CN103557241B

CN103557241B - 球关节三维轴

Info

Publication number: CN103557241B
Application number: CN201310537058.5A
Authority: CN
Inventors: 孙学雁; 郭辉; 程大鹏; 赵琳; 王云龙; 李响
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2033-11-04
Also published as: CN103557241A

Abstract

一种球关节三维轴，包括球体、滑块、动滑道、滑条、X轴、Y轴、Z轴和销；球体上设有Z轴滑槽和与其相垂直的XY轴滑槽，球体和Z轴能绕销相对转动。Z轴、X轴和Y轴相互垂直，X轴和Y轴水平摆放，只能绕各自轴线旋转；在X轴和Y轴与球体的连接端均固定连接滑条，动滑道内设有弧形滑槽，滑条两侧面与弧形滑槽的两侧面接触并形成间隙配合，滑条在弧形滑槽内滑动；滑块的两侧面与球体上的XY轴滑槽的两侧面接触并形成间隙配合,滑块能在XY轴滑槽内滑动。一个球关节转动能带动三个相互垂直的轴转动，能即时准确将空间转角分解到每个垂直轴上。以解决空间三维转角转换为平面二维转角的问题。本发明结构简单，机构巧妙，具有较强的实用价值。

Description

球关节三维轴

技术领域

本发明涉及一种球关节传动机构，尤其是由球关节转动带动三根相互垂直轴同时转动的球关节三维轴。

背景技术

在机械传动机构中，万向联轴节是将两根轴连接起来实现同轴或不同轴的传动的常见机构，但万向联轴节不能用于两根轴垂直的场合，更不能用于连接三根相互垂直的轴的场合。在实际应用中有很多场合是需要一关节转动同时带动三根相互垂直轴同时转动的情况，例如机械原理中的空间转动自由度分解到三个垂直轴方向的转动的问题、数学空间角度在三个空间直角坐标系的角度分解问题、机械制图中空间直线和平面对三个投影面的投影变换问题等等。采用现有技术解决上述问题将使机构和设备做的非常复杂、庞大，甚至无法实现。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种球关节三维轴，该球关节三维轴不仅能带动三个相互垂直的轴转动，而且还能即时准确将空间转角分解到每个垂直轴上。以解决空间三维转角转换为平面二维转角的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：球关节三维轴包括球体、滑块、动滑道、滑条、X轴、Y轴、Z轴和销；球体上设有Z轴滑槽和XY轴滑槽，Z轴滑槽和XY轴滑槽均为方形槽，360度分布在球体上，Z轴滑槽的位置是竖立摆放，XY轴滑槽的位置与Z轴滑槽相垂直； Z轴竖立摆放，Z轴上端设成Z轴滑块头，Z轴滑块头的两侧面与球体上的Z轴滑槽的两侧面接触并形成间隙配合；在XY轴滑槽内和Z轴滑块头上设有销孔，销孔内插入销，由销固定连接Z轴滑槽两侧的球体，同时销作为铰链轴连接球体和Z轴，使球体和Z轴能绕销相对转动。X轴和Y轴水平摆放，Z轴、X轴和Y轴相互垂直，并使Z轴、X轴和Y轴的轴线相交于球体的中心，设X轴、Y轴和Z轴位置固定，只能绕各自轴线旋转；在X轴和Y轴与球体的连接端均固定连接滑条，动滑道和滑条是扇形片状；动滑道内设有弧形滑槽，滑条两侧面与弧形滑槽的两侧面接触并形成间隙配合，滑条在弧形滑槽内滑动；动滑道与滑块固定连接，滑块是长方体，滑块的两侧面与球体上的XY轴滑槽的两侧面接触并形成间隙配合, 滑块能在XY轴滑槽内滑动。球体转动时，带动X轴、Y轴和Z轴对应转动，即球体的空间转角分解为三个垂直轴的平面转角。球体绕Z轴转动时，通过Z轴滑槽推动Z轴的Z轴滑块头直接带动Z轴旋转；球体绕X轴转动时，通过XY轴滑槽推动滑块、滑块带动动滑道，动滑道的弧形滑槽再带动滑条、最终带动X轴转动；同理可得球体带动Y轴转动。

本发明的有益效果是：一个球关节转动能带动三个相互垂直的轴转动，能即时准确将空间转角分解到每个垂直轴上。以解决空间三维转角转换为平面二维转角的问题。本发明结构简单，机构巧妙，具有较强的实用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是表达整体结构的立体图。

图2是整体结构爆炸图。

图3是表达中心内部结构的主视图，采用局部剖画法。

图4是图3左视图。

图5是把图1位置的球体水平旋转45度后的立体图。

图6是图5的主视图。

图7是图6的俯视图。

图8是把图1位置的X轴和Y轴对称旋转90度后的立体图。

图9是图8的主视图。

图10是图9的俯视图。

图11是把图8位置的Z轴旋转120度后的立体图。

图12是图11的主视图。

图13是图12的俯视图。

图14是把图11位置的Z轴旋转10度X轴和Y轴对称旋转45度后的立体图。

图15是图14的主视图。

图16是图15的俯视图。

图中1. 球体，2.滑条，3. Y轴，4.X轴，5.滑块，6.动滑道，7.XY轴滑槽，8.Z轴滑槽，9.Z轴，10. Z轴滑块头，11. 销,12.销孔, 13.弧形滑槽。

具体实施方式

在图1至图4中，表示本发明的构造组成和零部件的连接和位置关系，球关节三维轴包括球体1、滑块5、动滑道6、滑条2、X轴4、Y轴3、Z轴9和销11；球体1上设有Z轴滑槽8和XY轴滑槽7，Z轴滑槽8和XY轴滑槽7均为方形槽，360度分布在球体1上，Z轴滑槽8的位置是竖立摆放，XY轴滑槽7的位置与Z轴滑槽8相垂直； Z轴9竖立摆放，Z轴9上端设成Z轴滑块头10，Z轴滑块头10的两侧面与球体1上的Z轴滑槽8的两侧面接触并形成间隙配合；在XY轴滑槽7内和Z轴滑块头10上设有销孔12，销孔12内插入销11，由销11固定连接Z轴滑槽8两侧的球体1，同时销11作为铰链轴连接球体1和Z轴9，使球体1和Z轴9能绕销11相对转动。X轴4和Y轴3水平摆放，Z轴9、X轴4和Y轴3相互垂直，并使Z轴9、X轴4和Y轴3的轴线相交于球体1的中心，设X轴4、Y轴3和Z轴9位置固定，只能绕各自轴线旋转；在X轴4和Y轴3与球体1的连接端均固定连接滑条2，动滑道6和滑条2是扇形片状；动滑道6内设有弧形滑槽13，滑条2两侧面与弧形滑槽13的两侧面接触并形成间隙配合，滑条2在弧形滑槽13内滑动；动滑道6与滑块5固定连接，滑块5是长方体，滑块5的两侧面与球体1上的XY轴滑槽7的两侧面接触并形成间隙配合, 滑块5能在XY轴滑槽7内滑动。球体1转动时，带动X轴4、Y轴3和Z轴9对应转动，即球体1的空间转角分解为三个垂直轴的平面转角。球体1绕Z轴9转动时，通过Z轴滑槽8推动Z轴9的Z轴滑块头10直接带动Z轴9旋转；球体1绕X轴4转动时，通过XY轴滑槽7推动滑块5、滑块5带动动滑道6，动滑道6的弧形滑槽13再带动滑条2、最终带动X轴4转动；同理可得球体1带动Y轴3转动。

图1、图2、图3、图4是球体1单绕Z轴9或单绕X轴4旋转的位置，此时，XY轴滑槽7是水平位置，垂直Z轴9,水平转动球体1，只有Z轴9旋转，X轴4和Y轴3不转；此时Z轴滑槽8垂直X轴4，绕X轴4旋转球体1，球体1绕Z轴滑块头10上的销11转动，Z轴9不动，球体1带动Y轴3上的动滑道6在滑条2上上下滑动，Y轴3不动，球体1带动X轴4上的滑块5、动滑道6转动，再通过动滑道6内的弧形滑槽13带动X轴4上的滑条2和X轴4旋转。

图5、图6、图7是把图1位置的球体1水平旋转45度后的实施例。

图8、图9、图10是把图1位置的X轴4和Y轴3对称旋转90度后的的实施例。

图11、图12、图13是把图8位置的Z轴9旋转120度后的的实施例。

图14、图15、图16是把图11位置的Z轴9旋转10度，X轴4和Y轴3对称旋转45度后的的实施例。

Claims

1.一种球关节三维轴，包括球体、滑块、动滑道、滑条、X轴、Y轴、Z轴和销，其特征是：球体上设有Z轴滑槽和XY轴滑槽，Z轴滑槽和XY轴滑槽均为方形槽，360度分布在球体上，Z轴滑槽的位置是竖立摆放，XY轴滑槽的位置与Z轴滑槽相垂直； Z轴竖立摆放，Z轴上端设成Z轴滑块头，Z轴滑块头的两侧面与球体上的Z轴滑槽的两侧面接触并形成间隙配合；在XY轴滑槽内和Z轴滑块头上设有销孔，销孔内插入销，由销固定连接Z轴滑槽两侧的球体，同时销作为铰链轴连接球体和Z轴，使球体和Z轴能绕销相对转动；X轴和Y轴水平摆放， Z轴、X轴和Y轴相互垂直，并使Z轴、X轴和Y轴的轴线相交于球体的中心，设X轴、Y轴和Z轴位置固定，只能绕各自轴线旋转；在X轴和Y轴与球体的连接端均固定连接滑条，动滑道和滑条是扇形片状；动滑道内设有弧形滑槽，滑条两侧面与弧形滑槽的两侧面接触并形成间隙配合，滑条在弧形滑槽内滑动；动滑道与滑块固定连接，滑块是长方体，滑块的两侧面与球体上的XY轴滑槽的两侧面接触并形成间隙配合, 滑块能在XY轴滑槽内滑动；球体转动能带动X轴、Y轴和Z轴对应转动，即球体的空间转角分解为三个垂直轴的平面转角；球体绕Z轴转动能通过Z轴滑槽推动Z轴的Z轴滑块头直接带动Z轴旋转；球体绕X轴转动能通过XY轴滑槽推动滑块、滑块带动动滑道，动滑道的弧形滑槽再带动滑条、最终带动X轴转动；同理可得球体带动Y轴转动。