CN104995442B - 用于将转动移动非线性地转换为线性移动的机械系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于相对于角度移动的线性变化而非线性地将角度移动改变线性地转换为线性移动改变的装置和方法。所述装置和方法的实施例在向用户提供对以较低流速从龙头流动的流体的量的更好且更精确的控制方面是有利的。根据其它实施例，公开了一种流偏转板，所述流偏转板适于通过90度到180度之间的偏转角将输入位置处通过板的一个刻面进入板的流偏转到出口开口，所述出口开口偏转远离输入位置。

Description

用于将转动移动非线性地转换为线性移动的机械系统
本发明的背景
单控制杆混合水龙头(single lever mixer faucets)通常包括阀芯(cartridge)，阀芯可设定水流强度以及冷水和热水的相对混合物。阀芯可包括基部静止板和能移动板。基部静止板包括两个入口以及第三开口，所述两个入口允许热水和冷水分别进入阀芯，第三开口允许混合水的流出。能移动板包括单个开口，该单个开口在关闭位置中不与任何入口交迭、且在打开位置中与入口中的一个或两者的至少一部分交迭。能移动板通过阀芯的控制杆而相对于基部静止板移动。水流量通过在一个平面(在下文中，为流强度控制平面，该平面使阀芯的控制杆倾斜)中移动龙头的手柄而被控制。
现在对图1A以及图1B和1C进行参照，图1A是现有技术龙头100的阀芯140和手柄110的示意性前视图，图1B和1C是分别处于关闭位置和打开位置中的龙头100沿图1A上标记的轴线I-I截取的横截面视图。手柄110被牢固地固定于控制杆120。控制杆120能围绕枢接点130转动。在关闭位置中，如图1B中所示，能移动板142的单个开口不与静止板144的任何入口交迭。在打开位置中，如图1C所示，手柄110被抬起，控制杆120转动，且能移动板142相对于关闭位置移位，并且能移动板142的单个开口与静止板144的入口中的一个或两者的至少一部分交迭。能移动板142和静止板144可由陶瓷材料制成或者包括陶瓷部件。附加地或可替换地，能移动板142和静止板144的部件可由多种材料制成，或者可由诸如塑料板、橡胶环，特氟纶(Teflon)柱体等材料的组合制成。阀芯140可包括基板146，该基板具有与静止板的开口匹配的一个刻面开口，所述静止板的开口穿过基板146变成圆形开口，所述圆形开口与水源入口及龙头的出口匹配。
现在参照图2，图2是相对于包括轴线x和y的Cartesian(直角坐标)轴系统示出现有技术龙头的手柄和控制杆的示意图。线210代表手柄110，并且线220表示在图1A和1B中示出的控制杆120。线210和220被示出在龙头的打开位置中，轴x被定位在当龙头处于关闭位置中时线220所放置的位置处，并且轴y垂直于x轴。当手柄110从垂直于x轴转动到α(alpha，阿尔法)的角度时，能移动板142移位了h＝rsina，其中r是控制杆120从控制杆120与能移动板142之间的连接部到枢接点230的长度。对于较小的α值，例如对于小于30度或0.52弧度的α值，sinα≈α，并且因此，h基本上是与α成比例的。图3表示示例性现有技术龙头的与h和α相关的曲线图。显然，在所描述的范围内，该关系基本上是线性的。
因此可以假定，水的流速将与α(即，手柄110的转动角度)成比例。但是，由于受龙头的入口处的水压影响的以及受开口的各种尺寸对水流的作用的影响的水流的动力学，水的流速不是精确地与手柄的转动角度成比例。由于使用者的主观体验，这种效果被感知为比实际情况的更大。因此，当手柄110以其从关闭位置开始的运动范围移位25％时，流速被感知为非常强。当手柄110以其从关闭位置开始的运动范围移位50％时，流速被感知为太强，以致于一般的用户都会认为此流速接近于最大的可用流速。当手柄110从其运动范围的50％移位到100％时，水的流速的变化水平被用户感知为是不明显的。
因此，根据阀芯和手柄的当前设计，为了对流速进行精细调节，仅使用手柄的从其关闭位置开始的运动范围的25％至50％。通常，不使用剩余运动范围来对流速进行精细调节，因为用户一般来说不需要在更高流速时进行精细调节。用户可能发现，因为较小的运动范围被用于这些精细调节，所以难以在较低流速范围下进行精细调节。因为龙头的机械机构的阻止运动的摩擦力以及使用者执行操作现有技术手柄所需的精细手部动作的固有困难，这种困难进一步增加。
发明内容
本发明的实施例提供了一种机械系统，该系统用于将手柄的转动移动非线性地转换成操作装置的线性移动，例如，转换成龙头的阀芯的能移动板的线性移动。例如，实现操作装置的一定幅度的线性移动所需要的手柄的移动幅度随着与操作装置相关的参数的值改变而改变。例如，实现龙头的阀芯的能移动板的一定幅度的线性移动所需要的手柄的移动幅度随着流过龙头的水的流速减小而增大，从而使得对于手柄的相同移动幅度来说，当手柄靠近“关闭”位置被操作时，受控参数的变化较小，当手柄靠近“完全打开”位置被操作时，受控参数的变化较大。
附图的简要说明
在本说明书的结论部分中特别地指出了视为本发明的主题并清楚地要求保护。但是，通过参考以下详细说明(当阅读时结合附图)，本发明(涉及操作的组织和方法、以及其目的、特性和优点)将得到最好地理解，在附图中：
图1A是示出了现有技术龙头的阀芯和手柄的示意性前视图；
图1B和1C是分别处于关闭位置和打开位置中的图1A中所示的阀芯和手柄沿图1A上所标记的轴线I-I截取的横截面视图；
图2是示出了现有技术龙头的手柄和控制杆的示意性条形图；
图3示出了与示例性现有技术龙头的h和α相关的曲线图；
图4是示出了根据本发明实施例的手柄和移动变换组件的示意性条形图；
图5A是示出了根据本发明实施例的龙头的阀芯、移动变换组件和手柄的示意性前视图；
图5B、5C和5D是分别处于关闭位置、中间位置和完全打开位置中的图5A中所示的阀芯、移动变换组件和手柄的沿图5A上所标记的轴线II-II截取的横截面视图；
图6示出了与根据本发明实施例的示例性龙头的能移动板的移动以及手柄的转动角度相关的曲线图，所述示例性龙头包括用于将手柄的转动移动非线性地转换成能移动板的线性移动的机械系统。
图7是根据本发明实施例的阀芯壳体以及相对于阀芯壳体转动了约90°的阀芯的分解图；
图8是示出了根据本发明实施例的被放置成抵靠壳体的开口(粗线)的阀芯的开口的示意图；
图9A、9B、9C和9D是示出了根据本发明实施例的偏转(diversion，导流)板的示意图；
图10A和10B分别是根据本发明实施例的变型基板的示意性等距前视图和后视图；
图11是根据本发明实施例的附加板的示意图；
图12、13和14是示意性地示出了根据本发明实施例的图10A和10B的变型基板以及图11的附加板的分解等距图；以及
图15是根据本发明实施例的组装后的偏转盘的示意性等距图。
图16示意性地示出了根据本发明附加实施例的适于提供90度转动偏转的偏转板；
图17和17A分别示意性地示出了根据本发明附加实施例的适于提供150度转动偏转的偏转板以及通过偏转板截取的横截面AA；以及
图18示意性地示出了根据本发明附加实施例的适于提供180度转动偏转的偏转板。
应当理解，为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，其中一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。此外，在认为适当的地方，附图标记可能在附图中重复，以便指示出相应的或类似的元件。
本发明实施例的详细描述
在以下的详细描述中，阐述了很多具体的细节，以便提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员应理解的是，本发明可在没有这些具体细节的情况下实施。在其它情形中，没有对公知的方法、过程和部件进行详细描述，以免使本发明难以理解。
虽然本发明的实施例没有就此进行限定，但术语“多个”和“多数”在本文中使用时可包括例如“若干”或“两个或更多个”。术语“多个”或者“多数”可被用在整个说明书中，以描述两个或更多个部件、装置、元件、单元、参数等。除非明确说明，否则本文所描述的方法实施例不限于特定的次序或顺序。另外，所述方法实施例或其要素中的一些可在相同的时间点发生或被执行。
本发明的实施例可包括手柄，诸如用于操作一装置的机械多轴线手柄。所述多轴线手柄可围绕一个或多个转动轴线转动，从而使得每个转动轴线穿过手柄并可穿过基本上共同的点、或位于手柄内的区域处，使得手柄能够保持在该点的两侧上、并且通过围绕每个轴线转动手柄来执行操作以用于改变相应的参数。在属于本申请的申请人的PCT/IL2012/050305号PCT国际专利申请中描述了这些手柄，该国际专利申请的全部内容通过引用结合于本文中。另外，可使用可围绕穿过手柄的转动轴线移动的其它类型的手柄。
本发明的实施例提供了一种用于将手柄的转动移动非线性地转换成被操作装置(例如，龙头的阀芯的能移动板)的线性移动的机械系统。例如，实现被操作装置的一定幅度的线性移动所需要的手柄的移动幅度随着与被操作装置相关的参数的值改变而改变。例如，实现龙头的阀芯的能移动板的一定幅度的线性移动所需要的手柄的移动幅度可随着流过龙头的水的流速减小而增大，从而使得对于手柄的相同幅度的移动来说，当手柄靠近“关闭”位置被操作时，受控参数的变化较小，当手柄靠近“完全打开”位置被操作时，受控参数的变化较大。
根据本发明的实施例，机械系统可包括手柄、以及用于将手柄的移动转换成能移动板的移动的移动变换组件。手柄可围绕垂直于手柄和移动变换组件的转动轴线转动。移动变换组件可包括固定杆和能移动杆，固定杆枢接于手柄并固定于阀芯，能移动杆在距离固定杆的枢接点一定距离处枢接于手柄。在能移动杆的第二端处，能移动杆可枢接于摇杆、并且可转动摇杆，摇杆可使得所述能移动板移动。
现在参照图4，该图是示出了相对于x轴描绘的根据本发明的实施例的手柄和移动变换组件的示意图。线410表示固定杆，固定杆在枢接点420处枢接于由线450表示的手柄，并且线412表示能移动杆，能移动杆在枢接点440处枢接于手柄。手柄450和线412被描绘为处于接近关闭位置中。手柄450可围绕一转动轴线转动，该转动轴线在枢接点420处穿过手柄450、并且垂直于手柄450和固定杆410。当手柄450围绕枢接点420转动时，枢接点440围绕枢接点420以圆形移动的方式移动，该移动由弧430表示。当手柄450从初始位置转动了角度β(beta，贝塔)时，线412移位了l＝l初始-r｀cosβ，其中r｀是枢接点420与枢接点440之间的距离，l初始是枢接点440沿X轴的初始位置(如果初始位置是β＝0，则l初始＝r｀)。通过β推导，可得到在0≤β≤90度的范围中，与较大的β值相比，对于较小的β值来说sinβ的值是较小的。因此，与在较大的β值下所进行的手柄450的相同移动相比，在较小的β值下所进行的手柄450的相对较大的移动可导致线412沿x轴的相对较小的移动。
现在对图5A以及图5B、5C和5D进行参照，图5A是根据本发明实施例的单控制杆混合水龙头500的阀芯540、以及移动变换组件560和手柄510的示意性前视图，图5B、5C和5D是分别处于关闭位置、中间位置和完全打开位置中的龙头500的沿图5A上所标记的剖切线II-II截取的横截面视图。移动变换组件560和手柄510可构成用于将手柄510的第一种转动移动非线性地转换成能移动板l42的线性移动的机械系统505。机械系统505可提供至少两种移动控制，如图5C中的箭头RA1和RA2所描绘的。箭头RA1描绘了手柄510围绕轴线552在平行于图页的平面中的第一转动移动，并且箭头RA2描绘了围绕纵向轴线LA的第二转动移动。在一定的移动范围内，手柄510的第一转动移动和第二转动移动可基本上彼此垂直并且独立于彼此。
移动变换组件560可包括固定杆550和能移动杆520。固定杆550可在枢转轴线552处枢接于手柄510，且该固定杆固定于阀芯540。能移动杆520可在枢转轴线524处枢接于手柄510，枢转轴线524被定位在距固定杆的枢转轴线552一操作半径的距离处。假想的纵向中心线LA描绘了基本上沿杆550的中心延伸的中心线。线LA被示出在图5C和5D中、而未示出在图5B中，以免使附图不清楚。手柄510可围绕轴线552在与所述龙头的关闭位置相关联的角度β的第一值和与所述龙头的完全打开位置相关联的角度β的第二值之间转动。在能移动杆520的第二端处，能移动杆520可在枢转轴线522处枢转地连接于摇杆530，并且可使摇杆元件530围绕枢转轴线532转动，摇杆元件可借助于突出部(jag)530A线性地移动能移动板142，所述突出部定位在摇杆元件530的圆周处。手柄510可围绕固定杆550的枢转轴线552转动。阀芯540可包括能移动板142、静止板144和摇杆530。摇杆530可适于由能移动杆520倾斜。能移动板142的线性移动由突出部530A的角度运动的切向分量直接指定，所述切向分量平行于能移动板142的移动方向。
突出部530A的沿平行于能移动板142的表面的线的相对于参考线REF1的位置或距离在图5B中通过M1描绘，在图5C中通过M2描绘，且在图5D中通过M3描绘。因此，突出部530A和能移动板142的线性移动通过M1与M2以及位置M1与M3之间的差而得出。在图5B中所描绘的关闭位置中，角度β的值较小，在图5C中所描绘的中间位置中，角度β的值较大。在完全打开的位置，角度β增加得甚至更多。因此，与接近打开位置所执行的相同幅度的转动相比，手柄510在中间位置中以一定角度幅度的转动将导致能移动板142的较小移动。如果接近关闭位置执行相同幅度的转动，则能移动板142的移动将甚至更小。
应注意的是，本文上面所执行的计算仅仅是能移动杆520的移动的近似值。能移动杆520的真实移动模式可能更加复杂，并且能移动杆520的沿x轴的移位可稍微地不同于杆412通过还涉及沿Y轴的移动而所呈现的移位，原因在于能移动杆520枢转地连接于手柄510和摇杆530。
现在参照图6，该图是示出了根据本发明实施例的示例性龙头的能移动板142(图5B、5C和5D)沿Y轴所呈现的移动与手柄的转动角度β的变化之间的关系的曲线图，所述示例性龙头包括用于非线性地转换手柄510沿X轴的转动移动的机械系统。显然，由粗连续线602所描绘的关系是非线性的(线性的关系由虚线604描绘)。例如，可以看出的是，将手柄从0度移动至10度(10度的移动)导致了能移动板的0.75mm的移动，而将手柄从40移动到50度(这也是10度的移动)导致了能移动板的1.2mm的移动，这与在0度至10度的范围内的移动相比是160％。具体变化率取决于转换系统的具体设计，转换系统可根据需要进行改进以满足具体的设计要求。论证图6中所描绘的呈现非线性传输率的效果的另一方式是对图6中的接近“完全关闭”位置的曲线的导数(其是较小的)以及对所述曲线的接近“完全打开”位置的该导数的值(其是较大的)进行评价。
当在实验室中进行试验时，相比于不同设计的现有技术龙头(所述现有技术龙头使用图1A、1B和1C中所描述的阀芯和手柄)，检测到当前的设计由于能够更好地控制水的流速而表现优良。
龙头中的操作手柄与水的流速之间的非线性传输率可以通过改变静止板的开口和能移动板的开口的设计来实现。但是，这些变化是复杂的，受到阀芯的物理尺寸、以及与水的流动分布有关的物理问题和其它问题(诸如噪音、在水压较低的区域中操作的能力等)限制。
与现有技术的单控制杆龙头相比，通过使用户能够在低流速时对水流速执行比采用当今常见的手柄更精密的和准确的调节，根据本发明实施例的操作手柄与被操作的水流调节机构之间的非线性传输率可使用户对单控制杆混合水龙头阀芯更好和更容易的控制。
根据本发明实施例的操作手柄与被操作的水流调节机构之间的非线性传输率在本文中主要是相对于机械控制手柄和机械移动变换组件(其可操纵和影响龙头中的水的流速)进行描述的。根据本发明实施例的操作手柄与被操作的水流调节机构之间的非线性传输率并不局限于龙头及其控制，而是可用来操作需要在操作手柄与被操作机构之间具有非线性传输率的任何装置。其它可能的应用可包括其它机械系统，诸如自行车或其它车辆的机械制动器、气动系统中的打开和关闭压力阀等。
根据本发明的实施例，提供了一种低轮廓(low profile)偏转板或盘，用于在包括第一供应开口的第一装置与包括第二供应开口的第二装置之间对材料(诸如流体)的流进行偏转，第二供应开口中的每一个对应于第一装置中的开口，其中，第一装置的供应开口不被定位成与第二装置中的它们的相应供应开口相对。根据本发明的实施例，第一装置的供应开口甚至可被定位成抵靠并至少部分地交迭第二装置的非对应开口。偏转板可包括位于板的第一刻面(facet)上的第一组开口，这些开口中的每一个均在第一刻面上被定位成对应于第一装置的供应开口中的一个、并且在所述第一刻面的平面中延伸超过对应的供应开口。偏转板还可包括定位于板的第二刻面上的第二组开口，这些开口中的每一个均对应于第二装置的供应开口中的一个开口以及偏转板的第一组开口中的一个开口。第二组开口中的每一个均可相对于其匹配的第一开口、与穿过所述第一开口且垂直于所述第一刻面的假想线相关地移位。根据本发明的实施例，第二开口中的每一个均可定位成至少部分地交迭非匹配的第一开口的投影。可形成从第一开口中的每一个到其匹配的第二开口穿过偏转板的通道，以使得流体能够在所述匹配的开口之间流动。板可包括分隔部，分隔部在板的第一刻面与第二刻面之间延伸、且位于第一装置的供应开口被定位成抵靠第二装置的非对应的流体供应开口的区域处，并且其中，分隔部构成通道的壁的一部分。
例如可使用3D打印，可将板制造为单个部件，或者将板制造为多个更薄的板的组件(所述多个更薄的板中的每一个均将流偏转到一定程度)。
根据本发明的实施例，偏转板可以是盘的形式，所述盘可被放置在龙头的阀芯中以使得阀芯的水供应开口能够相对于龙头的水供应开口的位置而转动移位。例如，根据本发明实施例的偏转盘可使得使阀芯的水供应开口围绕所述盘的中心的位置相对于龙头的水供应开口转动例如大约90°(度)。因为偏转圆盘具有较低的轮廓、或厚度，所以它也可被装配到标准的龙头和阀芯中，例如通过更换标准龙头的阀芯的标准基板以及可能地添加附加的板来进行所述装配，而基本上不需要其他调节。
在下文的详细描述中，将给出根据本发明实施例的用于龙头的偏转盘的设计构思的实例。但是，应当注意的是，本发明的实施例不限于该特定实例。例如，开口能够以转动之外的其它模式移位，或者相对于彼此以不等于90°的其它角度转动。另外，相同的设计构思可被用来设计龙头之外的其它应用的偏转板。
现在参照图7，该图是阀芯壳体720以及阀芯710的分解图，所述阀芯在由箭头B指示的方向上围绕纵向轴线A-A相对于阀芯壳体720转动了约90°。壳体720可包括供应开口722、724和726。例如，供应开口722和724可形成用于冷水和热水的水入口，而供应开口726可形成混合水出口。阀芯710可包括供应开口712、714和716。例如，供应开口712和714可形成用于冷水和热水的水入口，而供应开口716可形成混合水出口。开口722可对应于开口712，开口724可对应于开口714，并且开口726可对应于开口716。当阀芯710不相对于阀芯壳体720转动时，对应的开口被放置成抵靠彼此，使得在各对开口之间形成用于水的基本上笔直的通道。但是，在被转动的位置中，对应的开口被放置成不抵靠彼此，并且甚至更严重的是，壳体720的开口可被放置成基本上抵靠非对应的开口、或可部分地交迭非对应的开口、或可被放置成与非对应的开口相对。如在平行于相应元件的纵向轴线截取的视图中所观看的，本文中的术语“交迭”可表示一个开口被放置成至少部分地交迭另一开口的投影。例如，阀芯710和壳体720的纵向轴线是图7中的轴线711。阀芯710可包括销718，该销与壳体720中的对应凹槽(未示出)配合。销718可被用于将阀芯710相对于壳体720定位在期望的定向上。
现在参照图8，该图是示出了被放置成抵靠壳体720的开口722、724和726(粗线)的阀芯710的开口712、714和716(细线)的示意图。图8中的“A”所标记的点表示公共纵向轴线711(图7)的位置。如可以清楚地看到的，开口724不被放置成抵靠对应的开口714/与对应的开口714相对而是基本上与非对应的开口712交迭；开口726部分地交迭对应的开口716以及非对应的开口714等。阀芯710的开口712、714和716相对于壳体720的它们对应的开口722、724和726的角转动的量由箭头“B”表示，该箭头从开口726的中心延伸到开口716的中心。
现在参照图9A、9B、9C和9D，这些图是根据本发明实施例的偏转板950、960、970和980的示意图，所述偏转板分别适于将流体的流从第一开口偏转到被放置成相对于第一开口转动了90度的另一开口。偏转板950、960、970和980以及它们各自的装置951和952的示意图被描绘成横截面，该横截面是沿着剖切圆形线812(图8)截取，且通过第一装置951、偏转板950、960、970和980和第二装置952执行，并且然后该圆形剖切被示意性地拉直，以便提高描述的清楚度。装置951包括供应开口963、964和965，这些供应开口分别对应于第二装置952的供应开口953、954和955。如可以看到的，第一装置951的供应开口963、964和965中的每一个均分别被定位成不与第二装置952的其对应的供应开口953、954和955相对、而是与非对应的开口相对。在所示的实例中，供应开口的数量是三个，但是本发明的实施例可根据需要而包括任何数量的供应开口。根据需要，任何类型的流体和/或半流体(如粉末、小颗粒等)可以流入或流出供应开口953、954、955、963、964和965。在偏转板950内部，在对应的开口963与953、964与954、以及965与955之间分别形成有通道63、64和65。偏转板950可包括被定位在板950的第一刻面860上的第一组开口863、864和865，这些开口中的每一个均对应于装置951的供应开口963、964和965中的一个、并且在刻面860的平面中延伸超过对应的供应开口。偏转板950可包括定位于板950的第二刻面850上的第二组开口853、854和855，这些开口中的每一个均对应于第二装置952的供应开口953、954和955中的一个开口以及偏转板的第一组开口中的一个开口。开口853、854和855中的每一个均可在刻面850的平面中延伸超过装置952的相应流体供应开口，以便至少部分地与开口863、864和865中的相应开口匹配，以分别形成用于流体流的通道63、64和65。板950可包括分隔部958、956和957，所述分隔部在板950的刻面850和刻面860之间延伸、且位于装置951的供应开口定位成抵靠装置952的非对应的流体供应开口的区域处。分隔部958、956和957分别构成通道63、64和65的壁的一部分。如在图9A中所见的，通道63、64和65的其它壁由刻面850、860的相应部分形成。
除了开口863、864和865在板960的内平面中延伸超过对应的供应开口之外，图9B中所示的偏转板960与偏转板950相似。另外，开口963、964和965中的每一个被进一步移位得远离装置952的其对应的开口(朝向图9B中的右侧移位)。因此，分隔部958、956和957被制造得相对于板950的分隔部更长。除了偏转板970的厚度(被标记为h1)相对于偏转板950的厚度减小之外，图9C中所示的偏转板970与偏转板950相似。偏转板970的厚度可通过减小侧壁973、974、975、976、977和978的高度而减小。虽然偏转板的厚度被减小，但是应保持通道970A、970B和970C中的每一个的足够的自由通路，以确保足够的流通过它们。在图9D中，两个偏转板981和982被层叠(cascaded)，以增加偏转组件980的偏转移位距离。
现在参照图10A和10B，这些图分别是根据本发明实施例的变型基板900的示意性等距前视图和后视图。在变型基板900的后刻面920处，开口912、914和916与标准静止板(诸如静止板144)的相应开口配合(即，位于标准静止板的相应开口相同的位置处、并且适于连接到与标准静止板的相应开口相同的开口)。但是，在变型基板900的前刻面930处，开口912、914和916延伸/扩展超过静止板144的相应开口，以分别形成通道922、924和926。通道922、924和926通过分隔部940A、940B和940C而彼此分离。延伸部被制造得尽可能大，以便差不多占用变型基板900中的可用的空间，并且以便在刻面930的表面上延伸遍布尽可能大的区域、而不会延伸的超过非对应的开口，同时根据需要留下分隔部940和垫圈所需要的空间。
现在参照图11，该图是根据本发明实施例的附加板1000的示意图。在附加板1000的前刻面处，开口1012、1014和1016分别在区域1022、1024和1026(被标记为虚线圆)处与标准龙头(诸如龙头100)的相应开口配合。开口1012、1014和1016延伸超过龙头100的相应开口，以分别形成通道1032、1034和1036。通道1032、1034和1036通过分隔部1040而彼此分离。延伸部被制造得尽可能大，以便差不多占用附加板1000中的可用的空间，同时根据需要留下分隔部1040和垫圈所需要的空间。在附加板1000的内部平面处、或者在附加板1000的后刻面处，分隔部1042、1044和1046形成在通道1032、1034和1036处、且位于龙头100的供应开口被定位成抵靠龙头100的阀芯的静止板144的非对应水供应开口的区域处。分隔部1042、1044和1046构成通道1032、1034和1036的壁的一部分。
现在参照图12，13和14，这些图示意性地示出了根据本发明实施例的变型基板900和附加板1000的分解等距图。如可在图12中所见，当变型基板900和附加板1000被组装时，附加板1000的通道1032、1034和1036中的每一个分别至少部分地与基板900的开口912、914和916中的相应开口匹配或交迭，从而形成通道1、2和3。在图13中，通道1、2和3也被标记在基板900上，大致地位于通道1032、1034和1036至少部分地与开口912、914和916中的相应开口匹配或交迭的区域中。通道1、2和3被标记在基板900上、大致地位于静止板144的相应水开口的区域中，并且被标记在附加板1000上、大致位于龙头710(图7)的相应水开口的区域中，通道1032、1034和1036从不同的角度示出。与壳体720(如图7中所示)中的相应凹槽配合的销718占用了附加板1000的一些空间，并且因此，开口1012、1014和1016可以不延伸由销718占据的空间。
现在参照图15，该图示意性地示出了根据本发明实施例的组装后的偏转盘1400的等距图。偏转盘1400包括变型基板900和附加板1000。
在上文所提供的实例中，偏转盘1400由两个单独的盘、变型基板900和附加板1000组装形成。在上述实施例的一些实施中，偏转盘1400的总厚度(标记为h)可与标准基板146(如图1所示)的总厚度类似。在这种情况下，不需要对阀芯100进行任何其它的调节。
在上述实施例的一些实施中，偏转盘1400的总厚度(标记为h)可大于标准基板146(如图1所示)的厚度。在这种情况下，阀芯100的其它元件可被制造得更薄，或者阀芯100可以被改进得比标准的更长。
根据本发明的一些实施例，如果将静止板144相对于标准静止板进行改进以便与变型基板900类似地偏转所述流、同时保持其总体的标准厚度，并且基板146可相对于标准基板改变以便与附加板1000类似地偏转所述流、同时保持其总体的标准厚度，则可消除对增加附加板的需要。在这种情况下，不需要对阀芯100进行任何其它的调节以便对通过它的流的方向进行偏转。
现在参照图16，该图示意性地示出了根据本发明附加实施例的适于提供90度转动偏转的偏转板1600。在必要的改变的情况下，偏转板1600的结构和操作方法等同于将在下面参照图17和17A所解释的偏转板1700的结构和操作方法。其开口入口1650A和开口出口l650B相对彼此偏转了90度。在两个相应开口(诸如开口1650A和1650B)的中心之间延伸的弧1680的长度被表示为AD。
现在参照图17和17A，这些图分别示意性地示出了根据本发明附加实施例的适于提供150度转动偏转的偏转板1700以及穿过偏转板1700截取的横截面AA。板1700可包括外环1701，该外环具有第一周向边缘1701A和第二周向边缘1701B，第一周向边缘环绕板1700的朝向图17的观看者的第一刻面，第二周向边缘环绕板1700的背离图17的观看者的第二刻面。板1700可通过多个第一组第一分隔部1710A、1710B和1710C以及第二组第一分隔部1760A、1760B和1760C(在图17中第二组第一分隔部被设置在分隔部流边缘1704A、1706A和1708A的后方并且分别通过所述分隔部流边缘而被隐藏；图17A中仅示出了分隔部1760B)等而被分隔成部分1700A、1700B和1700C。第一组第一分隔部1710A、1710B和1710C被设置成在环1701的内侧之间、朝向中心点1701C、且从板1700的第一刻面1701A分别延伸到第二分隔部1704、1706和1708，分别在它们的基本上垂直于所述第一刻面和所述第二刻面的流边缘1754A、1756A和1758A(图17A中仅可见流边缘1758A)处连接所述第二分隔部。第二组第一分隔部1760A、1760B和1760C被设置成在环1701的内侧之间、朝向中心点1701C、且从板1700的第二刻面1701B分别延伸到第二分隔部1704、1706和1708，分别在它们的基本上垂直于所述第一刻面和所述第二刻面的流边缘1704A、1706A和1708A处连接所述第二分隔部。
第一组和第二组中的第一分隔部的数量相同，并且将通过由板1700控制或偏转的入口流体输入部的数量来确定。在图17的实例中，数量为三个。偏转板1700还可通过多个第二分隔部1704、1706和1708等分隔。第二分隔部1704、1706和1708从第一组第一分隔部1710A、1710B和1710C中的相应第一分隔部的一侧朝向第二组中的相邻第一分隔部延伸、在其流边缘1704A与装置的和远离相应第一分隔部1710B的刻面相邻的刻面之间留有空间1788(在图17A的实例中)、并且位于所述中心点1701C与环1701的所述内侧之间、基本上平行于板的所述第一刻面和所述第二刻面并基本上位于它们之间的中间范围中。
平面1702示例了龙头阀芯的一个装置(诸如图7的装置710)的表面的一部分。平面1704B示例了龙头阀芯的另一装置(诸如图7的装置720)的表面的一部分。部分元件1770和1780示例了装置710和720(图7)的外圆周。第一分隔部1710A、1710B和1710C的面向观看者的边缘被制成为牢固地接触装置1770的表面，从而使得该表面形成腔室的一部分，被偏转的流体在所述腔室中流动。圆1750A表示元件1770中的流体的开口，并且圆1750B表示元件1780中的流体的相应开口。如图17中所示，圆1750A与1750B之间的角度偏转为150度。线1712表示从圆1750A到圆1750B的流动路径。如所见的，流动路径始于(或者如可能需要的，终止于)圆1750A、并且位于分隔部1710A、环1701的内侧与第一组第一分隔部的分隔部1710C和1710B之间、且位于元件1770的表面1702与第二分隔部1704的面向观看者的侧面之间、然后位于分隔部1710B下方且位于第二分隔部1706的背离观看者的侧面、环1701的内侧、第二组的第一分隔部1760B(该第一分隔部未在图17中示出，但是类似于图17A的分隔部1760B)、装置1760的表面和中心点1701C之间。当所述流流过分隔部1704的流边缘1704A时，它流动通过空间l786(未在图17和17A中示出，但类似于空间1788)，以便到达第二分隔部1706与元件1780的表面(未示出)之间、朝向圆1750B并且流出到偏转板1700之外。
在必要的改变的情况下，其它两个流体输入部流动的流的流动方式类似于流1712的流动方式。这些流动未被示出，以避免模糊对流1712的流动的解释。
现在参照图18，该图示意性地示出了根据本发明附加实施例的适于提供180度转动偏转的偏转板1800。在必要的改变的情况下，偏转板1800的结构和操作方法等同于将上文解释的偏转板1700的结构和操作方法。其开口入口1850A和开口出口l850B相对于彼此偏转了180度。
本领域技术人员将理解的是，根据本发明的实施例，虽然0+(零+)与180度之间的任何角度偏转均适合，但是30与180度之间的偏转是优选的偏转范围。
在目前通常使用的龙头阀芯中，基板的直径是35mm(毫米)，并且基板的面积为大约961mm2。三个开口中的每一个均具有8mm的直径，因此，三个开口的累加面积为基板的面积中的大约150mm2。大约500mm2的另一面积由垫圈以及用于垫圈的支撑结构使用。因此，为偏转通道所留下的面积为大约311mm2。可通过考虑用以制造偏转盘的材料的机械特性以及液体压力来确定所述一个或多个偏转盘的厚度。例如，对于标准的家庭用途来说，偏转盘可由两个偏转板组成，每个偏转板具有2.5mm的厚度，以允许1mm的厚度用于水平分隔部(诸如在图11中所见的分隔部1042、1044和1046)并且1.5mm高度用于通道1032、1034和1036。根据该设计，可通过两个偏转盘实现流体流的90度转动偏转，所述两个偏转盘一起具有标准基板的相同厚度(例如5mm)。根据该设计的通道的由流过通道的流体所经历的最小横截面面积(即，如沿每个通道在较窄位置中横过流动的方向所测量的)为约30mm2，其类似于示例龙头的开口的面积，即，被证明为对于保持家用龙头的流体流动速率来说是足够的面积。因此，在该实例中，流过具有5mm总厚度的偏转盘的流体流的转动偏转可确保的是，位于具有50mm2的面积的偏转盘的表面处的开口将具有其通道的至少40mm2(并且优选地为50mm2)的最小横截面面积。因此，在该实例中，在根据本发明实施例设计和制造具有35mm盘直径、5mm盘厚度以及90度的转动偏转的偏转盘的情况下，在偏转盘的厚度与盘直径的比率TR不大于5/35＝～0.15的情况中，两个相应开口之间的通道在其最小值处的横截面区域与偏转盘的相应开口的横截面面积之间的比率AR不小于AR＝40/50＝0.8，并且AR优选地不小于0.9。但是应当强调的是，即使在如图17和18所示例的150和180度的偏转板的情况下，对于不大于＝～0.15的TR来说，比率AR仍保持在0.8与1之间。
虽然本文已经图示和描述了本发明的某些特征，但是对于本领域技术人员来说，可进行多种改进、替换、改变和等同。因此，应当理解的是，所附权利要求旨在覆盖所有这些修改和改变，并落入本发明的真实精神的范围内。

Claims (6)

1.一种用于将转动移动非线性地转换为线性移动的机械系统，包括：
固定杆，所述固定杆在第一端处连接于龙头的阀芯组件，所述龙头具有至少一个操作控制杆，用于向所述阀芯组件提供至少一个能分离的转动移动控制，
手柄，所述手柄围绕定位在所述固定杆的第二端处的第一轴线以第一转动移动的方式在第一转动角度和第二转动角度之间能转动，所述第一转动角度与所述龙头的关闭位置相关联，所述第二转动角度与所述龙头的完全打开位置相关联，所述手柄适于通过使所述固定杆围绕所述固定杆的纵向轴线转动而提供第一转动移动控制、以及通过使所述手柄围绕所述第一轴线转动而提供第二转动移动控制；
摇杆元件，所述摇杆元件能围绕定位在所述固定杆的第一端处的第二轴线转动，所述摇杆元件包括位于其周边处的突出部，所述突出部适于线性地移动所述阀芯的能移动板；
能移动杆，所述能移动杆的第一端枢转地连接于远离所述第一轴线定位在所述手柄处的第三轴线，并且所述能移动杆的第二端在远离所述第二轴线定位的第四轴线处枢转地连接于所述摇杆元件；
其中，所述突出部在垂直于所述纵向轴线的方向上的切向移动与所述手柄围绕所述第一轴线的转动非线性地相关，其中，与所述手柄的接近所述关闭位置的位置相关联的所述切向移动小于与所述手柄的接近所述完全打开位置的位置相关联的所述切向移动。
2.根据权利要求1所述的机械系统，其中，所述至少一个能分离的转动移动控制是所述手柄围绕垂直于所述固定杆的纵向轴线的轴线的转动移动。
3.根据权利要求2所述的机械系统，所述机械系统进一步包括借助于由所述手柄的第二转动移动提供的围绕所述固定杆的纵向轴线的转动移动进行的第二转动移动控制。
4.根据权利要求3所述的机械系统，其中，所述第一转动移动控制和所述第二转动移动控制是彼此相互独立的。
5.根据权利要求4所述的机械系统，
其中，所述突出部适于提供所述阀芯的能移动板在基本垂直于所述纵向轴线的方向上的线性移动，所述能移动板的所述线性移动与所述手柄围绕所述第一轴线的转动是非线性地相关的，并且
其中，所述手柄适于经由所述固定杆向所述能移动板提供围绕所述纵向轴线的转动移动。
6.根据权利要求1所述的机械系统，所述机械系统具有单个控制杆。
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