CN103594015B - 空间定点转动自由度解析机构 - Google Patents

Abstract

一种空间定点转动自由度解析机构，包括球体、滑块、动滑道、滑条、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轴相互垂直并由螺母分别连接在X轴盘、Y轴盘和Z轴盘上，X轴和Y轴固定连接有滑条，滑条在动滑道的弧形滑槽内滑动；转动球体时，能带动三个相互垂直的轴转动，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。在Z轴滑槽两侧的球面上和滑条上设有角度刻度，能读到球体对X轴盘、Y轴盘和Z轴盘的转角，X轴盘、Y轴盘和Z轴盘上设有角度刻度，通过指针能读到球体对X轴、Y轴和Z轴的转角。

Description

空间定点转动自由度解析机构

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空间定点转动自由度解析机构。

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，本发明提供一种空间定点转动自由度解析机构，该空间定点转动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：空间定点转动自由度解析机构包括球体、滑块、动滑道、滑条、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，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轴与球体的连接端处均固定连接滑条，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，滑条能在弧形滑槽内滑动；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。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轴上的滑条上设有角度刻度，动滑道所露出的滑条上角度刻度读数即为球关节对X轴盘的转角，同理，Y轴上动滑道所露出滑条上的角度刻度读数即为球关节对Y轴盘的转角。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与指针相连接轴的转角。球体上设有插孔，插孔固定连接有转动把手，搬动转动把手能转动球体。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；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，X轴盘的指针所示转角大小；同理可得球体带动Y轴转动角度。

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是图1的主视图，表达整体结构。

图4是图3俯视图。

图5是图3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7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10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13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16的俯视图。

图中1.Y轴盘，2.Z轴盘，3.Y轴，4.滑块，5.滑条，6.Z轴，7.Z轴滑块头，8.指针，9.XY轴滑槽，10.Z轴滑槽，11.动滑道，12.X轴盘，13.X轴，14.转动把手，15.球体，16.插孔，17.弧形滑槽，18.销,19.销孔,20.螺母。

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，空间定点转动自由度解析机构包括球体15、滑块4、动滑道11、滑条5、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20；球体15上设有Z轴滑槽10和XY轴滑槽9，Z轴滑槽10和XY轴滑槽9均为方形槽，360度分布在球体15上，Z轴滑槽10的位置是竖立摆放，XY轴滑槽9的位置与Z轴滑槽10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XY轴滑槽9内和Z轴滑块头7上设有销孔19，销孔19内插入销18，由销18固定连接Z轴滑槽10两侧的球体15，同时销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。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20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的连接端处均固定连接滑条5，滑条5是扇形片状；动滑道11内设有弧形滑槽17，滑条5两侧面与弧形滑槽17的两侧面接触并形成间隙配合，滑条5能在弧形滑槽17内滑动；动滑道11与滑块4固定连接，滑块4是长方体，滑块4的两侧面与球体15上的XY轴滑槽9的两侧面接触并形成间隙配合, 滑块4能在XY轴滑槽9内滑动。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上的滑条5上设有角度刻度，动滑道11所露出的滑条5上角度刻度读数即为球关节对X轴盘12的转角，同理，Y轴3上动滑道11所露出滑条5上的角度刻度读数即为球关节对Y轴盘1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所指的读数即为与指针相连接轴的转角。球体15上设有插孔16，插孔16固定连接有转动把手14，搬动转动把手14能转动球体15。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；球体15绕X轴13转动时，通过XY轴滑槽9推动滑块4、滑块4带动动滑道11，动滑道11的弧形滑槽17再带动滑条5、最终带动X轴13转动，X轴盘12的指针8所示转角大小；同理可得球体15带动Y轴3转动角度。

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)

1.一种空间定点转动自由度解析机构，包括球体、滑块、动滑道、滑条、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，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轴与球体的连接端处均固定连接滑条，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，滑条能在弧形滑槽内滑动；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；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轴上的滑条上设有角度刻度，动滑道所露出的滑条上角度刻度读数即为球关节对X轴盘的转角，同理，Y轴上动滑道所露出滑条上的角度刻度读数即为球关节对Y轴盘的转角；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与指针相连接轴的转角。