CN103559827B - 球销拨动式空间定点转角自由度解析机构 - Google Patents

Abstract

一种球销拨动式空间定点转角自由度解析机构，包括球体、球销、内弧形滑道、外弧形滑道、X轴、Y轴、Z轴、X轴盘、Y轴盘、Z轴盘；球体上设有球销，球体和Z轴是销连接， X轴和Y轴分别固定连接内弧形滑道和外弧形滑道；内弧形滑道和外弧形滑道内均设有滑槽，滑槽同时套住球体的球销，球体转动时，球销拨动外弧形滑道和内弧形滑道转动，从而实现球体转动带动X轴、Y轴、Z轴的对应旋转。在球面上设有角度刻度，在内弧形滑道和外弧形滑道上设有角度刻度，显示球关节对三根轴的转角，X轴盘、Y轴盘和Z轴盘上均设有角度刻度，通过三根轴上的指针显示三根轴的转角。解决了空间三维转角转换为平面二维转角的问题。

Description

球销拨动式空间定点转角自由度解析机构

技术领域

本发明涉及一种空间定点的转动自由度演示装置，尤其是由球关节转动带动三根相互垂直轴同时转动的球销拨动式空间定点转角自由度解析机构。

背景技术

在机械原理中，空间点运动有三个相互垂直方向的平动自由度和三个相互垂直方向的转动自由度，空间不平动的点——以下称为定点有三个相互垂直方向的转动自由度，目前，还没有空间定点转动同时带动三根相互垂直的轴转动的应用情况，更没有空间定点转动角度分解到三根相互垂直的轴平面转角的应用实例。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机构，例如机械原理中的空间定点转动自由度分解到三个垂直轴方向的转动角度的问题、数学中的空间角度在三个空间直角坐标系的角度分解问题等等。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，本发明提供一种球销拨动式空间定点转角自由度解析机构，该球销拨动式空间定点转角自由度解析机构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，并将球关节对三个轴的空间转角及三个轴的自转角度表示出来。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：球销拨动式空间定点转角自由度解析机构包括球体、球销、内弧形滑道、外弧形滑道、X轴、Y轴、Z轴、X轴盘、Y轴盘、Z轴盘、指针、销和螺母；球体上设有球销、Z轴滑槽和球销孔，球销是圆柱形，固定连接在球体上， Z轴滑槽是通透的方形槽，球销孔是通过球体中心的通透的圆柱孔，方形槽与球销孔相垂直； 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Z轴滑块头上设有轴销孔，轴销孔和球销孔均是直径相等的、同轴的、通过球体中心的通透的圆柱孔，轴销孔和球销孔内插入销，由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，球体能直接带动Z轴旋转，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， X轴、Y轴和Z轴由螺母分别连接在X轴盘、Y轴盘和Z轴盘上，X轴垂直X轴盘，Y轴垂直Y轴盘，Z轴垂直Z轴盘，X轴盘、Y轴盘和Z轴盘相互垂直并固定连接成为一体，X轴、Y轴和Z轴只能绕各自轴线旋转；在X轴和Y轴与球体的连接端分别固定连接内弧形滑道和外弧形滑道；内弧形滑道和外弧形滑道均为球面的环形片状，环形片状内均设有等宽的滑槽，内弧形滑道和外弧形滑道的内外表面均设为球面，内弧形滑道的内表面与球体表面接触并间隙配合，内弧形滑道能在球体上滑动，外弧形滑道的内表面与内弧形滑道外表面接触并间隙配合，外弧形滑道能在内弧形滑道上滑动，外弧形滑道和内弧形滑道的滑槽同时套住球体的球销，滑槽两侧面与球销圆柱面接触并形成间隙配合；球体转动时，能直接带动Z轴旋转，同时球销拨动滑槽带动外弧形滑道和内弧形滑道转动，内弧形滑道带动X轴旋转，外弧形滑道带动Y轴旋转，从而实现球体转动带动X轴、Y轴、Z轴的对应旋转。在球体的Z轴滑槽两侧的球面上设有角度刻度，在Z轴滑块头的表面上设有刻度线，Z轴滑块头上刻度线所指的球面上的角度刻度读数即为球关节对Z轴盘的转角，X轴上的内弧形滑道上设有角度刻度，球销所对应内弧形滑道上角度刻度读数即为球关节对X轴盘的转角，也是球关节对X轴的转角；同样，球销所对应外弧形滑道上角度刻度读数即为球关节对Y轴盘的转角，也是球关节对Y轴的转角。X轴盘、Y轴盘和Z轴盘上均设有角度刻度，X轴、Y轴和Z轴上固定连接有指针，指针所指的读数即为该轴的转角。搬动球销使球体绕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，Z轴盘的指针所示转角大小；搬动球销使球体绕X轴转动时，通过球销圆柱面推动内弧形滑道的滑槽带动内弧形滑道转动、内弧形滑道带动X轴转动，X轴盘的指针所示转角大小；同样，搬动球销使球体绕Y轴转动时，通过球销圆柱面推动外弧形滑道的滑槽带动外弧形滑道转动、外弧形滑道带动X轴转动，Y轴盘的指针所示转角大小。

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,并能标示空间转角和平面转角。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是图1的主视图，表达整体结构。

图4是图1俯视图。

图5是图1左视图。

图6是把图1位置的球体水平旋转31度后的立体图。

图7是图6的主视图。

图8是图6的俯视图。

图9是把图1位置的X轴和Y轴对称旋转90度后的立体图。

图10是图9的主视图。

图11是图9的俯视图。

图12是把图9位置的Z轴旋转33度后的立体图。

图13是图12的主视图。

图14是图12的俯视图。

图15是把图12位置的Z轴旋转10度X轴和Y轴对称旋转42度后的立体图。

图16是图15的主视图。

图17是图15的俯视图。

图中1.Y轴盘，2.Z轴盘，3.Y轴，4.内弧形滑道，5.球销孔，6.Z轴，7.Z轴滑块头，8.指针，9.外弧形滑道，10.Z轴滑槽，11.滑槽，12.X轴盘，13.X轴，14.球销，15.球体，16.轴销孔，17.螺母，18.销。

具体实施方式

在图1至图5中，表示本发明的构造组成和零部件的连接和位置关系，球销拨动式空间定点转角自由度解析机构包括球体15、球销14、内弧形滑道4、外弧形滑道9、X轴13、Y轴3、Z轴6、X轴盘12、Y轴盘1、Z轴盘2、指针8、销18和螺母17；球体15上设有球销14、Z轴滑槽10和球销孔5，球销14是圆柱形，固定连接在球体15上，Z轴滑槽10是通透的方形槽，球销孔5是通过球体15中心的通透的圆柱孔，方形槽与球销孔5相垂直；Z轴6竖立摆放，Z轴6上端设成Z轴滑块头7，Z轴滑块头7的两侧面与球体15上的Z轴滑槽10的两侧面接触并形成间隙配合；在Z轴滑块头7上设有轴销孔16，轴销孔16和球销孔5均是直径相等的、同轴的、通过球体中心的通透的圆柱孔，轴销孔16和球销孔5内插入销18，由销18作为铰链轴连接球体15和Z轴6，使球体15和Z轴6能绕销18相对转动，球体15能直接带动Z轴6旋转，X轴13和Y轴3水平摆放，Z轴6、X轴13和Y轴3相互垂直，并使Z轴6、X轴13和Y轴3的轴线相交于球体15的中心， X轴13、Y轴3和Z轴6由螺母17分别连接在X轴盘12、Y轴盘1和Z轴盘2上，X轴13垂直X轴盘12，Y轴3垂直Y轴盘1，Z轴6垂直Z轴盘2，X轴盘12、Y轴盘1和Z轴盘2相互垂直并固定连接成为一体，X轴13、Y轴3和Z轴6只能绕各自轴线旋转；在X轴13和Y轴3与球体15的连接端分别固定连接内弧形滑道4和外弧形滑道9；内弧形滑道4和外弧形滑道9均为球面的环形片状，环形片状内均设有等宽的滑槽11，内弧形滑道4和外弧形滑道9的内外表面均设为球面，内弧形滑道4的内表面与球体15表面接触并间隙配合，内弧形滑道4能在球体15上滑动，外弧形滑道9的内表面与内弧形滑道4外表面接触并间隙配合，外弧形滑道9能在内弧形滑道4上滑动，外弧形滑道9和内弧形滑道4的滑槽11同时套住球体15的球销14，滑槽11两侧面与球销圆柱面接触并形成间隙配合；球体15转动时，能直接带动Z轴6旋转，同时球销14拨动滑槽11带动外弧形滑道9和内弧形滑道4转动，内弧形滑道4带动X轴13旋转，外弧形滑道9带动Y轴3旋转，从而实现球体15转动带动X轴13、Y轴3、Z轴6的对应旋转。在球体15的Z轴滑槽10两侧的球面上设有角度刻度，在Z轴滑块头7的表面上设有刻度线，Z轴滑块头7上刻度线所指的球面上的角度刻度读数即为球关节对Z轴盘2的转角，X轴13上的内弧形滑道4上设有角度刻度，球销14所对应内弧形滑道4上角度刻度读数即为球关节对X轴盘12的转角，也是球关节对X轴13的转角；同样，球销14所对应外弧形滑道9上角度刻度读数即为球关节对Y轴盘1的转角，也是球关节对Y轴3的转角。X轴盘12、Y轴盘1和Z轴盘2上均设有角度刻度，X轴13、Y轴3和Z轴6上固定连接有指针8，指针8所指的读数即为该轴的转角。搬动球销14使球体15绕Z轴6转动时，通过Z轴滑槽10推动Z轴6的Z轴滑块头7直接带动Z轴6旋转，Z轴盘2的指针8所示转角大小；搬动球销14使球体15绕X轴13转动时，通过球销圆柱面推动内弧形滑道4的滑槽11带动内弧形滑道4转动、内弧形滑道4带动X轴13转动，X轴盘12的指针8所示转角大小；同样，搬动球销14使球体15绕Y轴3转动时，通过球销圆柱面推动外弧形滑道9的滑槽11带动外弧形滑道9转动、外弧形滑道9带动X轴13转动，Y轴盘1的指针8所示转角大小。

图6、图7、图8是把图1位置的球体15水平旋转31度后的实施例。

图9、图10、图11是把图1位置的X轴13和Y轴3对称旋转90度后的的实施例。

图12、图13、图14是把图9位置的Z轴6旋转33度后的的实施例。

图15、图16、图17是把图12位置的Z轴6旋转10度，X轴13和Y轴3对称旋转42度后的实施例。

Claims (1)

1.一种球销拨动式空间定点转角自由度解析机构，包括球体、球销、内弧形滑道、外弧形滑道、X轴、Y轴、Z轴、X轴盘、Y轴盘、Z轴盘、指针、销和螺母，其特征是：球体上设有球销、Z轴滑槽和球销孔，球销是圆柱形，固定连接在球体上， Z轴滑槽是通透的方形槽，球销孔是通过球体中心的通透的圆柱孔，方形槽与球销孔相垂直； 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Z轴滑块头上设有轴销孔，轴销孔和球销孔均是直径相等的、同轴的、通过球体中心的通透的圆柱孔，轴销孔和球销孔内插入销，由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，球体能直接带动Z轴旋转，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， X轴、Y轴和Z轴由螺母分别连接在X轴盘、Y轴盘和Z轴盘上，X轴垂直X轴盘，Y轴垂直Y轴盘，Z轴垂直Z轴盘，X轴盘、Y轴盘和Z轴盘相互垂直并固定连接成为一体，X轴、Y轴和Z轴只能绕各自轴线旋转；在X轴和Y轴与球体的连接端分别固定连接内弧形滑道和外弧形滑道；内弧形滑道和外弧形滑道均为球面的环形片状，环形片状内均设有等宽的滑槽，内弧形滑道和外弧形滑道的内外表面均设为球面，内弧形滑道的内表面与球体表面接触并间隙配合，内弧形滑道能在球体上滑动，外弧形滑道的内表面与内弧形滑道外表面接触并间隙配合，外弧形滑道能在内弧形滑道上滑动，外弧形滑道和内弧形滑道的滑槽同时套住球体的球销，滑槽两侧面与球销圆柱面接触并形成间隙配合；在球体的Z轴滑槽两侧的球面上设有角度刻度，在Z轴滑块头的表面上设有刻度线；内弧形滑道上和外弧形滑道上设有角度刻度；X轴盘、Y轴盘和Z轴盘上均设有角度刻度，X轴、Y轴和Z轴上固定连接有指针，指针所指的读数即为该轴的转角。