CN106763138B - 一种球铰链 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球铰链，所述球铰链包括顶部具有开口的球壳和设置在所述球壳内的球体；所述球体与所述球壳之间设有用于限制球体相对于所述球壳在Z轴方向上进行旋转的且相互配合的限位柱和限位孔。本发明所提供的球铰链中，球体与球壳既可分离又可接合，当两者处于接合配合状态时，球体与球壳可以联动，球壳可以限制球体相对于球壳在Z轴方向上的旋转和在X、Y轴方向上的移动，且球体与球壳之间的运动为纯滚动运动方式。

Description

一种球铰链
技术领域
本发明涉及一种驱动机构，更具体地，涉及一种球铰链。
背景技术
目前市面上现有的球面副包括球体和球壳，该球面副中球壳与球体为同心结构，球壳用于限制球体在X、Y、Z轴方向上的移动，球面副中的球体可相对于球壳绕X、Y、Z轴转动；上述球面副结构完全限制了球体在X、Y、Z轴方向上移动的自由度，对球体绕X、Y、Z轴转动的自由度完全无限制。
还有一种常见的与球面副结构类似的球销副，该球销副在限制了球体相对于球壳在X、Y、Z轴方向上移动的自由度的同时，在球壳上设置销槽，在球体上设置销杆，通过销杆与销槽的配合，球体被限制了相对于球壳绕某一轴转动的自由度；但该种结构球销副的缺陷在于，当球体与球壳之间通过销杆与销槽的配合进行转动时，在球体相对于球壳所转动的角度不到销杆与销槽两端配合的极限角度时，球体与球壳之间无法固定并进行力的传递，也就是说，当球体在沿销槽开槽方向或相对于销槽开槽方向进行转动的过程中，球体与球壳之间无法通过销杆与销槽实现相对固定并进行力的传递和联动。
同时，不论是上述现有的球面副还是球销副，其结构主要都是通过球体与球壳之间球心重合、球面贴合来完成的自由度限制，其中球体和球壳需要预装在一起，球体和球壳之间的运动为相对的摩擦运动，在使用运动过程中，二者相对的摩擦损耗大，使用寿命短。同时在某些特殊的机构场合，当根据实际情况，需要对球铰链自由度进行选取限制时，由于现有球铰链的球体和球壳之间不能实现两者分离和接合两种状态的转换，这就需要两个或者更多机构的组合才能得以实现，进而导致机构的整体结构过于复杂，无论是在机构的生产制造环节还是在机构的装配环节均存在诸多不便。
因此，需要提供一种全新的球铰链结构，用以克服现有技术所存在的上述缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种全新结构的球铰链。该球铰链的球体与球壳既可分离又可接合，当两者处于接合配合状态时，球体与球壳可以联动，球壳可以限制球体相对于球壳在Z轴方向上的旋转和在X、Y轴方向上的移动，且球体与球壳之间的运动为纯滚动运动方式。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种球铰链，所述球铰链包括顶部具有开口的球壳和设置在所述球壳内的球体；
所述球体与所述球壳之间设有用于限制球体相对于所述球壳在Z轴方向上进行旋转的且相互配合的限位柱和限位孔。
本发明所提供的球铰链，实现了球体与球壳之间的离合功能，即当两者处于分离状态时，驱动可分别独立作用于球体或者球壳，球体和球壳独立运动，互相之间不发生干涉。当两者处于接合状态时，驱动单独作用于球体或者球壳，无论球体与球壳之间是何种角度位置关系，两者均可进行力和转矩的传输，并在X、Y轴方向上产生联动，且通过球体与所述球壳之间所设有的相互配合的限位柱和限位孔，球铰链中的球壳可以限制球体相对于球壳在Z轴方向上的旋转和在X、Y轴方向上的移动。
优选地，在所述球体与球壳相配合时，至少有两个限位柱位于与其对应的限位孔内。通过上述设计，球铰链中球壳在限制球体相对于球壳在X、Y轴方向上移动的同时，又限制了球体相对于球壳在Z轴方向上的旋转。
优选地，所述球壳开口的直径大于所述球体的直径；其便于球体与球壳之间的充分分离。
优选地，所述限位柱设于所述球体上，所述限位孔设置在所述球壳上。
优选地，所述限位柱设于所述球壳上，所述限位孔设置在所述球体上。
优选地，所述球体的外球面内切于所述球壳的内球面，所述球体在球壳内做滚动运动。球体的外球面内切于球壳的内球面，使得两者之间可以做纯滚动运动，通过限位柱与限位孔的啮合，减少了球体与球壳之间在工作过程中的相对摩擦，提高了传动效率，延长了球体与球壳作为运动机构的使用寿命。
优选地，所述限位柱和限位孔均按十字交叉阵列方式设置。
优选地，所述限位柱上与限位孔上相配合的表面设为相互配合的渐开面。其保证了在球体在沿X、Y平面内任意轴旋转运动时，球体可以任意限位柱的中心为圆心做纯滚动而无滑动运动，限位柱与限位孔间的受力更均匀，且啮合传动效率更高，使得球体与球壳之间的摩擦损耗最小，使用寿命更长。
优选地，所述限位孔为盲孔或通孔。
优选地，所述限位孔为盲孔。
本发明的有益效果如下：
1、本发明所提供的球铰链，具有球体与球壳之间的离合功能，即球体与球壳既可分离使用又可接合使用。
2、本发明所提供的球铰链，基于其所具有的离合功能，当球体与球壳处于分离状态时，驱动可分别独立作用于球体或者球壳，球体和球壳独立运动，互相之间不发生干涉。当两者处于接合状态时，驱动单独作用于球体或者球壳，无论球体与球壳之间是何种角度位置关系，两者均可进行力和转矩的传输，并在X、Y轴方向上产生联动。
3、本发明所提供的球铰链，通过球体与所述球壳之间设置的相互配合的限位柱和限位孔，实现球壳可以限制球体相对于球壳在Z轴方向上的旋转和在X、Y轴方向上的移动，其保证了在球体在沿X、Y平面内任意轴旋转运动时，球体可以任意限位柱的中心为圆心做纯滚动而无滑动运动。
4、本发明所提供的球铰链中球体在球壳内做纯滚动运动，通过限位柱与限位孔的啮合，减少了球体与球壳之间在工作过程中的相对摩擦，提高了传动效率，延长了球体与球壳作为运动机构的使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明所提供的球铰链装配示意图。
图2示出本发明中球体的结构示意图。
图3示出本发明中球壳的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1至3所示，本发明所提供的一种球铰链，所述球铰链包括顶部具有开口21的球壳2和设置在所述球壳2内的球体1；优选的，所述球体1上设置有球杆11；所述球体1与所述球壳2之间设有用于限制球体1相对于所述球壳2在Z轴方向上进行旋转的且相互配合的限位柱和限位孔；具体为，所述限位柱3设于所述球体1上，所述限位孔4设置在所述球壳2上，限位孔4为通孔设置。优选的，位于所述球体1上的限位柱3及球壳2上的限位孔4均匹配的按十字交叉阵列方式设置，限位柱3上与限位孔4上相配合的表面为相互配合的渐开面；且在所述球体1与球壳2相配合时，至少有两个限位柱3位于与其对应的限位孔4内。
进一步的，所述球壳2开口21的直径大于所述球体1的直径；所述球体1的外球面内切于所述球壳2的内球面，球体1在球壳2内做滚动运动。
本发明实施例所提供的球铰链，具有球体1与球壳2之间的离合功能，即球体1与球壳2既可分离使用又可接合使用。基于其所具有的离合功能，当球体1与球壳2处于分离状态时，外部驱动可分别独立作用于球体1或者球壳2，球体1和球壳2独立运动，互相之间不发生干涉。当两者处于接合状态时，外部驱动单独作用于球体1或者球壳2时，无论球体1与球壳2之间是何种角度位置关系，两者均可进行力和转矩的传输，并在X、Y轴方向上产生联动。且通过球体1与所述球壳2之间设置的相互配合的限位柱和限位孔，实现了球壳2可以限制球体1相对于球壳在Z轴方向上的旋转和在X、Y轴方向上的移动，其保证了在球体1在沿X、Y平面内任意轴旋转运动时，球体1可以任意限位柱4的中心为圆心做纯滚动而无滑动运动；通过限位柱3与限位孔4之间的啮合，本发明中球体1在球壳2内做纯滚动运动时，减少了球体1与球壳2之间在工作过程中的相对摩擦，提高了传动效率，延长了球体1与球壳2作为运动机构的使用寿命。因此，该球铰链机构可以用于VR座椅运动平台上，玩家既可以主动控制座椅端(即球头端)，又可以受底座端(球壳端)被动控制，实现平台兼容多种VR游戏，增加产品兼容性和游戏趣味性。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于，所述限位柱设于所述球壳的内球面上，所述限位孔设置在所述球体的外球面上，该设置在球体外球面上的限位孔为盲孔设置。
本实施例所提供的球铰链结构方式，同样实现了球体与球壳之间的离合功能，即当两者处于分离状态时，驱动可分别独立作用于球体或者球壳，球体和球壳独立运动，互相之间不发生干涉。当两者处于接合状态时，驱动单独作用于球体或者球壳，无论球体与球壳之间是何种角度位置关系，两者均可进行力和转矩的传输，并在X、Y轴方向上产生联动，且通过球体与所述球壳之间所设有的相互配合的限位柱和限位孔，球铰链中的球壳可以限制球体相对于球壳在Z轴方向上的旋转和在X、Y轴方向上的移动。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种球铰链，其特征在于，所述球铰链包括顶部具有开口的球壳和设置在所述球壳内的球体；
所述球体与所述球壳之间设有用于限制球体相对于所述球壳在Z轴方向上进行旋转的且相互配合的限位柱和限位孔；
所述球壳开口的直径大于所述球体的直径，所述球体的外球面内切于所述球壳的内球面，并且，所述限位柱上与限位孔上相配合的表面设为相互配合的渐开面，使所述球体在球壳内以限位柱的中心为圆心做纯滚动而无滑动运动；
所述限位柱和限位孔均按十字交叉阵列方式设置；在所述球体与球壳相配合时，至少有两个限位柱位于与其对应的限位孔内；
当所述球体与球壳处于接合状态时，外部驱动单独作用于球体或者球壳时，无论球体与球壳之间是何种角度位置关系，两者均可进行力和转矩的传输，并在X、Y轴方向上产生联动。
2.根据权利要求1所述的一种球铰链，其特征在于，所述限位柱设于所述球体上，所述限位孔设置在所述球壳上。
3.根据权利要求1所述的一种球铰链，其特征在于，所述限位柱设于所述球壳上，所述限位孔设置在所述球体上。
4.根据权利要求3所述的一种球铰链，其特征在于，所述限位孔为盲孔或通孔。
5.根据权利要求1所述的一种球铰链，其特征在于，所述限位孔为盲孔。
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