CN104074939A - 径向约束系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种径向约束系统，包括：系统壳体，具有至少一个在本体内置的引导通道；滑动部件在相应的引导通道中做滑动的往复运动以对机械构件进行连接整合；每个滑动部件带动一个条形从动件；旋转部件以可旋转的方式连接到所述的系统壳体，该旋转部件上开有至少一个具有阿基米德螺线性质的引导弯道；从动件在引导弯道中运动，适当旋转所述旋转部件可将旋转运动转变为条形滑动构件的直线运动，也可将条形构件的直线运动转换为回转构件的旋转运动；其中，所述滑动部件的线性运动的速率与所述旋转构件的旋转速率成比例关系。本发明具有多种应用，利用阿基米德螺线或其圆弧近似形式，以易于操作的方法，实现了机械构件之间的连接约束整合操作。

Description

径向约束系统

技术领域

本发明涉及一种机械连接机构，特别是涉及一种利用阿基米德螺旋线来帮助部件选择性地伸出和缩回并由此建立位置关联的径向约束系统。

背景技术

在机械装置的各个领域内，存在着许多用于使各装配零部件相互啮合的系统和子系统。此类装置例如包括线性运动启动装置、曲柄机构、多连杆系统等，有受动于驱动装置的，也有手动操作的。这类装置的复杂程度根据用途和环境的不同而有很大差异。

尽管存在许多这样的系统，但可以简单高效的将旋转运动转变为直线运动或其逆向转换的通用机构和操作系统的选择并不多，尤其是在机械部件连接系统中。这类装置的一个最简单的示例是螺栓紧固件。相互咬合的螺栓，螺母之间的旋转运动可以转换为螺栓的线性运动，螺栓上的螺纹咬合可用于结构件之间的刚性紧固。尽管螺栓紧固件已普遍应用在许多不同的机械中，但在不使用诸如螺丝刀之类的专业工具的情况下，它们并不容易被拧紧或拧松。有时，螺丝刀还会卡住，从而需要施加更大的力量加以克服。

另一实例为机械锁，其常常包括由诸如齿条齿轮系统、曲柄系统等旋转机构移动的往复运动部件。最简单的锁通常不需要很大的力量操作，但可能由于用于操作该锁的钥匙或工具的潜在误用、构件的错位或构件的机械故障而出现问题。更复杂的锁往往增加了此类潜在的问题，并且它们通常用于特定用途，例如金库锁。

此可见，上述现有的直线/旋转转换系统在结构与使用上，显然仍存在着不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种解决上述问题的径向约束系统，实属当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种径向约束系统，使其结构更加可靠，驱动力要求更小，且更易于操作，从而弥补现有的直线旋转运动转换装置的不足。

为解决上述技术问题，本发明为一种径向约束系统，包括：系统壳体，具有至少一个内置的的引导通道；至少一个滑动部件，其以可滑动的方式配置在相应的引导通道中并在所述引导通道约束下做往复运动；从动件，自每个滑动部件交汇外延一从动件；至少一个旋转构件，以可旋转的相对方式连接于系统壳体，该旋转构件至少有一个形成在其上的引导弯道，各引导弯道基于阿基米德螺线原理，各从动件与各自对应的引导弯道相连并相对旋转构件的旋转轴线做横向运动，各引导弯道限定滑动部件的移动距离是预先设定的；以及一个旋转机构，选择性地旋转所述的旋转构件的旋转方向从而决定至少一个滑动部件的伸出或缩回并与至少一个机械构件锁定啮合或脱开；其中，所述至少一个滑动部件的线性运动的速率与所述旋转构件的旋转速率成比例关系。

作为本发明的一种改进，所述的壳体为长形、部分中空的筒形壳体。

所述的至少一个滑动部件为环绕所述筒形壳体并相互间隔开的多个滑动部件。

所述的至少一个旋转构件在其直径方向开有位置相对的至少一对钥匙孔；所述旋转机构包括具有长形手柄和与该手柄垂直延伸的一对相隔的钥匙插件，每个所述钥匙插件以可选择的方式插入所述一对钥匙孔中，与至少一个旋转构件啮合，选择性地转动所述钥匙以带动至少一个旋转构件旋转。

还包括用于将所述旋转构件锁定在预置的一个锁定装置，该锁定装置包括：形成在所述筒形壳体内的至少一个锁定凹部；配置在所述锁定凹部中的至少一个弹簧；一端抵接所述至少一个弹簧的至少一个锁定支柱，所述至少一个锁定支柱的直径比所述钥匙孔大，所述至少一个锁定支柱在常态下被所述至少一个弹簧偏压成抵接在所述钥匙孔中的一个上；以及形成在所述至少一个锁定支柱的另一端上的接合头部，所述接合头部的直径比所述至少一个锁定支柱的直径小，所述接合头部在常态下被接合在所述一个钥匙孔中以防止所述至少一个旋转构件旋转；其中，一个钥匙插件比另一个钥匙插件长，在所述钥匙插入所述钥匙孔时，较长的钥匙插件克服所述至少一个弹簧的偏压而推动所述接合头部使其与钥匙孔分离，从而使所述至少一个旋转构件解除锁定并旋转。

还包括：一个可以插入安装在所述筒形壳体内的长形轴体件，该长形轴体件具有与其轴线横向的贯穿通孔，所述通孔与所述筒形壳体上设置的一对径向相对的第一引导通道对齐并且连通；以及一个筒形外衬壳体，其中部开放用以选择性地接纳所述筒形壳体和形成在其上的一对径向相对的通孔，所述筒形外衬壳体的通孔与所述筒形壳体上的一对第二引导通道对齐并且连通。

所述的至少一个旋转构件包括：环形旋转构件，其具有延所述环形旋转构件周向间隔的一对第一引导弯道和一对第二引导弯道，所述第一引导弯道相对于彼此沿相同方向螺旋延伸，所述第二引导弯道相对于彼此沿相同的、且与所述第一引导弯道的螺旋方向相反的螺旋方向螺旋延伸；其中，在所述环形旋转构件绕给定旋转弧道旋转时，所述第一引导弯道迫使一对第一滑动部件缩回到所述长形轴的通孔中、所述第二引导弯道迫使一对第二滑动部件伸出到所述圆筒形外衬壳体的通孔中，从而同时连接并锁定所述长形轴和所述筒形外衬壳体两个部件。

还包括用于将所述环形旋转构件锁定在选定位置的锁定机构，所述锁定机构具有：一对弹簧；一对锁定支柱，每个所述锁定支柱都在一端抵接相应的弹簧，每个所述锁定支柱的直径都比所述钥匙孔大，每个所述锁定支柱在常态下都由相应的弹簧偏压成抵靠相应的钥匙孔；以及形成在每个所述锁定支柱的另一端上的接合头部，所述接合头部的直径比所述锁定支柱的直径小，所述接合头部在常态下被接合在相应的钥匙孔内以防止所述环形旋转构件旋转；其中，所述钥匙部件选择性地插入穿过所述钥匙孔，克服所述弹簧的偏压推动所述接合头部使其与所述钥匙孔分离，从而使所述环形旋转构件解除锁定并旋转。

所述的旋转机构包括：基本包容所述筒形壳体和所述至少一个旋转构件的外衬壳体，所述外衬壳体具有中空开口和绕外衬壳体形成的至少一个外孔口，所述至少一个外孔口与所述至少一个引导通道对齐，每个所述滑动部件延伸到所述至少一个外孔口中以固定所述外衬壳体；以及锁定机构，其配置在所述至少一个旋转构件与所述外衬壳体之间以锁定所述至少一个旋转的旋转后的位置。

所述的锁定机构包括：形成在所述至少一个旋转构件一侧的长形沟槽；配置在所述长形沟槽中的片簧，所述片簧具有形成在其中的长形接合槽；以及可旋转地安装在所述外衬壳体的中空开口中的锁定支柱，所述锁定支柱的一端具有适于将工具钥匙选择性地接纳在其中的插口，而在所述锁定支柱的另一端上形成有长形接合头部，所述接合头部以可插入的方式安装在所述接合槽中，所述片簧在常态下偏压所述锁定支柱使其抵靠所述外衬壳体的内部并锁定所述至少一个旋转构件；其中，所述锁定支柱的选择性旋转将所述片簧迫压到所述长形沟槽内，从而释放锁定以使所述至少一个旋转构件沿期望方向旋转。

所述的筒形壳体包括沿不同方向径向延伸的多个子壳体。

每个所述的子壳体都具有：穿过所述子壳体交汇延伸的一个所述引导通道；以可滑动的方式容置在所述至少一个引导通道中的一对滑动部件；配置在所述子壳体中的至少一个旋转构件，所述至少一个旋转构件具有形成在一侧的一对引导弯道以容纳所述一对滑动部件的从动件；以及形成在所述至少一个旋转构件另一侧的一体式伞齿轮，相邻旋转构件的伞齿轮相互啮合。

所述的旋转机构包括安装在所述筒形壳体上的旋转启动装置，所述旋转启动装置的一端具有适于选择性地接纳工具并使其旋转的插口，所述旋转启动装置的另一侧开有一体的伞齿轮，旋转启动装置伞齿轮与各子壳体中的旋转构件的伞齿轮相互啮合，以在其选择性地旋转时带动所有的旋转同时旋转。

所述的旋转机构包括以可操作的方式连接到所述至少一个滑动部件的线性运动启动装置。

所述的线性运动启动装置包括：从所述筒形壳体径向地延伸的中空凸台；以可旋转的方式安装在所述中空凸台内的驱动轴，所述驱动轴的一端具有用于选择性地接纳工具以旋转所述驱动轴的插口，所述驱动轴的另一端附近形成有环形稳定沟槽；横置在所述环形稳定沟槽内的稳定销，所述稳定销防止所述驱动轴的轴向运动；从所述驱动轴的相对端轴向地延伸的长形螺栓；接纳所述螺栓的连接部件；以及从所述连接部件穿过所述至少一个滑动部件延伸到对应的引导弯道中的长形驱动从动件，所述驱动从动件延伸并与所述驱动轴交汇；其中，所述驱动轴的选择性旋转将线性地推动或拉动连接在所述驱动从动件上的所述至少一个滑动部件，并且所述驱动从动件在所述引导弯道内的线性运动将迫使所述至少一个旋转构件随着所述驱动从动件在所述引导弯道倒内滑动而相应地转动。

所述的线性运动启动装置包括：配置在所述筒形壳体外的偏心凸轮，所述偏心凸轮的一侧具有插口以选择性地接纳用于使所述偏心凸轮旋转的工具；径向地延伸到所述筒形壳体中的驱动杆，所述驱动杆的一端可枢转地连接于所述偏心凸轮；以及从所述驱动杆的相对端延伸的长形的驱动从动件，所述驱动从动件与所述驱动杆交汇并穿过所述至少一个滑动部件延伸到对应的引导弯道中；其中，所述驱动杆的选择性旋转线性地推动或拉动连接于所述驱动从动件上的所述至少一个滑动部件，所述驱动从动件在所述引导弯道内的线性运动将迫使所述至少一个旋转构件随着所述驱动从动件在引导弯道导向下相应地旋转。

采用这样的设计后，本发明径向约束系统可适用于多种互锁装置，其利用阿基米德螺线构型及其近似圆弧，以省力且易于操作的方式，实现了机械连接构件选择性地伸出和缩回的直线动作。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是阿基米德螺线的平面曲线图。

图2示出了基于阿基米德螺线原理形成的圆弧近似曲线。该近似曲线可用于本发明的径向约束系统。

图3是本发明径向约束系统实施例一的平面图。

图4是图3的径向约束系统的分解立体图。

图5是本发明径向约束系统的实施例二的立体图，其中各部分被剖开并用剖面示出以显示其细节。

图6是本发明径向约束系统的实施例三的立体图。

图7是图6的径向约束系统的分解立体图。

图8是图6的径向约束系统的正视剖视图，其中一对滑动部件接合内壳体的内壁。

图9是图6的径向约束系统的正视剖视图，其中另一对滑动部件接合外衬壳体上的孔。

图10是用于致动图6的径向约束系统中的滑动部件的内构件的立体图，其中壳体被移除。

图11是本发明径向约束系统的实施例四的立体图，其中壳体被剖开并局部以剖面示出。

图12是图11的径向约束系统的分解立体图。

图13是用于图11的径向约束系统的旋转构件的立体图。

图14是本发明径向约束系统的实施例五的立体图，其中构件被剖开并局部以剖面示出。

图15是本发明径向约束系统的实施例六的立体图，其中构件被剖开并局部以剖面示出。

图16是根据本发明的径向约束系统的实施例七的立体图，其中构件被剖开并局部以剖面示出。

具体实施方式

参阅图1所示，阿基米德螺线的特征可表达为以下数学式：

ρ=αθ

在上式中，ρ等于半径或自原点O的径向矢量，α为常数，θ是在极坐标中以弧度表达的角度。对于任何给定常数α而言，径向长度的变化与角度变化之间存在恒定的比例关系。换言之，符合上式的任意点的径向长度的变化与角变化按比例做恒速改变。

图2示出了利用上式的原理构成的一个曲线结构实例，曲线结构2限定部件的线性运动，以下将结合各实施例进一步描述。在此示例中，希望使部件在期望的弧度范围内移动一个从任意初始点6开始到端点10的线性距离，此示例中在60°的弧度内实现的线性运动为20mm，其中初始半径ρ₁为50mm，初始半径ρ₁的长度与最终半径ρ₅的长度之差即为线性运动的设定距离。中间点7、8、9及其对应的半径长度ρ₂、ρ₃、ρ₄可以通过将弧度范围分成相等的增量（例如15°的区间）来确定。连接这些点6、7、8、9、10提供了对期望的曲线结构2的良好的阿基米德螺线近似。增加所述增量将获得更精确的曲线结构2。

另外，还可以通过简单的圆弧近似替代上述曲线结构2。如图2所示，曲线结构2可以具有简单的圆形曲线的特性，其中轴线或原点Oc从本来的原点O偏离。在该曲线上，从偏离的原点Oc到各相应点6、7、8、9、10的半径r₁、r₂、r₃、r₄、r₅彼此大致相等。这获得跨越大约65.6°弧度的大致圆形曲线，其中以上示例中的平均半径为约57.6mm。由此可见，阿基米德螺线也可以由圆弧表达。

利用以上概念可知，特别对于径向约束系统而言，可以构造出相对平滑、省力的转换曲线以将机械构件连接或互锁。

总体来说，本发明径向约束系统包括：系统壳体，该壳体具有至少一个形成在其上的引导通道；至少一个滑动部件，可滑动地接纳在引导通道中以在其中选择性地伸出或缩回以便将机械构件连接并锁定在一起；滑动部件设置有长形从动件；旋转构件可操作地安装在壳体上，旋转构件包括至少一个基于阿基米德螺线的引导弯道，从动件布置在引导弯道中。旋转构件的选择性旋转将旋转变换为所连接的滑动部件的线性运动。反过来，滑动部件的选择性线性运动变换为旋转构件的旋转。

以下列举几个具体实施例以对本发明进一步具体阐述。

实施例一

图3和4所示为实施例一的径向约束系统10。在此实施例中，径向约束系统10包括系统壳体12，壳体设有中央通孔11和多个引导通道或沟槽，如图示的第一引导通道14、第二引导通道16和第三引导通道18。壳体12的形状大致呈方形，但应该理解的是，壳体12可以设置成各种不同的形状。滑动部件——如图示的第一滑动部件20、第二滑动部件22和第三滑动部件24——可滑动地配置在对应的引导通道14、16、18中。引导通道14、16、18引导并且限定相应滑动部件20、22、24的滑动或往复运动。在此实施例中，每个滑动部件20、22、24构造成具有不同截面的形状。例如，第一滑动部件20被设置为长形的圆柱形截面滑块，第二滑动部件22被设置为长形的大致方形截面滑块，并且第三滑动部件24被构造为长形的六边形截面滑块。

旋转盘形式的旋转构件30可操作地连接于各滑动部件20、22、24，以帮助滑动部件20、22、24相对于壳体12的选择性伸出或缩回。各滑动部件20、22、24包括从对应的滑动部件20、22、24底部附近空间汇交地延伸的相应从动件，即配置于第一滑动部件20的第一从动件21、配置于第二滑动部件22的第二从动件23和配置于第三滑动部件24的第三从动件25。各从动件21、23、25优选构造为固定在相应滑动部件20、22、24上的小圆柱形截面滑块，或为可旋转地安装在对应滑动部件20、22、24上的小辊子。

旋转构件30包括多个形成在其中的引导弯道32、34、36。各引导弯道32、34、36容置一个对应的从动件21、23、25。各引导弯道32、34、36均按阿基米德螺线设置（具有阿基米德螺线的曲率）。在旋转构件30旋转时，各引导弯道32、34、36将其转换为相应滑动部件20、22、24的线性平移运动。旋转构件30可包括用于将工具选择性地插入以选择性地使旋转构件30旋转的插口或凹部31。根据用户偏好和需求，除绕旋转构件30轴线布置的角度外，各引导弯道32、34、36可以呈相同形状，这使得滑动部件20、22、24从曲线的一端到另一端移动相同的行进距离。然而，对于一给定的旋转弧度，阿基米德螺线可以对应一定范围内的不同距离。

例如，在此实施例中，第一引导弯道32和第二引导弯道34的形状和尺寸基本相同。因此，对应的第一滑动部件20和第二滑动部件22两者均行进相同距离。在此实施例中，给定的旋转弧度为70°，且第一滑动部件20和第二滑动部件22在它们通过相应曲线的旋转而从曲线的一端被推动或拉动到另一端时行进约12mm。相比之下，第三引导弯道36为第三滑动部件24提供8mm的行进距离，但仅在50°的旋转弧度内。如果第三引导弯道36形成为使得其螺线形状继续延伸另外的20°，则第三滑动部件24的实际可能行进距离将超过8mm。然而，诸如旋转构件30的尺寸和由其提供的空间或有意包括某一特征之类的设计约束会阻止第三引导弯道36完全延伸完整的70度弧度。为了将所有三个滑动部件20、22、24的运动都维持在给定的旋转弧度内，第三引导弯道36还包括辅助区段37。辅助区段37优选与旋转构件30的直径同心，并形成一延伸给定旋转弧度的其余部分（即延伸20°）的弧段。该辅助区段37还通过防止第三滑动部件24的运动来执行自锁功能，除非旋转构件已被旋转回到辅助区段37的起点。

径向约束系统10可以用于组装构件等各种不同的环境中，并配有特定装配零件，以形成与各滑动部件20、22、24对应的接纳孔或孔口并与其连接。这确保了不会发生对各装配零件的布置和连接的混淆。另一用途包括锁定功能，其中滑动部件20、22、24的不同形状可用于提供专用或非标锁，有助于防止不期望的篡改。

实施例二

径向约束系统的另一实施例在图5中示出。在此实施例中，径向约束系统100包括结合在其中以将滑动部件锁定在它们的伸出或缩回位置的锁定系统。

如图中所示，径向约束系统100包括一定中空、筒形的壳体112，环绕该筒形壳体112设置有多个周向间隔的引导通道114或孔口。引导通道114径向地延伸到筒形壳体112的壁中但不完全贯穿。滑动部件120可滑动地容纳在各引导通道114内，引导通道114限制并且限定滑动部件120的路径或往复运动。各滑动部件120包括从相应滑动部件120的顶部附近汇交地延伸的长形从动件121。一个长形导槽115形成在该壁中并与相应的引导通道114连通。各导槽115允许相应从动件121穿过并横置在其中。各导槽115的厚度优选比从动件121的长度小，以允许从动件121与旋转构件130接合。

壳体112的一端设有凹部113，该凹部113的形状和尺寸设计成用于容置旋转构件130。在此实施例中，旋转构件130构造为具有至少一对穿过旋转构件130的厚度轴向延伸的钥匙孔138的环形盘。旋转构件130的一侧设置有多个引导弯道或沟槽132，每个引导沟槽132中容纳一个可操作的从动件121。旋转构件130还可以包括围绕其外周的环形沟槽136，以安置用以保证旋转构件130安装在壳体112上的离合圈（未图示）。这种离合圈237的一个示例在另一实施例的图10中示出。

径向约束系统100还包括用于选择性地将旋转构件130锁定在对应的滑动部件120完全缩回或伸出的位置的锁定机构140。锁定机构140包括由弹簧144偏压到伸出、锁定位置的长形锁定支柱142。锁定支柱142和弹簧144两者都配置在位于壳体112另一端附近的锁定凹部143内。锁定支柱142的顶端或上端可以包括接合头部146，该接合头部作为与钥匙150相互作用的构件，以及在通常、伸出以及锁定位置防止旋转构件130相对旋转的止挡部。锁定支柱142的直径优选比钥匙孔138的直径大。接合部件146的直径优选足够小以配合在钥匙孔138内。通过此构型，锁定支柱142在通常的锁定位置轴向地抵靠旋转构件130的侧面，而接合头部146停留在钥匙孔138内，从而有效地将旋转构件130锁定在位。

为了操作锁定机构140，径向约束系统100包括钥匙150。钥匙150可以是具有长形手柄152和一对从其垂直延伸的长形支柱或钥匙部件（即第一钥匙部件153和第二钥匙部件154）的扳手。各钥匙部件153、154构造成可配合穿过钥匙孔138。钥匙部件153、154中的至少一个构造成与锁定支柱142相互作用。在此实施例中，第二钥匙部件154可以在其远端包括接合头部155，因此第二钥匙部件154比第一钥匙部件153长。或者，钥匙部件154可以设计成比钥匙部件153长、但不具有接合头部155。在使用中，用户将钥匙150插入钥匙孔138，并且第二钥匙部件154经由接合头部155抵抗接合头部146的偏压力，直至接合部件146与钥匙孔138分离。此时，用户可以转动钥匙150带动旋转构件130旋转。在此实施例中，当旋转构件130已旋转到滑动部件120的完全缩回位置（即相对于壳体112的轴线缩回）时，锁定机构140在弹簧144作用下自动接合钥匙孔138。

与前面的径向约束系统10相似，径向约束系统100可用于各种用途。例如，径向约束系统100可用于夹持在插入壳体112的机械构件上。夹持作用发生在滑动部件120朝壳体112的轴线缩回时。在另一示例中，具有对应的孔（其尺寸设计成与滑动部件120配合）的单独的机械构件可以通过相同类型的动作选择性地连接在一起。

实施例三

径向约束系统200的另一实施例在图6-9中示出。在此实施例中，径向约束系统200用于机械构件的内外连接或锁定。

从图6和7中更清楚地看到，径向约束系统200包括一定中空、筒形的壳体212，绕筒形壳体212设有至少两对周向间隔的引导通道或孔口214、216。一对第一引导通道214配置在壳体212的径向相对的位置处。一对第二引导通道216也配置在壳体212的径向相对的位置处并与第一引导通道214交汇。引导通道214、216穿过筒形壳体212的壁径向地延伸。第一滑动部件220可滑动地容纳在各第一引导通道214内，而第二滑动部件222可滑动地容纳在各第二引导通道216内。引导通道214、216限制并且限定滑动部件220、222的路径或往复运动。各滑动部件320上设有从相应的第一滑动部件220的顶部附近汇交地延伸的长形从动件221，而各第二滑动部件222上与设有从相应滑动部件222的底部附近汇交地延伸的长形从动件223。

壳体212的一端包括尺寸设计成容纳旋转构件230的凹部（未图示，但与前面的实施例中的凹部113基本相同）。在此实施例中，旋转构件230构造为具有至少一对穿过旋转构件230的厚度延伸的钥匙孔238的环形盘。如图10最佳地看到的，旋转构件230的一个面设置有至少两对引导弯道或沟槽。第一滑动部件220的从动件221可操作地容纳在一对第一引导沟槽232中。类似地，第二滑动部件222的从动件223可操作地接纳在一对第二引导沟槽234中。旋转构件230还包括围绕其外表面的环形沟槽236，以用于安置离合圈237以保证旋转构件230装设在壳体212上。

对于给定的旋转构件230旋转弧度，各第一引导沟槽232用于使相应滑动部件220选择性的缩回和伸出，以接合并锁定位于壳体212内侧的构件。这种情况下，该构件为长形轴或杆270，具有穿过其中垂直地延伸并且在装配好时对齐成与第一引导沟槽214连通的通孔272。各第一引导沟槽232沿相同的极坐标方向螺旋延伸，但是两个沟槽232配置成如图所示的分开180°。

相反地，对于旋转构件230的给定旋转弧度，各第二引导沟槽234用于使相应滑动部件222的选择性伸出和缩回，以便接合并锁定位于壳体212外侧的构件。这种情况下，该构件是外中空筒形壳体260，其具有用于选择性地插入壳体212的中央开口263。一对径向相对的通孔262形成在外衬壳体260上并且在装配好时对齐并与第二引导通道216连通。各第二引导沟槽234沿相同的极坐标方向螺旋延伸，但是两个沟槽234配置成如图所示的分开180°，此外，此螺旋方向与第一引导沟槽232的螺旋方向相反。在此实施例中，各滑动部件220、222优选设置有弯曲的端部以更好地符合轴270和外衬壳体260的圆形形状。

径向约束系统200还可以包括锁定机构240。在此实施例中，锁定机构包括由相应的弹簧244偏压到伸出、锁定位置的一对长形锁定支柱242，锁定支柱242的结构与前文描述的锁定支柱142相同。锁定机构240以与锁定机构140基本相同的方式操作并利用与前文描述的钥匙150相似的钥匙（未示出），但是该钥匙在两个钥匙部件上都包括接合头部、或者两个钥匙部件长度相等。

在使用中，钥匙使旋转构件230沿一个方向选择性地旋转一预定的旋转弧度，带动第一滑动部件220缩回到轴270的通孔272中。同时，第二滑动部件222延伸到外衬壳体260的通孔262中。旋转构件230沿反方向的旋转使以上过程逆转。锁定机构240可以构造成将旋转构件230锁定在任一个或两个旋转后的位置中。因此，径向约束系统200用于内、外机械构件的同时连接或锁定。应该认识到，尽管上文是参照各对滑动部件220、222和它们对应的引导弯道或沟槽232、234描述的，但本文中描述的任何实施例可以在壳体内和壳体周围的各种位置采用任何数量的滑动部件和引导弯道以帮助选择性的缩回和伸出，取决于期望的具体互锁连接。

实施例四

径向约束系统的又一实施例在图11-13中示出。在此实施例中，径向约束系统300可用于在选择位置处锁定接头等并可包括一锁定机构。

如在图11和12中最佳地看到的，径向约束系统300包括一定中空、筒形的壳体312，围绕筒形壳体312设有多个周向间隔的引导通道或孔口314。引导通道314穿过筒形壳体312的壁径向延伸。滑动部件320可滑动地容纳在各引导通道314内，引导通道314限制并且限定滑动部件320的路径或往复运动。各滑动部件320包括从相应滑动部件320的底部附近汇交延伸的长形从动件321。长形导槽315形成在该壁中并与相应的引导通道314连通。各导槽315允许相应的从动件321穿过并横置在其中。在此实施例中，径向约束系统300设置有六个滑动部件320，这提供了多个锁定接合点。

壳体312的一端包括用于放置离合圈319的环形沟槽317，以将径向约束系统300可选择地和可靠地安装在对应地成形的凹部或插槽中。在壳体312的相对端部上配置有圆形旋转构件330。旋转构件330的一侧设置有多个引导弯道或沟槽332，每个引导沟槽332中容纳一个可移动的从动件321。

径向约束系统300还设置有用于封闭、覆盖壳体312及旋转构件330的外衬壳体、外壳或罩帽。外衬壳体360包括用于容置下文所述的锁定机构构件的中央孔口363。绕外衬壳体360的周向壁形成有多个外孔口或孔。外孔口362的数量与滑动部件320的数量相等。当组装好时，滑动部件320延伸到相应的外孔口362中以固定外衬壳体360。

为了控制所述旋转构件330的旋转并锁定其相对位置，径向约束系统300还包括锁定结构340。锁定结构340包括安装到中央孔口363处的长形锁定支柱342。在锁定支柱342的一端上形成有插口347，并且在另一端上形成有接合头部346。插口347构造成选择性地接纳工具或钥匙，例如六角扳手。如在图11和13中最佳地看到的，在旋转构件330的相对面上形成有长形沟槽331。长形沟槽331原来容纳片簧343。片簧343包括尺寸足以容纳接合头部346的长形接合槽345。在此实施例中，接合头部346和接合槽345两者的形状都是长方形。

在使用中，片簧343在常态下未被压缩，并且接合头部346接纳在接合槽345中，这将旋转构件330有效地锁定在位。为了使旋转构件330旋转，用户使用工具或钥匙经由插口347来使锁定支柱342向内旋转，从而压缩或展平长形沟槽331内的片簧343。一旦展平到一定程度，锁定支柱342的继续转动便驱使旋转构件330旋转，从而使滑动部件320伸出或缩回。以上过程逆转则反向作用。

实施例五

径向约束系统的又一实施例在图14中示出。在此实施例中，径向约束系统400可以用于将机械构件同时连接或锁定在多个位置。

如图中所示，径向约束系统400包括一定中空的壳体412，该壳体具有多个自其辐射状向外延伸的子壳体411。在此实施例中，四个子壳体沿汇交方向径向地延伸，而最后一个子壳体从壳体412的后部延伸。各子壳体411优选成形为中空筒形支柱并设有穿过子壳体411汇交延伸的引导通道414。一对滑动部件420可滑动地容置在各引导通道414内，引导通道414限制并且限定滑动部件420的路径或往复运动。各滑动部件420包括从相应滑动部件420的底部附近汇交延伸的长形从动件421。

在各子壳体411内配置有一圆形旋转构件430。旋转构件430的一侧设置有多个引导弯道或沟槽432，该引导弯道/沟槽构造成可将一个从动件421可操作地接纳在其中。旋转构件430的另一侧设置有一体的伞齿轮431。当组装好时，全部五个旋转构件430经由相应伞齿轮431啮合在一起。

为了使旋转构件430同时旋转，径向约束系统400还包括安装在壳体412的前部的启动装置442。在此实施例中，启动装置442构造为圆锥形截顶的部件，其一侧具有用以选择性地接纳钥匙或工具的插口447，另一侧设有一体的伞齿轮446。伞齿轮446与相邻的伞齿轮431啮合。

在操作中，用户将诸如六角扳手之类的工具或钥匙插入插口447并使启动装置442沿选定的方向旋转。启动装置442的旋转，通过伞齿轮431、446的互相啮合，带动所有启动装置430同时旋转。从而，所有的滑动部件420都伸出或缩回，具体取决于启动装置442的旋转方向。

径向约束系统的再有一些实施例在图15和7中被公开。在这些实施例中，滑动部件的径向运动不是通过旋转构件的转动来驱动的，相反，该径向运动是通过至少一个滑动部件的位置来带动，即将线性运动变换为旋转运动。

实施例六

如在图15中最佳地看到的，径向约束系统500的结构与许多上述实施例基本相同。径向约束系统500包括一定中空的筒形壳体512、多个引导通道或孔口514、可滑动地容纳在各引导通道514内的多个滑动部件520、位于各滑动部件520（非所有，至少一个滑动部件上不设置从动件）上的长形从动件521、环形旋转构件530、多个引导弯道532和用于将旋转构件530可靠地安装在壳体512上的离合圈537。

在此实施例中，径向约束系统500包括线性启动装置580。线性启动装置580包括可旋转地安装在从壳体512的一侧径向地延伸的凸台511内的驱动支柱、轴或杆。在驱动轴582的一端上形成有插口587以选择性地接纳工具或钥匙，另一端包括环形稳定沟槽583，该环形稳定沟槽与穿过壳体512的一端插入的稳定销581相互作用。稳定销582横置在稳定沟槽583内并防止驱动轴582在操作期间相对于凸肩511的轴向运动；因而稳定并维持驱动轴582的相对位置。

长形螺栓584从驱动轴582轴向地延伸并经由其上的螺纹接合连接部件586。连接部件586又连接到穿过一个滑动部件520延伸到相应引导弯道532内的长形驱动从动件585，该驱动从动件585配置成与螺栓584汇交。

在操作中，代替使旋转构件530旋转，用户使用插入插口587中的钥匙或工具旋转驱动轴582。驱动轴582的旋转使螺栓584旋转，从而推动或拉动连接部件586，具体取决于旋转方向。连接部件586的推动或拉动迫使与其连接的滑动部件520缩回或伸出。由于驱动从动件585与一个引导弯道532连接，驱动从动件585的线性运动迫使旋转构件530旋转，由此带动其它滑动部件520的同时伸出和缩回。在此实施例中，引导弯道532由驱动从动件585驱动。构成引导弯道532基于阿基米德螺线原理构建，其中，由于该曲线是平滑且一致的，所以从线性运动到旋转运动的转变可以以最小的力完成。这种一致的曲线导致在整个预设的旋转弧度内所施加的力的大小都是相同，即，使驱动从动件585沿引导弯道532线性移动所需的力在该曲线上的任意点都将相同。

实施例七

如在图16中可见的，径向约束系统600的结构与径向约束系统500基本相同。在这方面，径向约束系统600包括一定中空的筒形壳体612、多个引导通道614或孔口、可滑动地接纳在各引导通道614内的多个滑动部件620、位于各滑动部件620（非全部，至少一个滑动部件上不设置从动件）上的长形从动件621、环形旋转构件630、多个引导弯道632和用于将旋转构件630可靠地安装在壳体612上的离合圈637。

在此实施例中，径向约束部件600包括线性运动启动装置680。线性运动启动装置680包括在一端可旋转地安装在偏心凸轮684上的驱动支柱、轴或杆。偏心凸轮684配置在壳体612的一侧，并且驱动杆682穿过侧孔口611径向地延伸到壳体612中。偏心凸轮684构造为一跨越驱动杆682的连接端的筒形支架。驱动杆682的枢转轴线或旋转轴线偏离筒形支架的轴线。在偏心凸轮684的一端上形成有插口687以选择性地接纳工具或钥匙650。这种情况下，工具650可以是六角扳手。驱动杆682的另一端连接到穿过一个滑动部件620延伸到相应引导弯道632中的长形驱动从动件685，该驱动从动件685配置成与螺纹驱动杆682汇交。

在操作中，用户使用工具650旋转偏心凸轮684，而非转动旋转构件630。偏心凸轮684的旋转线性地推动或拉动驱动杆682，具体取决于旋转方向。驱动杆682被限制成在侧孔口611内作往复运动。连接部件驱动杆682的推动或拉动迫使被连接的滑动部件620分别缩回或伸出。由于驱动从动件685与一个引导弯道632的连接，驱动从动件685的线性运动迫使旋转构件630旋转，由此带动其它滑动部件620的同时伸出和缩回。因此，径向约束系统600的功能和操作与径向约束系统500基本相同，只是驱动件为偏心凸轮而不是螺栓型驱动件。

在所有上述实施例中，径向约束系统10、100、200、300、400、500、600结合了具有至少一个基于阿基米德螺线的引导弯道的旋转构件、滑动部件和可滑动地连接到引导弯道的从动件、以及用于滑动部件的受限制的往复运动的引导通道。阿基米德螺线的原理允许滑动部件的相对平顺的伸出和缩回，部分原因是因为在众多的用户定义的引导弯道构型中，引导弯道的相对角布置（即引导弯道相对于旋转轴线的总体延伸方向）可以是陡峭或平缓的、但布置成使得通过旋转到线性的变换或通过线性到旋转的变换而使滑动部件移动所需的力被保持在理想的最低限度。

应该指出的是，径向约束系统10、100、200、300、400、500、600包含大量替换方案。例如，以上系统中的任何一个可以由各种材料如木材、塑料、钢材、复合材料及其组合构成。径向约束系统的一部分或全部构件可以设置有区分用的颜色和/或标记。对各种实施例的用途的描述不应该被解释为局限于此。径向约束系统10、100、200、300、400、500、600可以用于需要机械构件的选择性锁定连接的任何情形中。另外，滑动部件的数量和它们的取向、引导弯道的具体构型和取向、以及滑动部件和对应的引导通道的形状可以根据用户的意愿和要求变化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (16)

1.一种径向约束系统，其特征在于包括：

系统壳体，具有至少一个内置的的引导通道；

至少一个滑动部件，其以可滑动的方式配置在相应的引导通道中并在所述引导通道约束下做往复运动；

从动件，自每个滑动部件交汇外延一从动件；

至少一个旋转构件，以可旋转的相对方式连接于系统壳体，该旋转构件至少有一个形成在其上的引导弯道，各引导弯道基于阿基米德螺线原理，各从动件与各自对应的引导弯道相连并相对旋转构件的旋转轴线做横向运动，各引导弯道限定滑动部件的移动距离是预先设定的；以及

一个旋转机构，选择性地旋转所述的旋转构件的旋转方向从而决定至少一个滑动部件的伸出或缩回并与至少一个机械构件锁定啮合或脱开；

其中，所述至少一个滑动部件的线性运动的速率与所述旋转构件的旋转速率成比例关系。

2.根据权利要求1所述的径向约束系统，其特征在于所述的壳体为长形、部分中空的筒形壳体。

3.根据权利要求2所述的径向约束系统，其特征在于所述的至少一个滑动部件为环绕所述筒形壳体并相互间隔开的多个滑动部件。

4.根据权利要求3所述的径向约束系统，其特征在于所述的至少一个旋转构件在其直径方向开有位置相对的至少一对钥匙孔；所述旋转机构包括具有长形手柄和与该手柄垂直延伸的一对相隔的钥匙插件，每个所述钥匙插件以可选择的方式插入所述一对钥匙孔中，与至少一个旋转构件啮合，选择性地转动所述钥匙以带动至少一个旋转构件旋转。

5.根据权利要求4所述的径向约束系统，其特征在于还包括用于将所述旋转构件锁定在预置的一个锁定装置，该锁定装置包括：

形成在所述筒形壳体内的至少一个锁定凹部；

配置在所述锁定凹部中的至少一个弹簧；

一端抵接所述至少一个弹簧的至少一个锁定支柱，所述至少一个锁定支柱的直径比所述钥匙孔大，所述至少一个锁定支柱在常态下被所述至少一个弹簧偏压成抵接在所述钥匙孔中的一个上；以及

形成在所述至少一个锁定支柱的另一端上的接合头部，所述接合头部的直径比所述至少一个锁定支柱的直径小，所述接合头部在常态下被接合在所述一个钥匙孔中以防止所述至少一个旋转构件旋转；

其中，一个钥匙插件比另一个钥匙插件长，在所述钥匙插入所述钥匙孔时，较长的钥匙插件克服所述至少一个弹簧的偏压而推动所述接合头部使其与钥匙孔分离，从而使所述至少一个旋转构件解除锁定并旋转。

6.根据权利要求4所述的径向约束系统，其特征在于还包括：

一个可以插入安装在所述筒形壳体内的长形轴体件，该长形轴体件具有与其轴线横向的贯穿通孔，所述通孔与所述筒形壳体上设置的一对径向相对的第一引导通道对齐并且连通；以及

一个筒形外衬壳体，其中部开放用以选择性地接纳所述筒形壳体和形成在其上的一对径向相对的通孔，所述筒形外衬壳体的通孔与所述筒形壳体上的一对第二引导通道对齐并且连通。

7.根据权利要求6所述的径向约束系统，其特征在于所述的至少一个旋转构件包括：

环形旋转构件，其具有延所述环形旋转构件周向间隔的一对第一引导弯道和一对第二引导弯道，所述第一引导弯道相对于彼此沿相同方向螺旋延伸，所述第二引导弯道相对于彼此沿相同的、且与所述第一引导弯道的螺旋方向相反的螺旋方向螺旋延伸；

其中，在所述环形旋转构件绕给定旋转弧道旋转时，所述第一引导弯道迫使一对第一滑动部件缩回到所述长形轴的通孔中、所述第二引导弯道迫使一对第二滑动部件伸出到所述圆筒形外衬壳体的通孔中，从而同时连接并锁定所述长形轴和所述筒形外衬壳体两个部件。

8.根据权利要求7所述的径向约束系统，其特征在于还包括用于将所述环形旋转构件锁定在选定位置的锁定机构，所述锁定机构具有：

一对弹簧；

一对锁定支柱，每个所述锁定支柱都在一端抵接相应的弹簧，每个所述锁定支柱的直径都比所述钥匙孔大，每个所述锁定支柱在常态下都由相应的弹簧偏压成抵靠相应的钥匙孔；以及

形成在每个所述锁定支柱的另一端上的接合头部，所述接合头部的直径比所述锁定支柱的直径小，所述接合头部在常态下被接合在相应的钥匙孔内以防止所述环形旋转构件旋转；

其中，所述钥匙部件选择性地插入穿过所述钥匙孔，克服所述弹簧的偏压推动所述接合头部使其与所述钥匙孔分离，从而使所述环形旋转构件解除锁定并旋转。

9.根据权利要求3所述的径向约束系统，其特征在于所述的旋转机构包括：

基本包容所述筒形壳体和所述至少一个旋转构件的外衬壳体，所述外衬壳体具有中空开口和绕外衬壳体形成的至少一个外孔口，所述至少一个外孔口与所述至少一个引导通道对齐，每个所述滑动部件延伸到所述至少一个外孔口中以固定所述外衬壳体；以及

锁定机构，其配置在所述至少一个旋转构件与所述外衬壳体之间以锁定所述至少一个旋转的旋转后的位置。

10.根据权利要求9所述的径向约束系统，其特征在于所述的锁定机构包括：

形成在所述至少一个旋转构件一侧的长形沟槽；

配置在所述长形沟槽中的片簧，所述片簧具有形成在其中的长形接合槽；以及

可旋转地安装在所述外衬壳体的中空开口中的锁定支柱，所述锁定支柱的一端具有适于将工具钥匙选择性地接纳在其中的插口，而在所述锁定支柱的另一端上形成有长形接合头部，所述接合头部以可插入的方式安装在所述接合槽中，所述片簧在常态下偏压所述锁定支柱使其抵靠所述外衬壳体的内部并锁定所述至少一个旋转构件；

其中，所述锁定支柱的选择性旋转将所述片簧迫压到所述长形沟槽内，从而释放锁定以使所述至少一个旋转构件沿期望方向旋转。

11.根据权利要求3所述的径向约束系统，其特征在于所述的筒形壳体包括沿不同方向径向延伸的多个子壳体。

12.根据权利要求11所述的径向约束系统，其特征在于每个所述的子壳体都具有：

穿过所述子壳体交汇延伸的一个所述引导通道；

以可滑动的方式容置在所述至少一个引导通道中的一对滑动部件；

配置在所述子壳体中的至少一个旋转构件，所述至少一个旋转构件具有形成在一侧的一对引导弯道以容纳所述一对滑动部件的从动件；以及

形成在所述至少一个旋转构件另一侧的一体式伞齿轮，相邻旋转构件的伞齿轮相互啮合。

13.根据权利要求12所述的径向约束系统，其特征在于所述的旋转机构包括安装在所述筒形壳体上的旋转启动装置，所述旋转启动装置的一端具有适于选择性地接纳工具并使其旋转的插口，所述旋转启动装置的另一侧开有一体的伞齿轮，旋转启动装置伞齿轮与各子壳体中的旋转构件的伞齿轮相互啮合，以在其选择性地旋转时带动所有的旋转同时旋转。

14.根据权利要求3所述的径向约束系统，其特征在于所述的旋转机构包括以可操作的方式连接到所述至少一个滑动部件的线性运动启动装置。

15.根据权利要求14所述的径向约束系统，其特征在于所述的线性运动启动装置包括：

从所述筒形壳体径向地延伸的中空凸台；

以可旋转的方式安装在所述中空凸台内的驱动轴，所述驱动轴的一端具有用于选择性地接纳工具以旋转所述驱动轴的插口，所述驱动轴的另一端附近形成有环形稳定沟槽；

横置在所述环形稳定沟槽内的稳定销，所述稳定销防止所述驱动轴的轴向运动；

从所述驱动轴的相对端轴向地延伸的长形螺栓；

接纳所述螺栓的连接部件；以及

从所述连接部件穿过所述至少一个滑动部件延伸到对应的引导弯道中的长形驱动从动件，所述驱动从动件延伸并与所述驱动轴交汇；

其中，所述驱动轴的选择性旋转将线性地推动或拉动连接在所述驱动从动件上的所述至少一个滑动部件，并且所述驱动从动件在所述引导弯道内的线性运动将迫使所述至少一个旋转构件随着所述驱动从动件在所述引导弯道倒内滑动而相应地转动。

16.根据权利要求14所述的径向约束系统，其特征在于所述的线性运动启动装置包括：

配置在所述筒形壳体外的偏心凸轮，所述偏心凸轮的一侧具有插口以选择性地接纳用于使所述偏心凸轮旋转的工具；

径向地延伸到所述筒形壳体中的驱动杆，所述驱动杆的一端可枢转地连接于所述偏心凸轮；以及

从所述驱动杆的相对端延伸的长形的驱动从动件，所述驱动从动件与所述驱动杆交汇并穿过所述至少一个滑动部件延伸到对应的引导弯道中；

其中，所述驱动杆的选择性旋转线性地推动或拉动连接于所述驱动从动件上的所述至少一个滑动部件，所述驱动从动件在所述引导弯道内的线性运动将迫使所述至少一个旋转构件随着所述驱动从动件在引导弯道导向下相应地旋转。