算机、各类液晶屏幕、录放影机等可折叠电子设备、壁挂式落地式电风扇、淋浴头/莲蓬头、台灯、靠背可调式座椅、遮阳伞以及医疗器械中或其支架中。但正如上述专利文献所记载的，现有技术普遍存在诸如定位效果随着使用时间的增加而变差的可靠性问题，承载能力较低的问题，使用寿命较短的问题、结构复杂程度和零部件数量正比于定位效果的问题，以及技术原理或结构的通用性较差的问题。

发明内容

本发明致力于设计基于全新技术原理的无级定位铰链，以避免上述缺点。

本发明要解决的技术问题是提供一种定位可靠性与使用时间无关，且具有更高的承载能力、更高的工作寿命、更强的通用性和结构相对简单紧凑的空间楔合式无级定位铰链。

为解决上述技术问题，本发明之空间楔合式无级定位铰链包括，绕一轴线回转且可轴向接合的至少一个牵引摩擦机构，其具有至少一个中介件以及绕上述轴线回转并设置有摩擦面的摩擦件，以在该两构件间传递摩擦转矩；为该牵引摩擦机构提供接合力并绕上述轴线回转的至少一个转动导向机构，其具有上述中介件以及绕上述轴线回转并设置有相应导向面的导向件；当导向件和摩擦件被中介件可驱动地连接成一个摩擦体时，导向件的导向面与中介件之间的相互抵触部位的升角λ，大于零且小于等于ξ，即，0＜λ≤ξ，其中，ξ是能够令形成于该抵触部位的导向摩擦副自锁的升角λ的最大值。

改进地，该铰链包括有至少两个绕上述轴线回转的摩擦机构，其中一个是牵引摩擦机构，其中另一个是与导向件和摩擦件至少不可旋转地分别结合在一起的传力摩擦机构，或者再一个牵引摩擦机构。

升角λ的取值范围还可以是：ζ＜λ≤ξ，或者，0＜λ≤ζ(当ζ＞0)，其中，ζ是能够令所述抵触部位的导向摩擦副自锁的所述升角λ的最小值，亦即令上述牵引摩擦机构的牵引摩擦副自锁的最大值。

改进地，还包括有至少一个限力元件，其可与导向件、中介件和摩擦件中的至多一个，以至少不可旋转的方式连接成力封闭式组合构件，以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接。

进一步地，导向件、中介件、摩擦件或限力元件被设置成袋形构件，以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接，其设置有绕上述轴线回转的至少大致半周的内周面，以及位于该内周面上的大致半周的周向凹槽和由该袋形构件的外周面连通至该周向凹槽的入口。

优选地，还包括至少具有一个弹性元件的弹性预紧机构，其用于持续地保持中介件与摩擦件之间的至少间接的摩擦连接。

可选地，还可包括至少一个端点弹簧，当导向件处于其相对摩擦件的周向转动区间的极端位置时，该端点弹簧可以阻止中介件的周向朝向该极端位置的导向面，抵触至导向件。

可选地，配置有至少两个单向中介件，该两个单向中介件分别设置有圆周朝向互反的单向导向面，以与导向件的同端面或异端面上的相应导向面，分别构成相应的转动导向机构。

可选地，还包括具有至少一个弹性元件和至少一个致动件的入楔控制机构，弹性元件作用于中介件上，以为上述牵引摩擦机构提供持续的弹性分离力，并使中介件与导向件之间的轴向间距弹性地趋于最小，致动件不可旋转地和至少间接地设置在摩擦件上，并可操作地抵触至中介件，以制止双方间的相对转动。

优选地，还包括解楔机构，用于可操作地致使中介件在至少一个圆周方向上，不能同时抵触至导向件和摩擦件。

具体地，该解楔机构包括周向对中机构，其具有至少一个对中凸起和可对应地收纳该对中凸起的对中凹槽，两者至少间接地分别设置在中介件和导向件上；同时，当对中凸起收纳至对应对中凹槽槽底部时，中介件在两个圆周方向上均不能同时抵触至导向件和摩擦件。

或者，该解楔机构包括周向强制转动机构，其具有至少一个设置在中介件外周面上并沿上述入口径向延伸至其之外的力臂，用于驱动中介件相对导向件转动。

再或者，该解楔机构包括周向自由度大于等于零的周向限位机构和可操纵的无级支撑机构；前者具有至少一个限位凸起和对应且持续地收纳该限位凸起的限位凹槽，两者至少间接地分别设置在中介件和导向件上；而后者具有绕上述轴线设置且至少呈大致环状的支撑件，该支撑件相对限力元件的周向自由度大于零，并通过轴向抵触和转动导向两种连接方式，分别连接至限力元件和被支撑件。被支撑件是导向件、中介件和摩擦件中与限力元件不可旋转地相连接的那一个。

为获得空间定位能力，袋形构件被设置为两个，并以各自内周面回转所围绕的上述轴线相互垂直或相互平行的方式，连接成一个刚性整体，或者，其中的一个袋形构件的外周面上，以径向延伸的方式刚性一体地设置有为另一个袋形构件提供上述轴线的枢轴。

需要特别说明的是，本申请文件所使用的相关概念或名词的含义如下：

间接地设置：设置在与设置的目的地构件不可旋转相连的其它构件上。

转动导向机构：将圆周相对转动转换为至少包括轴向相对移动或移动趋势的导向机构。包括螺旋升角严格一致和不严格一致的滑动/滚动式螺旋或部分螺旋机构、径向销槽机构、端面楔形机构、端面嵌合机构、端面棘轮机构及圆柱/端面凸轮机构等仅可得到轴向移动的整体式导向机构，也包括还可同时得到径向移动的且具有诸如钢球、截锥型滚柱、斜撑子之类离散构件的离散式导向机构。

空间楔形机构：由转动导向机构和牵引摩擦机构组成的机构。

ζ和ξ：空间楔形机构的重要极限角，如图1、17所示的中介件90，一方面，通过其摩擦面例如104与摩擦件70的牵引摩擦面72至少轴向抵触，以形成抵触部位的法向压力的合力W不垂直于回转轴线X的回转型牵引摩擦机构F1的至少包括一个的一组牵引摩擦副；另一方面，通过其摩擦面或朝向同一圆周方向的导向面94，与导向件50的相应导向面54至少轴向抵触，以形成抵触部位的法向压力的合力N不垂直于回转轴线X的转动导向机构G的至少包括一个的一组导向摩擦副；该抵触部位的公切线与垂至于回转轴线X的平面的夹角的平均值，称为该抵触部位的升角λ；再一方面，通过其它表面还可作用有诸如用于弹性预紧的其它作用力，参见图1、3～5、18等；在转动导向机构G的转动导向工况中，也就是导向件50致使中介件90沿箭头P所指方向以大于等于零的速度相对摩擦件70转动的工况中，能够确保导向摩擦副自锁的双方表面抵触部位的最小升角被定义为ζ，最大升角则被定义为ξ。而该两个极限角则完全界定了中介件90相对导向件50向前转动、静止不动和向后转动的一切可能的运动形式。具体含义如下：

1、当ξ＜λ＜90度时，导向摩擦副和牵引摩擦副均不能自锁，通过导向摩擦副的法向压力N，或者其分力Q和T，导向件50可致使中介件90相对其向前亦即箭头P所指方向滑转/挤出。因此，导向件50与摩擦件70不能被中介件90楔合成一个摩擦体。只是因为压力N源自非弹性力或受构件结构所限，才致使中介件90仅被导向件50推动着相对摩擦件70摩擦滑转而未被实际挤出。

2、当ζ＜λ≤ξ且λ＞0时，导向摩擦副处于恒定的自锁状态，牵引摩擦副处于不可自锁的一般静摩擦状态。此时，中介件90可以将导向件50与摩擦件70楔合成一个摩擦体，但在摩擦件70相对导向件50过载时，牵引摩擦副仍可由静摩擦状态正常地转入滑动摩擦状态而导向摩擦副仍可稳定自锁。对应地，空间楔形机构处于半楔合状态，无级定位铰链处于非完全接合状态。

3、当0＜λ≤ζ(针对ζ＞0的情况)时，牵引摩擦副处于恒定的自锁状态，导向摩擦副处于一般静摩擦状态。相应地，在摩擦件70相对导向件50过载时，中介件90将具有突破导向摩擦副的最大静摩擦状态/阻力而相对导向件50滑转爬升的趋势，但由于该爬升趋势被空间楔形机构的轴向力封闭结构刚性阻止(除非压力N源自弹性力)，因此，导向摩擦副被强制性地维持在等同于自锁的一般静摩擦状态。即，中介件90、导向件50与摩擦件70三者被强制楔合/结合成一个转动整体，即使过载至毁损也不相互滑转爬升。空间楔形机构因而处于类似斜撑式超越离合器的绝对自锁/楔合状态。

由常识可知，λ等于ζ的情况，只存在于理论上而不存在于现实中。也就是说，因不能同时自锁而必然始终存在着一组不自锁的可滑转摩擦副，空间楔形机构传递转矩的物理本质只能是摩擦，而不是现有技术认定的摩擦自锁。但极限角ζ未被现有技术理论所认识，也不能由作为特例的平面楔形机构的运动关系启示、想象或揭示出来，更不能由其结构推导出来。因此，不知道极限角ζ的存在及物理含义的现有技术便无法透彻地认识极限角ξ亦即楔角的真实物理含义，包括摩擦滑转的正常性，更不可能发现、揭示和证实空间楔合的物理本质，并进而得出本申请的基于空间楔形机构的技术方案。

显然，上述升角λ就是空间楔形机构的楔角，也称楔合角/挤住角，并仅在0＜λ≤ξ时，空间楔形机构方可楔合，无级定位铰链方可定位自锁。

相对现有技术，依据本发明的无级定位铰链，因依据空间楔形机构实现定位自锁，而在全寿命周期内具有不衰退的定位可靠性，以及更高的定位承载能力、更高的使用寿命、更强的通用性和结构上的更简单等有益效果。借助下述实施例的说明和附图，本发明的目的和优点将显得更为清楚和明了。

附图说明

图1是根据本发明的平面无级定位铰链的轴向剖面图。

图2是图1中具有轴向力封闭功能的环状袋形摩擦件的左端面视图。

图3是根据本发明的一个变型的平面无级定位铰链的轴向剖面图。

图4是根据本发明的第二个变型的平面无级定位铰链的轴向剖面图。

图5是根据本发明的第三个变型的平面无级定位铰链的轴向剖面图。

图6是图5中具有轴向力封闭功能的环状袋形摩擦件的左端面视图。

图7是根据本发明的空间无级定位铰链的轴向剖面图。

图8是图7中具有轴向力封闭功能的双联袋形摩擦件的左端面视图。

图9是根据本发明的一个变型的空间无级定位铰链的轴向剖面图。

图10是图9中具有轴向力封闭功能的混合袋形摩擦件的左端面视图。

图11是根据本发明的第四个变型的平面无级定位铰链的轴向剖面图。

图12是图11中U形导向件的端面视图。

图13是根据本发明的第五个变型的平面无级定位铰链的轴向剖面图。

图14是图13中具有轴向力封闭功能的袋形摩擦件的端面视图。

图15是根据本发明的第六个变型的平面无级定位铰链的轴向剖面图。

图16是根据本发明的第七个变型的平面无级定位铰链的轴向剖面图。

图17是图1中各机构的齿廓向同一外圆柱面径向投影的局部展开图。

图18是图11中各机构的齿廓向同一外圆柱面径向投影的局部展开图。

图19是图13中各机构的齿廓向同一外圆柱面径向投影的局部展开图。

具体实施方式

必要说明：本说明书的正文及所有附图中，相同或相似的构件及特征部位均采用相同的附图标记，并只在它们第一次出现时给予必要说明。同样，也不重复说明相同或相似机构的工作机理或过程。为区别设置在对称或对应位置上的相同的构件或特征部位，本说明书在其附图标记后面附加了字母，而在泛指说明或无需区别时，则不附加任何字母。

参见图1～2，空间楔合式平面无级定位铰链P1主要适用于无周向操作空间的枢转部位，例如用作笔记本计算机等可折叠电子设备的无级定位铰链。该铰链P1包括最佳地绕轴线X形成并最佳地呈至少大致环状的导向件50、摩擦件70、中介件90和阶梯状枢轴200。其中，枢轴200最佳地向轴向两端延伸出设置有平面204a和204b的小径延伸段202a和202b，用以至少不可旋转地直接或间接连接至例如笔记本计算机主机的本体或其凸耳。枢轴200的外周面还最佳地设置有平面206。通过该平面206，枢轴200可与过盈地套装在其外周面上，并具有互补式内周面的导向件50，再形成诸如D字形非圆配合的固定连接，以增大两构件的连接刚度进而提升承载转矩的能力。显然，除了过盈和非圆配合之外，形成上述固定连接的方式可以是现有技术中的任何一种，例如，键连接等。导向件50的内端面上，设置有一组最佳地绕轴线X周向均布的双向螺旋导向齿52。中介件90可滑转地设置在枢轴200的外周面上，其直接面对导向件50的端面上，设置有与导向齿52呈互补式构造且相互恒久地嵌合在一起的一组螺旋导向齿92，以构成最佳地绕轴线X回转的面接触型双向转动导向机构G。

所述摩擦件70设置有可借助螺钉等固定连接至例如笔记本计算机显示屏幕的盖体的入口端面86。如果需要，端面86的四周还可设置有包括未示出安装孔的连接凸缘。为具备轴向力封闭功能，摩擦件70被最佳地设置成至少大致环状的袋形构件，其绕轴线X形成的内周面84的轴向中部，同轴线地设置有最佳地为平面型的盘形环状周向凹槽78。该周向凹槽78的约半周的内表面，最佳地沿两相互平行的切线方向H和H′延伸至摩擦件70的外周面，并形成等截面矩形入口82。周向凹槽78的径向内表面80，因而延伸成具有U字形横截面形状的非闭合式内径向表面。相互嵌合并安装好弹簧150的导向件50和中介件90，可沿图2中空心箭头所指方向，由入口82直接纳入周向凹槽78，并被轴向贯穿于摩擦件70内孔中的枢轴200径向定位。而摩擦件70则通过其内周面84a和84b，分别可滑转地径向定位在枢轴200及其延伸段202b的外周面上。

实际上，轴向力封闭的环状袋形摩擦件70也可以是一个组合构件。例如，借助诸如焊接、铆接或螺栓之类的紧固方式，将一个具有中心圆孔的杯形壳式限力元件，轴向固定连接至导向件50的位于导向齿52径向外环侧的同端端面上，并限定出用以收纳中介件90，以及与枢轴200刚性一体的独立的盘形摩擦件的周向凹槽78。或者，借助诸如焊接、在包括中部和/或外端部的外周面上设置环形箍之类的紧固连接方式，将径向上至少大致对称，且半圆形内圆面上均设置有半圆形周向槽的两个半圆壳式限力元件，径向固定地对接成一个限定出完整的周向凹槽78的组合式环状摩擦件。相关结构的更详细说明和图示可参见上文所整体结合的两项专利申请，此处不作进一步说明。

继续参见图1，周向凹槽78分别设置有回转型牵引摩擦面72和传力摩擦面74。其右端的牵引摩擦面72，与设置在中介件90无齿端面上的回转摩擦面104摩擦相连，构成回转型面接触牵引摩擦机构F1。其左端的传力摩擦面74，与设置在导向件50无齿端面的传力摩擦面58摩擦相连，构成可与导向件50直接传递摩擦转矩的回转型面接触传力摩擦机构F2。牵引摩擦机构F1和转动导向机构G共同组成端面型空间楔形机构，该机构再与传力摩擦机构F2一起，构成无级定位铰链P1的轴向力封闭的双向摩擦定位/自锁机构，或称双向转矩限制机构。

应该指出的是，本申请“直接传递摩擦转矩”的含义是指，转矩在两构件间的传递路径仅经过一个摩擦机构，而不经过任何第二个其它机构，其与该摩擦机构所具有的摩擦面/片的数量没有任何关系。

显然，由于环状袋形摩擦件70的盘形环状周向凹槽78被最佳地设置成平盘状而非锥盘状，因此，铰链P1在理论上可以不要求导向件50和中介件90的组合与摩擦件70之间的同轴度精度。也就是说，可以不对无级定位铰链P1中的转动导向机构G、牵引摩擦机构F1和传力摩擦机构F2三者之间以及三者与轴线X的同轴度提出专门的要求，只要其两个面接触回转摩擦副垂直于轴线X，以及仅具有几乎不可察觉的相对转动的导向件50和中介件90相互间同轴线设置即可。而相对现代工艺，保证该两个环状构件之间的同轴度又是一件简单和低成本的劳动。因此，这将显著降低制作、装配和使用铰链P1的要求和成本，显著优越于完全相反的现有技术。

还应指出的是，周向凹槽78呈环状和入口82呈等截面矩形，均是实现本发明的最佳但并非必需设置。实际上，只要能够纳入诸如导向件50和中介件90，周向凹槽78和入口82可以具有任意形状和不等截面。比如，周向凹槽78可以呈矩形，入口82可因两个延伸切线方向H和H′不相互平行，而呈例如图14所示的扩口喇叭形。同样道理，摩擦件70的内周面84也不必需周向封闭和对应于贯通式内孔，其完全可以呈例如大致半周的U形开口状并对应于一个盲孔，只要在该内周面84上可以设置出用以收纳诸如中介件90之类的回转构件的大致半周的周向凹槽78即可。另外，枢轴200、两个延伸段202的数量及其实心构造也非本发明之必需，其可以是用以布置例如相关线路的空心轴，或者成为被铰链P1所连接的两个被铰接件之一的组成部分。在取消枢轴200时，也可按这样的方式实现上述径向定位。即，如图1～2所示，在入口82两径向侧面的周向端部88的轴向上只对应于导向件50的部位，预先切割出一个可径向内弯曲的周向舌，便可在导向件50和中介件90装配就位之后塑性弯曲该周向舌，实现对该二构件的可转动的封装和定位。

当然，此种仅具有导向件50、中介件90和摩擦件70的最简结构设置中，导向件50应该设置有朝内端延伸的端面凸缘式管状基体60，参见图5，以使设置于其外周面上的中介件90可以同轴线转动，并用于与连接至其内孔中的例如壁挂式电风扇/淋浴头的被铰接件形成固定连接。同时，导向齿52和92应该如后所述地设置成如图19左半边所示的端面锯齿状单向齿，并在中介件90的外周面上设置径向延伸至该入口82之外的手柄95(参见图13)。这样，被铰接件依靠其重力转矩便可实现楔合定位，而托住该被铰接件克服重力上转，或者于直接下压手柄95的过程中克服摩擦力向下亦步亦趋地解楔滑转，或者同时进行该两种操作，均可无级调节和重新定位该被铰接件相对固定连接至例如墙壁的摩擦件70的俯仰角。由此可见，下述说明中的周向对中机构和弹性预紧机构也并非实现本发明之必需。

本发明并未限定铰链与被铰接件的连接构造的形式，以及与连接目标的对应关系。根据常识，该连接构造可以是设置在例如摩擦件70、导向件50和枢轴200上任意位置处，并可以通过诸如任意公知的连接方式连接的任意公知结构。例如，可通过螺旋、螺钉/栓、铆接、焊接、过盈/间隙配合、销钉、嵌合、卡合、键连接方式实现固定或活动连接的面或板、柱或杆、以及孔或槽等形状的构造。同样，本发明也未限定其各构件的材料类别。对于诸如淋浴头之类的仅需较小定位转矩的枢转部位，铰链中的至少诸如导向件50和中介件90之类的部分构件，可以由具有较高摩擦系数的非金属材料制成。

下面再结合图17来说明转动导向机构G的详细关系和结构特征。其中，最佳地具有梯形横截面且沿径向延伸的每对端面型螺旋导向齿52和92的相互面对的导向面54和94，均被互补地构造成螺旋型齿面，两者周向相互贴合后，便可形成对应于不同圆周方向的两组面接触的螺旋式导向摩擦副。优选地，分别朝向两个圆周方向的两组导向面54a和94a以及54b和94b的两个互补的升角λ_a和λ_b，均对称地等于λ。并且一般地，0＜λ≤ξ，仅在特殊时取ζ＜λ≤ξ或0＜λ≤ζ(当ζ＞0)。容易理解，当0＜λ≤ζ时(针对ζ＞0的情况)，铰链P1将由于如上所述的原因而具有过载也不打滑的特性。

容易理解，导向件50端面上的多个导向齿52实际上就是空间楔形机构的楔形齿，其导向面54分别朝两个圆周方向轴向上逐渐靠近摩擦件70的回转型牵引摩擦面72，并与后者分别围成两组各包括多个的沿周向延伸的端面楔形空间。而设置在该多个楔形空间中的多个导向齿92就是楔合子，其最佳地相互合并成一个零件，即整体环状的中介件90。

另外，所有导向齿52和92的齿高和齿宽，均被设置成不能致使铰链P1的，确切说是其转动导向机构G中导向件50与中介件90的轴向自由度δ和周向自由度ε，小至等于零的程度。这里，ε≥2δ/tgλ。因此，当压缩两构件的轴向间距，或者当两者处于在两个圆周方向上均不相互抵触的周向相对位置时，空间楔形机构将进入非楔合的可自由转动工况。为保持该工况以实现自由调节铰链P1定位角度的目的，在导向件50与中介件90之间，最佳地设置有具体为周向对中机构的解楔机构。该周向对中机构的至少包括一个的高度小于等于δ且最佳地呈等腰梯形的一组对中凸起68，被设置在例如导向齿52的齿顶面中部，可对应地收纳该凸起68的最佳地呈等腰倒梯形的一组对中凹槽118，则设置在例如导向齿92的齿底面中部。最优地，轴向自由度δ被设置成等于导向齿52、92双方齿顶面与齿底面的间距，楔合状态中的对中凸起68，被设置成不抵触至导向齿92的齿底面，对中凸起68轴向完全纳入对中凹槽118后，导向件50与中介件90在两个圆周方向上的周向间隙，被对等地设置成大于等于零。而且，对中凸起68与对中凹槽118双方周向两侧面的升角，不能小到致使双方的轴向抵触形成摩擦自锁的程度。

容易明了，为尽可能地降低铰链P1的周向自由度ε并兼顾周向对中机构的收纳深度，从而保证对中介件90的自由驱动的可靠性，轴向自由度δ也就是对中凸起68的极限高度，以被设置成例如0.4～1.0毫米为佳。同时，与导向件50直接和间接固定连接的枢轴200或本体，其与摩擦件70的相应端面之间的轴向间距Ca和Cb，均不应小于δ，以确保不缩小上述轴向自由度δ，参见图1。

另外，为提高开合和定位楔合的可靠性，铰链P1还最佳地设置有用以致使回转摩擦面104始终弹性地抵触至牵引摩擦面72的弹性预紧机构。该机构主要包括一个最佳地可轴向压缩的螺旋双向扭转弹簧150。弹簧150设置在导向件50和中介件90的外周面上，其一端嵌入位于中介件90外周面凸缘110根部的径向孔中，其另一端嵌入位于导向件50外周面上的径向孔中，或者最佳地嵌入位于传力摩擦面74上的轴向孔71中，参见图1～2。为便于安装弹簧150的最后一步操作，该轴向孔71被最佳地设置在正好位于入口82的周向中点上。同时，当该轴向孔71周向对准对中凹槽118之际，枢轴200被最佳地设置成相对摩擦件70正好处于其周向转动区间θ的中点位置上，并且双向扭转弹簧150也最佳地正好处于无任何扭转弹性变形的初始状态。于是，如果介于两个周向极端位置E1和E2之间的该周向转动区间θ等于如图2所示的180度，该初始状态便正好对应于盖体转动至相对本体处于90度俯仰角度的位置点上。

这样，不论枢轴200相对摩擦件70转动至极限位置E1还是E2，也就是不论盖体相对本体处于完全闭合还是完全打开的相对位置，弹簧150都始终具有一个将中介件90的对中凹槽118所对应的转动/回转区域的中点，拉回至周向对准于轴向孔71的趋势，致使朝向轴向孔71的导向面例如94a始终抵触着导向面54a，或者导向面94b始终抵触着导向面54b，进而致使中介件90处于随时可以楔合的准楔合工位上，参见图17。于是，在该两个周向极端位置E1或E2上，中介件90的对中凹槽118，将只能处于所希望的对中凸起68与轴向孔71的周向之间，而不能处于周向之外，或处于极端位置E1或E2上。因此，要完成对中凸起68与对中凹槽118的收纳，以使导向件50获得相对摩擦件70的解楔自由转动和调节的能力，根本不存在必需朝某个方向转动而该转动又因周向受阻而无法进行的任何可能，仅需对中凸起68也就是导向件50正好向轴向孔71这个唯一的目标方向回转并轴向压合即可。对于枢轴200相对摩擦件70处于非极限位置的情形，因朝两个圆周方向的转动均不受阻，而同样不存在不能对中收纳的任何可能。

如上文所整体结合的两项专利申请所述，弹性预紧机构也非本发明之必需。未设置该机构时，尽管稍显麻烦，但铰链P1仍可依靠0＜λ≤ζ的升角λ的特别设置来确保入楔，或者如后所述地依靠如图1中空心箭头所示的轴向错动力，来得到用以致使中介件90入楔的牵引摩擦力。另外，弹性预紧机构也可通过将一个与中介件90或摩擦件70不可旋转相连的构件弹压至对方的方式，建立两者间的间接摩擦连接。有关弹性预紧机构的更详细和更多的实施例说明和图示，可参见上文所整体结合的两项专利申请，此处不作进一步说明。

无级定位铰链P1的工作过程非常简单。打开状态下，当与盖体固定连接的摩擦件70在重力作用下，开始持续地具有沿图17中箭头R所指方向，相对与本体周向固定连接的枢轴200，也就是相对导向件50转动的趋势的初始瞬间，摩擦件70将借助牵引摩擦机构F1的牵引摩擦副的摩擦转矩，牵引着转动导向机构G的中介件90，相对导向件50沿箭头R所指方向作转动导向运动。该机构G的转动导向运动所产生的轴向移动/胀紧力，在将导向齿92瞬间楔紧在导向面54a和牵引摩擦面72所围成的端面楔形空间中，也就是中介件90将导向件50与摩擦件70楔合成一个摩擦体，牵引摩擦机构F1因而轴向接合的同时，还将导向件50即刻胀紧在摩擦件70的另一内端面也就是传力摩擦面74上，以形成轴向力封闭式抵触连接的方式，致使传力摩擦机构F2也同步接合，并将导向件50与摩擦件70直接连接成一个摩擦体。

于是，铰链P1随着空间楔形机构的楔合而接合和定位。对应于未示出的盖体的重力的转矩M₀，经由与其固定相连的摩擦件70，分成经由牵引摩擦机构F1和转动导向机构G传递的楔合摩擦转矩M₁，以及经由传力摩擦机构F2直接传递的传力摩擦转矩M₂，分别传递给导向件50，并经与其固定相连的枢轴200最终作用至未示出的本体。其中，M₀＝M₁+M₂。且上述轴向胀紧力、楔合力和各摩擦力的大小，均完全自适应地正比于M₁，也就是M₀。而由于接合/定位时，几乎不存在转速差或转动惯性，因此，无论是否具有ζ＜λ≤ξ的参数设置，铰链P1均不存在因过载打滑而支撑不住盖体的可能性。此时，对中凸起68与对中凹槽118稳定地处于周向上相互错位的位置上，没有解楔及其后的相对转动绝不可能完成对中收纳。

而当需要调节盖体相对本体的俯仰角度，也就是需要改变摩擦件70相对导向件50的定位/楔合位置时，只需沿图1所示的两个空心箭头方向分别轴向施压该两个构件，再驱动中介件90周向转动至目标位置或目标俯仰角度后松开即可。

具体过程为，在包括两个周向极端位置E1和E2的任意位置上，操作者以例如左手沿箭头K2所指方向抵住与导向件50固定连接的本体，以例如右手持住与摩擦件70固定连接的盖体，一方面沿铰链P1的转动轴线X相对本体沿箭头K1所指方向持续地施以轻微压力，一方面以两个方向各一次的程序轻微俯仰转动盖体(不知道楔合/锁止方向时，如非重力致楔场合)，并最多在第二次的朝不同圆周方向的试探转动后，便可致使摩擦件70相对导向件50沿图17中箭头P所指的解楔方向转动。此时，导向面54a与94a之间的法向压力和转动导向机构G的转动导向作用，将随着两导向面产生相互脱离接触趋势的一瞬间而同时消失。自然，基于该机构G的轴向移动/胀紧力的两个摩擦机构F1和F2以及空间楔形机构，将随即分离或解楔。于是，持续的轴向压力于错位转动中致使周向对准的对中凸起68纳入对中凹槽118且不可相对转动，同时导致传力摩擦面58和74分离一个移动距离δ，从而彻底解除铰链P1的楔合能力。之后便可几乎无阻力地自由转动盖体至任意目标俯仰角度，而松开右手就可立即恢复如上所述的楔合状态，将盖体无级地楔死/定位在任意目标俯仰角度上。

实际上，在M₀源自重力转矩的例如笔记本的枢转用铰链，无论具有何种俯仰角度，只要将盖体最佳地向反重力，或者更准确地说是朝着轴向孔71这个回转中点的方向转动，例如朝回复垂直位置的方向转动，便可于第一次转动中完成对中收纳的解楔操作，从而最快速地进入无阻碍地自由调节该盖体俯仰角度的常规操作。与现有技术中需要克服定位转矩的转动不同，上述调节定位角度的转动几乎不受到阻碍。显然，这将显著地降低作用于被铰接件与铰链固定连接部位的循环应力，从而特别有利于减轻该部位的疲劳损伤，延长其寿命。

至此不难发现，在铰链P1中，无级定位楔合/自锁的转矩完全经由面接触摩擦副传递，其传递路径中不存在任何离散构件和薄弱环节，各受力构件均具有极高的轴向和/或周向刚度/强度。显然，其承载能力将仅仅取决于材料的抗拉强度和表面应力强度。因此，相对现有技术，根据本发明的空间楔合式无级定位铰链P1，因高刚性而显然具有更可靠的楔合/自锁特性、无可比拟的承载能力、抗冲击能力和高定位精度；因转动导向机构G几乎不存在磨损，面接触摩擦机构F1和F2又难以磨损且具备自动补偿磨损的能力，以及因所有磨损在几何参数上几乎不改变极限角ζ和ξ的大小和可以磨合/跑合，而具有直至发生机械破坏为止的工作寿命，以及无关使用时间长短的楔合式定位/自锁的可靠性；因楔合时不产生径向力而无需大环厚来增强径向刚度，进而具有更小的径向尺寸；因更简单的结构更少的构件数量，而具有更经济的制作和装配成本，以及更高的生产效率和更宽广的应用范围，更易于大型化和微型化。有关本发明的技术优点和有益效果的更详细的说明和图示，可参见上文所整体结合的两项专利申请，此处不作进一步说明。

例如，在枢轴200的外径等于3mm，摩擦件70的外径不大于8.2mm，以及工作系数和摩擦系数分别为2.0和0.15时，只有约半周可以楔合和传力的铰链P1，其计算转矩便至少达到3.4N·m的量级水平。而当枢轴200的外径等于6.3mm，摩擦件70的外径等于15mm，上述计算转矩至少达到23N·m的量级水平。即便强度降低一半至差于现有产品的普通材料的水平，也分别具有1.7或11.5N·m的承载能力，仍成倍地高于现有技术0.3～0.5N·m的低承载水平。因此，对于同等的承载能力，铰链P1无疑将具有相对更小的轴向、径向尺寸以及质量。

应该指出的是，为谋求更大的设计自由度和使空间楔形机构更容易地楔合或解楔，本发明还具有各种提升极限角ζ和ξ数值的技术手段。包括，将转动导向机构G的导向面54和94设置成倾斜螺旋型齿面，将牵引摩擦机构F1的摩擦面72和104设置成截锥面，致使轴截面内导向面54和94或摩擦面72和104与轴线X的夹角/半锥顶角不等于90度，而等于0～180度的其它值；将牵引摩擦机构F1设置成多摩擦片式结构；以及，将具备更大摩擦系数的材料或元件附装至摩擦面72和104中的至少一个上。例如，在静摩擦系数均为0.15时，铰链P1中的ζ和ξ分别等于0度和17.6度，而只需将牵引摩擦机构F1的摩擦面设置成半锥顶角等于30度的截锥面这一个措施，上述极限角便分别升至8.17度和25.23度。这里应顺便提及的是，本说明书已经给出了关于极限角ζ和ξ的清晰的文字定义和说明，无需付出任何创造性的劳动，本领域的普通技术人员均可据此推导出其函数关系式/计算公式。

由常识可知，为增大同等直径时铰链P1的转矩容量并降低轴向内力，牵引摩擦机构F1和传力摩擦机构F2也可依公知技术，被如上所述地分别或同时设置为多摩擦片式的离合机构，并因此而具有多于一个的一组牵引摩擦副或传力摩擦副。例如，参见图1，依照公知技术并借助设置在通孔或外周面缺口中的两组轴向销，将轴向上分别介于摩擦面72与104以及传力摩擦面58与74之间的，各至少包括一个的各一组环状外摩擦片，不可旋转地连接至牵引摩擦面72和传力摩擦面74，再借助诸如花键副，将对应的各至少包括一个的各一组环状内摩擦片，以与上述外摩擦片轴向交错排列的形式，分别相应地且不可旋转地连接至位于传力摩擦面58和回转摩擦面104内环侧的环形端面凸缘的外周面。

需要说明的是，如定义中所述，本发明没有对转动导向机构G及其导向齿52、92作出具体限制，其不必需具有最佳的螺旋齿结构。因此，该机构G及其导向齿可具有任意具备转动导向功能的形式和形状。导向齿可按离散形式设置在端面/周面上，也可按诸如单头或多头螺纹的形式，周向延续地设置在相应的内/外周面上。而在后一种设置形式中，其可最佳地设置成具有诸如矩形、梯形、锯齿形或三角形等截面形状的螺旋齿。同样道理，只要能够最佳地实现轴向的互补式贴合/抵触，牵引摩擦机构F1和传力摩擦机构F2的各自两组回转摩擦副的截锥式回转型摩擦面，可以基于任意曲线/母线回转而成，并可以是设置有用以散热或排除液体/气体的沟槽的非连续表面。

由上述说明不难看出，本发明最佳地设置周向对中机构的目的，就是将中介件90可靠地限定在相对导向件50的特定的周向位置上。在该位置上，中介件90将不可能入楔。即，中介件90不可能进入将导向件50与摩擦件70可驱动地连接/结合/楔合成一个摩擦体的工作过程和状态。所以，本发明并不要求中介件90必需保持与导向件50的严格对中，或必需缩小该两个构件的轴向间距以使摩擦面74与58或者72与104脱离接触，当然也不要求该机构必需直接设置在两构件或其端面之间，甚至可以没有该周向对中机构。例如，作为对铰链P1的改进，图3～6所示的铰链P2～P4便给出了该机构的三个变型示例。

例如，铰链P2中的呈轴向延伸状的对中凸起68，以键连接方式固定于枢轴200的外周面上，并可滑动地径向延伸至设置在导向件50内周面的呈轴向延伸状的基准槽126中，从而将可轴向滑动的枢轴200不可旋转地连接至导向件50的内周面。实际上，为方便制作，该对中凸起68也可由两个径向圆柱销代替。相应地，呈V字形的对中凹槽118，则最佳地设置在面对对中凸起68的中介件90的相应内端面上。同时，固定连接至延伸段202b外周面的被铰接件与摩擦件70之间的轴向自由度/间隙C，应大于等于L。L是对中凸起68为纳入对中凹槽118以完成解楔式对中收纳所必需移动的最小轴向距离L。装配过程中，对中凸起68穿过位于摩擦件70内周面84a上的呈轴向延伸的缺口85，进入到周向凹槽78后，再最佳地转动半周至其工作转动区间的中点位置上，也就是到达致使弹簧150处于非扭转状态的位置上。之后再将弹簧150的一个端头嵌入轴向孔71中。

如果需要，也可采用诸如过盈或间隙配合、胶接、径向或端面螺钉之类的紧固或非紧固连接方式，在入口82中或其外部的摩擦件70的外周面上，设置至少一个封口件190，如最佳的完整管状圆环，以最佳地封闭住入口82。同样，缺口85也可被设置于其中的例如橡胶类的封堵件密封住。

作为对铰链P2的变型，铰链P3中的对中凸起68是一个可滑动地同时径向贯穿于对中凹槽118和基准槽126中，并同样固定于独立的枢轴200外周面上的径向销。最佳地呈V形缺口状的对应的对中凹槽118，设置在中介件90内径侧朝内端延伸的凸缘式管状基体98的端面上。导向件50可滑转地设置在该管状基体98的外周面上。该管状基体98则可滑转地设置在枢轴200的外周面上。为确保操作的可靠，枢轴200固定连接至所述本体或盖体，并保证图4所示的轴向间隙C大于L。

再参见如图5～6所示的铰链P4。对中凸起68是一个由中介件90内周面，内径向地延伸至对中凹槽118中的径向销。与铰链P2～P3中不同的是，其不再具有传递转矩的功能。为此，枢轴200以诸如过盈配合的方式，固定连接至由导向件50内径侧轴向延伸出来的管状基体60的内周面。对中凹槽118则以V形缺口状的形式，对应地设置在可轴向移动的操纵爪144头部的端面上。该至少一个操纵爪144，最佳地周向均布在操纵环140内径侧的端面上，并穿过位于枢轴200的沿内周面84b间隙形成的径向凸缘203上的轴向延伸型缺口205，沿枢轴200的外周面，可滑动地轴向延伸至设置在管状基体60相应端面上的轴向延伸的基准槽126中。为将非操作状态中的对中凹槽118最佳地保持在对中凸起68的周向移动路径之外，还在操纵环140与周向凸缘203之间，设置有开口波簧式复位弹簧148，其间的可压缩间隙C，应大到对中凸起68可以纳入对中凹槽118以完成解楔式对中收纳的程度。两个被铰接件，例如上述的代表笔记本计算机两部分的本体和盖体，分别最佳地固定连接至摩擦件70以及枢轴200的延伸段202。

于是，沿轴线X分别按箭头K1和K2所指方向相向地错动本体和盖体的操作，可在轴向驱动操纵环140克服了复位弹簧148的弹性力之后，再驱动对中凹槽118沿基准槽126轴向滑动，并将周向位于其槽口中的对中凸起68强制导向对中，从而完成上述的对中收纳，以及对空间楔形机构的解楔操作。显然，轴向型缺口205也可最佳地用作基准槽126。

另外，为提高应用于无重力转矩可用的枢转部位时的双向楔合/定位的可靠性，铰链P4中的弹性预紧机构包括有三个弹性元件。一个是分别抵触至导向件50和中介件90外周面上的两个凸缘端面的螺旋压簧150，另两个是分别固定嵌装在最佳地位于摩擦件70的传力摩擦面74上的两个轴向孔73中，并轴向延伸至相对内端面例如牵引摩擦面72的直线状端点弹簧(未示出)。该两个相隔圆周角小于θ的轴向孔73，对称地设置在外径向上临近凸缘110外周面的入口82的周向两侧，以在枢轴200周向转至极端位置E1或E2之前，确保固定于其中的端点弹簧，抵触至设置于凸缘110上的径向型中央凸起100。这样，即使铰链P4仍然使用铰链P1中的周向对中机构，也能可靠地确保为解楔而进行的周向对中操作中的任何周向转动，都不可能受到阻碍。最优地，当中央凸起100周向对准轴向孔71之际，枢轴200相对摩擦件70正好处于其周向转动区间θ的中点位置上。不难理解，当θ角接近或大于180度时，应在位于极端位置E1和E2之间且位于凸起100转动半径之内的部分内表面80上，设置呈周向延伸的避让凹槽，以不妨碍凸起100的周向转动。

无疑，端点弹簧和中央凸起100可以互换设置位置和数量，也可以是包括片状弹簧在内的任意形式的弹簧或弹性元件。

必需指出的是，对中凸起68和对中凹槽118，在铰链P1中分别设置在导向件50和中介件90上，而在铰链P2～P4中则却必有一个同时独立于该两个构件。因此，铰链P2～P4中的对中操作不再必需该两构件的轴向靠近，转动导向机构G的周向自由度ε，不再相关于其轴向自由度δ和升角λ，ε＞0即可。也就是说，铰链P2～P4楔合定位时的周向自由度/间隙量/空行程ε的下限，不再是铰链P1中的2δ/tgλ，而是可以无限趋近于零的几乎无间隙。

另外，图5～6所示的铰链P4相对铰链P1～P3，更适合应用于有着较大质量的例如门或窗之中的枢转部位(操纵环140被配置在不承受重力的方向上)，只需沿轴线X操纵连接于操纵环140的质量较小的联动机构即可。

必须指出的是，铰链P1～P4均具有以产生牵引摩擦力作为可靠入楔条件的共同技术构思，均借助预紧弹簧150致使中介件90至少始终抵触至牵引摩擦面72，且操作时均需要借助轴向错动压力。但实际上，牵引摩擦力并不是必需的，完全可以基于强制入楔的技术构思，尤其是对M₀源自重力转矩的枢转用铰链。即，设置一个包括至少一个弹性元件和至少一个致动件的入楔控制机构。将该弹性元件作用于中介件90上，例如将螺旋拉簧如图5所示地设置在导向件50和中介件90的外周面上，两个端头分别嵌入该两构件的相应径向孔中，以致使牵引摩擦机构F1获得持续的弹性分离力，致使中介件90与导向件50的轴向间距持续地弹性收缩至最小，并最佳地等于零。因此，在参数δ＞0的前提下，导向件50和中介件90的组合不可能同时抵触至两个摩擦面72和74，铰链当可自由转动。另外，将最佳地呈柱销状的致动件，可滑动地设置在位于摩擦件70，或间接地设置在与其不可旋转相连的例如图15中的限力元件180的径向/轴向孔中，并可操作地抵触至中介件90的外周面或端面104，以摩擦方式强行制止中介件90相对摩擦件70的转动。于是，任意时刻促动该致动件止转中介件90，都将在导向件50相对摩擦件70的转动之际，致使中介件90克服上述弹性元件的弹性拉力而相对导向件50导向转动并入楔，从而致使铰链立即楔合/定位。而撤除促动后，最多只需来回转动导向件50一次，即可解楔。

容易明了，致动件应最佳地具有周向弹性，或由弹性材料制成，与其抵触的中介件90的相关表面应最佳地具有较高的摩擦系数，或设置成非自锁的齿面。

显然地，基于铰链P1～P4的结构特点和公知的十字轴万向节技术，只需进行常识性的简单组合，本领域技术人员便可得出用于例如笔记本计算机的空间型无级定位铰链的技术方案。图7～10示出了其中的两个实施例。

参见图7～8，空间无级定位铰链P5组合有两转动轴线垂直相交且摩擦件刚性成一体的两个铰链，即，绕水平轴线Xa转动的上半部铰链和绕垂直轴线Xb转动的下半部铰链。上半部铰链实际上就是铰链P1，下半部铰链实际上就是将铰链P1中的弹性预紧机构，替换以铰链P4的弹性预紧机构后的简单变型。摩擦件70包括垂直摩擦件70a，以及可滑转地抵触至铰接板240的上平面的水平摩擦件70b两部分。铰接板240是由枢轴200b下端部径向延伸出的板状凸缘，用以与例如本体固定相连。上半部铰链的延伸段202用以与例如盖体固定相连。因此，手持盖体相对本体沿水平轴线Xa，分别按箭头K1和K2所指方向相向错动和俯仰转动，便可调节和改变两者间的俯仰夹角，沿垂直轴线Xb，分别按箭头K3和K4所指方向相向提升错动和左右转动，便可调节和改变两者间的水平夹角。无疑，本体与摩擦件70b间应设置不小于δ的轴向自由度，而且对铰链P5，可分别或同时进行沿轴线Xa及Xb的解锁/解楔转动。

作为变型，铰链P6与P5的差别主要在于，上、下半部铰链均具有自己独立的摩擦件70a或70b，并且摩擦件70a的基准平面75可支撑在摩擦件70b的上端面上绕轴线Xb回转，参见图9～10。相应地，枢轴200b刚性一体地设置在该基准平面75的中央。同时，为确保密封和连接的牢靠，D字形非圆配合被改为径向销连接。即，在导向件50b以过盈配合的方式固定连接在枢轴200b外周面的基础上，再最佳地将一个连接销186，由外径向同时嵌入设置于导向件50的径向通孔，以及设置在枢轴200b外周面相应位置处的径向孔201中。对应地，摩擦件70b被固定连接至例如笔记本计算机主机/本体。

对比现有技术不难明了，楔合/定位状态中，由于沿轴线Xa和Xb的间隙均刚性地等于零，不存在可压缩性和误差积累的问题；由于两个枢轴200及其延伸段202与摩擦件70的内周面84之间的配合间隙和精度可以很容易地做到近似于零，而且几乎不存在可察觉的使用磨损；以及由于摩擦件70得到相对最大面积的垂直支撑；因此，相对现有技术，铰链P5～P6无疑将具有明显为高的定位刚度和抗弯性能。被定位的盖体因此不会产生可感知的间隙式晃动，进而具有显著提升的稳定性。另外，基于上述说明，空间铰链P5～P6将很容易具有10mm～20mm的垂直高度。

观察图7～10显然可知，空间铰链P5～P6中的两个相互垂直的轴线Xa和Xb是共面的。但基于常识，该两轴线也可具有空间内相互垂直的非共面关系。即，以轴线Xa和Xb相互垂直的方式，以及以非入口82a和82b部位的外周面相连接的方式，将空间铰链P5～P6中的摩擦件70a和70b，最佳地连接成一个类似十字轴式万向节的单一零件。当然，如果此时的轴线Xa和Xb相互平行，得到的将是可全周向无级定位的双轴平面无级定位铰链。而如果采用诸如如后所述的两个单轴无级定位铰链P7～P9，便可得到能承受大或超大载荷的十字轴式万向无级定位铰链。

正如上述说明和有益效果中所指出的那样，本发明的构思精神和技术方案决定了其具有现有技术无可比拟的通用性。因为，本发明首先具有现有技术所无法企及的定位承载能力，其次，本发明具有现有技术所没有的可以保持终生的定位可靠性和定位能力，再次，本发明具有相对更简单的结构和操作方便性。而由上述说明可知，实施本发明的技术关键就是如何随时实施解楔操作以实现自由转动。因此，既然本发明可以很好地应用于几乎没有周向操作空间的枢转部位，那么在提供有周向操作空间的枢转部位，本发明将因可以简单方式实施直接针对铰链本身的解楔操作，而难以遇到实施障碍。

例如，由铰链P1变型来的平面无级定位铰链P7，便可用于诸如壁挂式落地式电风扇、淋浴头、台灯、靠背可调式座椅、遮阳伞中的相关枢转部位，参见图11～12和图18。该铰链P7中的导向件，被设置成由导向件50和作为环状袋形构件的限力元件180，不可旋转地相连而成的力封闭式组合构件。其中，限力元件180具有铰链P1～P4中的袋形摩擦件的构造。为与限力元件180不可旋转地相连，在导向件50的外周面上，简单地设置有以互补的方式沿入口82径向延伸至封口件190内表面的凸缘式弧形力臂55。其两个径向侧表面66，是可与入口82的两个径向侧表面同时互补式地啮合，并传递转矩的传力特征曲面。于是，与中介件90一同可滑转地设置在盘形环状摩擦件70的管状基体76的外周面上，并刚性抵触至支撑端面189的导向件50，因其两侧表面66与U形内表面80的互补式贴合而和限力元件180不可旋转地连接成一体。因此，传力摩擦机构F2不再如前所述地与摩擦件70以及导向件50分别刚性地结合在一起，而是不可旋转地分别结合在一起。另外，管状基体76与其内孔中的枢轴200通过非圆配合以及过盈配合的双重连接固定成一体。

实际上，在铰链P7中，作为环状袋形构件的限力元件180，就是传力摩擦机构F2中的一个与导向件50不可旋转地相连的摩擦片。如果需要，中介件90和摩擦件也可通过在各自外周面上设置上述力臂的形式，与限力元件180分别构成类似于上的组合构件。届时，对中凸起68和对中凹槽118，可分别径向地间接设置在与中介件90不可旋转地相连的限力元件180的例如内周面上，以及与导向件50不可旋转地相连的枢轴200的外周面上。当然，如果允许，导向齿52或92应借助精密铸造、浇注、压铸或注塑等方式，最佳地直接设置在例如支撑端面189上。

另外，为将楔合定位中的铰链P7的轴向自由度δ和周向间隙/周向自由度ε同时设置为零，以使其在两个圆周方向上均可稳定地和无任何间隙地无级楔合、定位成一个整体，其中介件90被分解成两组各自独立的中介件90a和90b，并具体为对应于不同圆周方向且周向对称的锯齿状导向齿92a和92b。优选地，该两组中介件90a和90b，以各与一个设置在其径向内侧的基体环114a和114b分别形成为刚性一体的方式，构成两个环状的单向中介件90a和90b。而该两个基准环114a和114b轴向间最佳地间隙相邻，且以不妨碍中介件90a和90b的入楔运动为准。

相应地，弹簧150变型为一组例如波形弹簧，其分别设置在两个相邻的中介件90a和90b的对应于导向齿92齿顶部的周向间隙CT之间，以将该二构件分别持续地同时弹压向位于同一楔形空间的周向两侧的最小端，也就是致使二构件持续性地同时抵触至导向件50和摩擦件70。

为相向转动两个中介件90a和90b，以压缩弹簧150并执行解楔操作，专门设置有具体为周向强制转动机构的解楔机构。该机构包括两个设置在位于周向间隙CT两侧的导向齿92a和92b的周面上，并由入口82径向延伸至其之外的手柄95a和95b。明显地，解除楔合的相向转动与载荷转矩的方向无关。封口件190应设置有允许手柄95a和95b通过的孔或缺口，并以诸如橡胶或塑料等具有弹性的材料制成为佳。

于是，只要操作者以一只手先周向相向握紧或捏合手柄95a和95b，再以同一只手同时驱动与诸如电风扇或淋浴头的杆部固定相连的限力元件180转动(未示出连接结构)，便可立即强制性地解除铰链P7的定位楔合，并自由转动至目标位置，松手即可实现铰链P7无任何间隙的再次定位楔合。此时，枢轴200是固定连接至例如支架或墙壁上的。当然，枢轴200也可固定连接至诸如电风扇或淋浴头的杆部，而以限力元件180固定连接至例如支架或墙壁。这样，操作时便需要操作者以另一只手托住例如电风扇或淋浴头并转动至目标位置。

容易理解，为防止无级调节过程中导向面54与94间发生不希望的抵触，只需例如在导向齿52的齿底部正中，设置轴向延伸至周向间隙CT之间的对中凸起，或更简单地，在力臂55上设置一个周向上介于手柄95a和95b的正中，并轴向延伸至二者之间的轴向凸起即可。另外，大致呈环状的中介件90a和90b，也可以借助两个相互啮合的行星齿轮实现互反的联动转动。该两个行星齿轮分别借助两个轴向贯穿限力元件180的销轴，可旋转地固定在入口82中，并分别啮合至中介件90a和90b外表面上的相应轮齿。于限力元件180外端转动其中的一个销轴，便可致使两个中介件90a和90b同步地进行解楔转动。

同样不难理解，还可在图11中的传力摩擦面74与58之间，再轴向对称地设置一对中介件90和导向件50，并且最佳地，将两个对称的转动导向机构G，设置成工作方向互反的单向转动导向机构，该两个机构各具有一个如图13、19所示的设置有单向导向齿92的中介件90。相关说明详见于后。

再例如，图13～14、19所示的铰链P8。该铰链P8相对铰链P7的主要不同在于，其分别设置有单向导向齿92a和92b的两个最佳地呈环状的中介件90a和90b，以圆周朝向互反的方式分别设置在导向件50的轴向两端，且两个相背的回转摩擦面104a和104b所限定的轴向最小间距，小于对应的两个相向的牵引摩擦面72a和72b所限定的轴向间距。于是，铰链P8中没有传力摩擦机构F2，而只有两个对称的牵引摩擦机构F1a和F1b。相应地，两组锯齿状单向导向齿52a和52b，以圆周朝向互反的方式分别设置在导向件50的轴向两端面上。导向齿52与92的非导向面56和96最佳地平行于轴线X。

为提升导向齿52和92的轴向承载能力，在导向面54与94以及非导向面56与96成对地同时抵触之际，双方的齿顶面和齿底面的轴向间距，被最佳地设置成大于零。因此，在例如图19所示的楔合/定位状态中，由于转动导向机构Ga的轴向自由间隙和周向自由间隙均已等于零，转动导向机构Gb的轴向自由间隙和周向自由间隙均已达到最大，导向件50显然无法相对摩擦件70沿箭头R所指方向转动。而导向件50相对摩擦件70沿箭头P所指方向的转动，将至少因为导向面54b与94b的摩擦不自锁而可以进行。但该转动仅仅可以转过ε≤δ/tgλ的圆周角，在非导向面56b与96b抵触并互换转动导向机构Ga、Gb的接合状态后，铰链P8将再次进入稳定楔合/定位状态。

可见，在任意楔合定位位置上，铰链P8均存在圆周角等于ε的可能的微小自由间隙量。但基于单方向导向面面积的增加，铰链P8将获得相较铰链P1～P7大致翻倍的转矩容量。

不同于上述铰链P1～P7，铰链P8具有类似于传统的结构形式。即，以诸如端部设置卡环、螺纹或者最佳地以过盈配合的连接方式，连接至摩擦件70或导向件50内周面的枢轴200，不再具有对外连接和承载转矩的功能。相应地，摩擦件70的例如背离入口82的一端，设置有用以固定连接至例如支架或墙壁的包括有一组安装孔79的连接凸缘77。由力臂55的径向外端，朝入口82外侧延伸出用于固定连接至例如淋浴头，且与轴线X平行的平面状铰接板65。该铰接板65上设置有诸如一组安装孔64或圆柱形凹槽的连接构造，以及安装有螺旋弹簧150的贯通式弹簧定位孔112。由手柄95a和95b的位于入口82外的内端，沿轴向分别相向地延伸出的支撑耳97a和97b，以与铰接板65的端面S1和S2至少间隔圆周角ε的方式，分别由其周向两侧，平行地延伸至可覆盖弹簧定位孔112的位置处，并被设置在其中的螺旋弹簧150同时抵触至内侧面，并持续性地分离至相距最远的位置上。也就是，致使中介件90a和90b同时和始终地楔合在导向件50和摩擦件70之间。于是，只要致使支撑耳97a和97b同时周向相向地转动，便可解除其间的楔合/定位状态，而与载荷转矩的方向无关。即，操作者以一只手同时握紧或相向地捏合支撑耳97a和97b，便可强制性地驱动两者并带动位于其间的导向件50，以及例如淋浴头的被铰接件一同自由转动，松手或解除捏合力便可恢复铰链P8的定位楔合状态，将被铰接件再次无级和可靠地定位在目标位置上。

实际上，弹簧150也可以是设置在位于入口82中的导向件50和中介件90a、90b的相应外周面上，并将双方朝导向齿相互贴紧的方向周向拉紧的两根拉伸弹簧。该两根弹簧分别连接至位于中介件90a的R1和导向件50的R2部位，以及位于导向件50的R3和中介件90b的R4部位的例如径向孔或凸起(未示出)。同样，铰链P8也可设置一个封口件190，其具有公知的例如折皱式构造的可周向伸缩结构，以覆盖住除连接凸缘77和支撑耳97径向之外的铰接板65的所有表面。

另外，为扩大力臂55的周向转动区间θ角，铰链P8中U形非闭合式内表面80，可以因两个延伸切线方向H和H′不相互平行而呈扩口喇叭形。并且，可以按需改变入口82相对连接凸缘77的周向相对位置，也就是可调节转动中心的周向位置。如图14所示，铰链P8中的θ角显然大于90度，超出例如淋浴头和壁挂式电风扇的实际调节要求。但如果需要，该θ角仍可扩大至类似传统合页/铰链的接近180度～360度，也就是入口82的开度，可以大到并非沿切线延伸所得的接近360度。此时，摩擦件70的连接凸缘77将变型为一个例如传统合页/铰链那样的平面状连接板。而为了提升受胀紧力作用的摩擦件70的轴向刚度，以确保例如摩擦面72a与72b的平行度，尤其是使用非金属材料制作相关构件之际，枢轴200应最佳地与摩擦件70的两个内周面84a或84b，形成轴向限定或固定连接关系。例如，在枢轴200两端分别设置一个紧贴摩擦件70外端面的卡环，或者，将枢轴200设置成一端以自锁螺纹固定连接至内周面84a或84b上的类似螺钉状构件，或者，以一副螺栓直接替代枢轴200。显然，也可按轴向刚性相连的形式，将两个或两个以上的铰链P8合并成一个组合铰链体，其中，所有的连接凸缘77和铰接板65，均分别对应地连接成刚性一体，且共用同一个枢轴200。

不难理解，利用重力转矩方向恒定的特点，依据本发明的无级定位铰链中的转动导向机构G，可以仅在一个圆周方向上具有楔合定位功能，即导向齿52和92可具有简单的端面锯齿状或者周面型螺旋齿/螺纹的单向齿结构，参见图16、18，或上文所整体结合的两项专利申请。但由常识可知，在应用于例如电风扇和淋浴头之类的可以产生反重力或反冲力转矩的枢转部位，该单向齿结构可能会因此而导致定位的不稳定。

同样不难理解的是，本发明的用于固定连接被铰接件的构件，例如铰链P8中的导向件50和摩擦件70，可分别设置成被铰接件的一部分，例如，将包括有力臂55等的导向件50设置成电风扇本体或杆部末端的一部分，而将摩擦件70设置成电风扇铰接支座的一部分。

再参见图15，由铰链P7变型所得的铰链P9，可以最佳地应用于例如机动车辆中的靠背可调节式座椅。其主要不同在于，在限力元件180的支撑端面189上，设置有可作有限转动并可抵触至导向件50的大致环状支撑件220，中介件90和导向齿52、92，具有如图1、17所示的结构。其中，支撑件220与导向件50以及限力元件180组成可操纵的无级支撑机构SS。该支撑机构SS是一个以支撑件220为中介件且具有极限角ξ′的又一个空间楔形机构，其设置有最佳地呈单向的转动导向机构UG。该机构UG的两组具有互补式构造的类似图19所示的螺旋式单向导向齿62和232，分别设置在支撑件220和作为被支撑件的导向件50的相互面对的环形端面上，以使两者转动导向地相连接。实际上，导向齿62和232也可分别设置在支撑件220的支撑端面224，以及周向凹槽78一个内端面亦即支撑端面189上。其中，导向齿62和232的导向面的升角λ′小于ξ′，ξ′的定义同于ξ。

为驱动和允许导向件50轴向移动，支撑件220的外周面上最佳地设置有沿入口82径向延伸至其外的力臂222。该力臂222与入口82两侧面最佳地具有转动间隙，以在导向件50相对限力元件180形成周向一体/固定的同时，支撑件220相对限力元件180可以具有一定的周向自由度。这样，相对限力元件180转动支撑件220，便可在该周向自由度之内轴向无级地驱离/移动导向件50，以将摩擦件70、中介件90和导向件50，无间隙地刚性压紧/抵触在传力摩擦面58上，或者撤销该刚性压紧/抵触状态，从而强制性地建立或撤销上述构件之间的轴向力封闭式抵触连接，迫使空间楔形机构在两个圆周方向上可靠地入楔或解楔。

显然，该周向自由度应能确保力臂222的上述工作转动不被入口82的侧面所妨碍。最佳地，该力臂222被设置在入口82的周向正中并大致呈圆柱状，其转动时，可通过容纳其的缺口192，周向带动间隙地设置在限力元件180外周面上的管形封口件190转动。另外，弹簧150被最佳地设置并分别连接在支撑件220与导向件50的外周面上，或分别连接至力臂222与55。例如，借助其上的径向/轴向孔或轴向销钉，以将两相邻导向齿62和232双方的导向面持续地相向拉紧。

实际上，上述整个无级支撑机构SS均是弹性预紧机构的一部分。而且，升角λ′越接近ξ′，弹簧150提供的弹性预紧力应最佳地相对越大，以提高楔合定位的可靠性。另外，该无级支撑机构SS也可以是肘节机构，或可轴向伸缩且包含有流体的封闭腔体装置。相关详细说明和图示，可参阅本申请人于本申请同日提出的名为空间楔合式摩擦联轴器和安全离合器，以及空间楔合式摩擦连接器的专利申请，此处不作进一步说明。

显然，互换图15中转动导向机构G和牵引摩擦机构F1的轴向位置，导向件50将变型为摩擦件；而如果将摩擦件70与中介件90合并成一个零件，并在传力摩擦面58与74之间置入一个内孔中耦合有另一固定轴的摩擦环，导向件50则变型为中介件。即，该两种变型中，被支撑件将分别由摩擦件和中介件充当。

继续参考图15。为彻底消除铰链P9的定位间隙，每对导向齿52和92的齿高，均被设置成不妨碍对应于两个圆周方向的两组导向面54a和94a以及54b和94b在轴向上的同时贴合，亦即各自的齿顶与各自所处齿槽槽底面的轴向最小间距均最佳地大于零。同时，解楔机构被最佳地设置成至少包含周向限位机构RP和无级支撑机构SS两个子机构的组合机构。其中，周向限位机构RP的至少包括一个的对中式限位凸起69，被设置在例如导向齿52的齿顶面中部，恒久且对应地收容该凸起69的限位凹槽119，则被设置在例如导向齿92的齿底面中部。实际上，凸起69与68，凹槽119与118，均具有完全类似的形状和设置位置。

设置上，解楔机构具有这样的效果。即，各导向面54和94对应地相互同时抵触时，周向限位机构RP在两个圆周方向上的间隙/周向自由度都最佳地大于零，并且，支撑件220可同时轴向刚性抵触至导向件50和支撑端面189，并建立起轴向力封闭式抵触连接。而当转动导向机构G朝两个圆周方向的大于零的转动导向移动被该周向限位机构RP阻止时，也就是限位凸起69周向抵触至限位凹槽119之时，导向件50与中介件90之间的转动导向运动所带来的轴向位移量Y，应最佳地小于等于转动导向机构UG的转动导向运动所允许的轴向最大位移量D，亦即导向件50的轴向自由度D。显然，该轴向自由度D对应于支撑件220相对限力元件180大于零的周向自由度。

实际上，限位凸起68也可最佳地具有周向弹性，例如，由一个植入式的弹簧钢丝充当。此时，周向限位机构RP的周向自由度，便以等于零为最佳。

于是，支撑件220相对导向件50朝一个圆周方向上的弹性转动，可在两个圆周方向上将摩擦件70与导向件50，亦即与限力元件180无间隙地楔合成一个整体，彻底消除带来转矩冲击的周向间隙/定位自由度/空行程；而朝反方向的强制转动，可即刻解除该楔合并恢复摩擦件70的相对自由。也就是说，如果借助贯穿于安装孔187中的螺钉，将铰链P9的限力元件180固定连接至例如座垫部分的一个侧面，再通过例如非圆配合，将其延伸段202b周向固定至靠背部分对应侧的相应安装孔中(另侧可配置其它铰链)，那么，铰链P9便可可转动地连接靠背部分与座垫部分，并无级地调节且牢固地和零间隙地锁定/楔合其间的相对/俯仰角度。之后，只需使用者以一只手周向转动力臂222，便可用另一只手或使用者的背部(当安装有靠背回位弹簧时)按压以自由和无级地任意调节所述俯仰角度，撤除转动力便可令铰链P9立即楔合并保持住定位角度和位置。楔合定位状态中，无论例如车辆/飞机如何颠簸，铰链P9及靠背均不会发出撞击/拍击声或振动，更不会自行改变俯仰角或打滑，即便靠背部分受力至过载，即便升角λ符合不等式ζ＜λ≤ξ。当然，若将导向件50耦合至作为转矩上游端的靠背部分，则过载之际仍可打滑，而这正是用作安全式摩擦夹持装置的连接方式。

应顺便说明的是，铰链P9在其袋形构件外件不大于39mm以及工作系数取2.0时，其计算转矩至少达到390N·m。而为降低大转矩时枢轴200处安装部位的连接强度要求，其延伸段202b上可径向延伸出设置有例如安装孔的周向凸缘。

最后，再参见图16。除了结构上的变型之外，铰链P10与铰链P9的技术方案没有任何的不同。其中，摩擦件70与枢轴200最佳地形成为刚性一体，导向件50可滑转地设置在枢轴200的外周面上，且借助外花键齿63和内花键齿182与限力元件180合并成一个零件。限力元件180变型为一个设置有管状端面凸缘183的开放式盘形环状构件，支撑件220变型为杯形壳，其具有环绕凸缘183外周面的凸缘223。相应地，无级支撑机构SS的单向转动导向机构UG变型为周面型螺旋机构。该机构UG的一组螺旋导向齿62、232以类似单头或多头螺纹的形式，周向延续地分别设置在与导向件50周向固定的凸缘183的外周面，以及管形段223的内周面上。扭转式预紧弹簧150设置在管形段223的外周面上，其一个端头嵌入位于该周面的径向孔中，另一个端头嵌入位于限力元件180相应端面上的轴向孔181中，并以致使支撑件220轴向趋近限力元件180的方式，向二者施以持续性的弹性扭转力。作为结果，支撑件220的支撑端面224对导向件50的支撑端面51维持有持续性的轴向压力，从而将中介件90和摩擦件70无任何间隙地刚性压紧在限力元件180的传力摩擦面58上，建立起轴向力封闭式抵触连接。并且，此时支撑件220与限力元件180以及枢轴200相应端面的轴向间隙Ca、Cb、Cc均大于零。因此，铰链10同样可以实现等同于铰链P9的无任何间隙的无级楔合定位/自锁效果，而相对限力元件180转动支撑件220，同样可以方便、快捷和有效地实现定位角度的无级调节。

实际上，支撑件220也可以设置成圆盘或圆环状的堵头，并将螺旋导向齿62、232分别设置在其外周面上，以及位于内花键182外端的凸缘183的内周面上。包括限位凹槽119和限位凸起69的周向限位机构RP，也可以设置在中介件90的外周面与凸缘183的内周面之间，且可呈键连接形式。另外，铰链P10也可以变型为轴-轴安装/铰接形式。即，在中介件90的内周面上设置一个轴向延伸至支撑件220的中心孔(未示出)之外的空心轴或实心轴，并连接至一个被铰接件。这样，图16中的中介件90便成为变型后所得铰链的导向件，而其中的导向件50便成为该铰链的暴露在外的中介件。

根据常识和上述说明，人们不难想到，本发明还可用作各类地面可移动机械/器的可靠驻车制动装置，还可用作所有传动领域中可过载打滑或不打滑的各种制动、离合或摩擦夹持装置，尤其是对铰链P9、P10稍作改变之后。而在依据本发明的铰链中的例如摩擦件70的外周面上或枢轴延伸段202上设置轮齿或齿轮，再设置与其啮合的齿条/齿圈，便可在分别固定连接至该铰链和齿条/齿圈的两构件之间，实现沿该齿条/齿圈的各种所需的几何运动的无级定位。比如，用于座椅等沿水平或垂直滑轨直线移动时的无级调节和无间隙可靠定位，用于例如机床旋转工作台的周向无级定位或制动。另外，附加入诸如电磁致动机构等之后，本发明还可用作如下装置的枢轴机构或开关机构，例如，各类电闸门、电磁门、旋摆门和伸缩门等。

应该指出的是，除本申请说明的技术方案之外，本发明的目的还可借助本申请人于本申请同日提出的，名为空间楔合式不可逆传动装置及全程主动驱动式起升机构的专利申请的技术方案实现。例如，参见图18，去除手柄95后再设置一个具有去楔凸齿142的拨爪件，利用其凸齿142在两个圆周方向上分别抵触至位于导向件50上的传力凸齿侧面61之前，均可于齿底部位先行抵触至导向齿92a或92b并致使其解楔的设置效果，便可得到受拨爪件控制的无级定位铰链。更详细的图示和说明，可参见该申请文件。

以上仅仅是本发明针对其有限实施例给予的描述和图示，具有一定程度的特殊性，但应该理解的是，所提及的实施例和附图都仅仅用于说明的目的，而不用于限制本发明及其保护范围，其各种变化、等同、互换以及更动结构或各构件的布置，都将被认为未脱离开本发明构思的精神和范围。

Claims (10)

1.一种空间楔合式无级定位铰链，包括：

绕一轴线回转且可轴向接合的至少一个牵引摩擦机构，其具有至少一个中介件以及绕所述轴线回转并设置有摩擦面的摩擦件，以在该两构件间传递摩擦转矩；

为所述牵引摩擦机构提供接合力并绕所述轴线回转的至少一个转动导向机构，其具有所述中介件以及绕所述轴线回转并设置有相应导向面的导向件；

其特征在于：

当所述导向件和所述摩擦件被所述中介件可驱动地连接成一个摩擦体时，所述导向件的所述导向面与所述中介件之间的相互抵触部位的升角λ，大于零且小于等于ξ，即，0＜λ≤ξ，其中，ξ是能够令形成于所述抵触部位的导向摩擦副自锁的所述升角λ的最大值。

2.按权利要求1所述的铰链，其特征在于：该铰链包括至少两个绕所述轴线回转的摩擦机构，其中一个是所述牵引摩擦机构，其中另一个是与所述导向件和所述摩擦件至少不可旋转地分别结合在一起的传力摩擦机构以及再一个所述牵引摩擦机构中的一个。

3.按权利要求1～2所述的铰链，其特征在于：

还包括至少一个限力元件；以及

所述导向件、所述中介件和所述摩擦件中的至多一个，是至少通过不可旋转的连接方式包括有所述限力元件的力封闭式组合构件，以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接。

4.按权利要求3所述的铰链，其特征在于：所述导向件、所述中介件、所述摩擦件和所述限力元件之一是袋形构件，以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接，其设置有绕所述轴线回转的至少大致半周的内周面，以及位于该内周面上的大致半周的周向凹槽和由所述袋形构件的外周面连通至该周向凹槽的入口。

5.按权利要求1～2所述的铰链，其特征在于：还包括为所述导向件、所述中介件和所述摩擦件提供所述轴线的枢轴，该枢轴至多可与所述导向件和所述摩擦件中的一个至少不可旋转地相连。

6.按权利要求1～2所述的铰链，其特征在于：所述中介件是一个绕所述轴线形成并设置有相应回转摩擦面的至少大致为环状的构件，其还设置有用以与所述导向件的所述导向面摩擦抵触的导向面。

7.按权利要求1～6任一项所述的铰链，其特征在于：还包括至少具有一个弹性元件的弹性预紧机构，其用于持续地保持所述中介件与所述摩擦件之间的至少间接的摩擦连接。

8.按权利要求1～6任一项所述的铰链，其特征在于：所述导向件和所述中介件的所述导向面是螺旋型齿面，其设置在该两个构件的包括端面、内周面和外周面的一个表面上。

9.按权利要求1～6任一项所述的铰链，其特征在于：

对应于两个不同的圆周方向，所述转动导向机构均具有转动导向功能，所述导向件和所述中介件均设置有所述导向面；以及

还包括解楔机构，其用于可操作地致使所述中介件在至少一个圆周方向上，不能同时抵触至所述导向件和所述摩擦件。

10.按权利要求8所述的铰链，其特征在于：所述袋形构件为两个，该两个袋形构件以各自的所述轴线相互垂直和相互平行中的一种方式，连接成一个刚性整体。

Images