CN107781371B - 一种传动机构及探头装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及探头设备技术领域，提供了一种传动机构及探头装置，包括基座和依次连接的传动轴、转换装置和摆动体，探头装置的换能器固定安装在该摆动体上，传动轴两端轴线不共线，摆动体与转换装置可转动地连接并形成第一旋转轴，摆动体可旋转地安装在基座上并形成第二旋转轴，第一旋转轴和第二旋转轴相互平行，传动轴带动转换装置进行移动，转换装置带动摆动体绕第二旋转轴转动，摆动体随着传动轴的转动而进行匀速摆动，从而使换能器匀速摆动，实现线性传动，保证了探头装置的精度。

Description

一种传动机构及探头装置
技术领域
本发明涉及探头设备技术领域，尤其涉及一种传动机构及探头装置。
背景技术
探头通常包括换能器和用于带动换能器运动的传动装置，利用传动装置将动力传输至换能器，以驱动换能器摆动，从而扫描成像。现有技术中，探头的传动装置通常利用锥齿轮驱动、带传动或者绳索驱动，使得换能器做相应的摆动，但是上述技术方案中，锥齿轮的加工和装配难度较大，且存在空程，影响探头精度，而带传动和绳索驱动均存在因磨损而导致传动不精确而降低探头精度的问题。
因此，需要针对上述现有技术中存在的问题，提供一种技术方案以解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种传动机构及探头装置，以保证传动精度。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
提供了一种传动机构，其包括基座和依次连接的传动轴、转换装置和摆动体，所述传动轴沿x轴方向延伸且其两端轴线不共线，所述传动轴的一端与所述转换装置相连接，所述摆动体与所述转换装置可转动地连接并形成第一旋转轴，所述摆动体可旋转地安装在所述基座上并形成第二旋转轴，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴平行于z轴。
作为上述技术方案的改进，所述传动轴转动带动所述转换装置在xy平面上移动，同时所述传动轴与所述转换装置相连接的一端相对所述转换装置沿z轴方向往复运动，所述转换装置的移动带动所述摆动体绕所述第二旋转轴转动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴之间的距离与所述传动轴两端轴线之间的距离相等，所述传动轴匀速转动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述传动轴包括第一轴段、第二轴段和连接体，第一轴段的轴线和所述第二轴段的轴线均与x轴平行，所述连接体包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端和所述第二连接端之间存在高度差，所述第一轴段与所述第一连接端固定连接，所述第二轴段与所述第二连接端固定连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述传动轴还包括滑动轴，所述滑动轴与所述第二轴段的端部可转动地连接，并与所述第二轴段共轴线，所述滑动轴一端设置在所述转换装置内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述转换装置包括一对侧壁和一个固定支架，所述一对侧壁固定连接在所述固定支架两侧并与固定支架共同围成一个滑槽，所述传动轴的一端设置在所述滑槽内并与所述滑槽的内壁相贴靠，所述传动轴的一端可沿所述滑槽的内壁运动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述固定支架上设置有一斜面，所述传动轴的端面可沿所述斜面滑动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述摆动体包括第一摆动部和第二摆动部，所述第二摆动部位于所述第一摆动部的一端，所述第一摆动部的一端与所述转换装置铰接形成所述第一旋转轴，所述第一摆动部与所述基座相铰接并形成所述第二旋转轴。
还提供了一种探头装置，其包括换能器、外壳和上述的传动机构，所述换能器和所述传动机构设置在所述外壳的内部，所述基座与所述外壳固定连接，所述换能器固定设置在所述摆动体上。
作为上述技术方案的改进，还包括走线装置，所述走线装置固定设置在所述摆动体上，所述走线装置包括一对限位杆。
本发明的有益效果是：
本发明一种传动机构及探头装置包括基座和依次连接的传动轴、转换装置和摆动体，探头装置的换能器固定安装在该摆动体上，传动轴两端轴线不共线，摆动体与转换装置可转动地连接并形成第一旋转轴，摆动体可旋转地安装在基座上并形成第二旋转轴，第一旋转轴和第二旋转轴相互平行，传动轴带动转换装置进行移动，转换装置带动摆动体绕第二旋转轴转动，摆动体随着传动轴的转动而进行匀速摆动，从而使换能器匀速摆动，实现线性传动，保证了探头装置的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明：
图1为本发明第一个实施例的立体示意图；
图2为图1所示实施例的主视图；
图3为本发明中转换装置一个实施例的立体示意图；
图4为本发明传动机构带动换能器转动一定角度的示意图；
图5为本发明的第一个实施例的一个计算原理图；
图6为本发明的第一个实施例的另一个计算原理图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中所涉及的上、下、左、右等方位描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的，本发明中所涉及的x、y、z轴参考附图中示出的坐标。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
第一个实施例：
同时参考图1和图2，其中，图1为本发明第一个实施例的立体示意图，为方便观察，图中已将外壳、接线等部分省略，仅显示传动机构与换能器，图2为图1所示实施例的主视图，如图所示，本实施例中，探头装置包括，换能器100、外壳(图中未示出)和传动机构200，换能器100和传动机构200设置在外壳的内部，换能器100固定设置在传动机构200的一端。下述涉及的x、y、z轴参考图中的直角坐标系。
其中，传动机构200包括基座210和依次连接的传动轴220、转换装置230和摆动体240，传动轴220沿x轴方向延伸，其两端轴线不共线，传动轴220的一端与转换装置230相连接，摆动体240与转换装置230可转动地连接，并在该连接处形成第一旋转轴a，摆动体240可旋转地安装在基座210上，并在该连接处形成第二旋转轴b，第一旋转轴a和第二旋转轴b均与z轴平行。传动轴220转动时，传动轴220的一端带动转换装置230在xy平面上移动，同时传动轴220与转换装置230相连接的一端相对转换装置230沿z轴方向滑动，转换装置230的移动带动摆动体240绕第二旋转轴b转动，从而实现摆动体的转动。上述的第一旋转轴a和第二旋转轴b之间的距离L与传动轴两端轴线之间的距离R相等，即L＝R，传动轴220匀速转动，实现摆动体的匀速转动。
传动轴220包括第一轴段221和第二轴段222，第一轴段221的轴线和第二轴段222的轴线与x轴平行，第二轴段222上还设置有一连接体223，该连接体包括第一连接端2231和和第二连接端2232，该第一连接端2231和第二连接端2232之间存在高度差，第一轴段221与第一连接端2231固定连接，第二轴段222与第二连接端2232的一端固定连接并一体成型。第一轴段221上设置有偏心安装台2211，其表面偏离第一轴段的轴线，使得第一轴段在转动时，该偏心安装台221绕第一轴段的轴线做偏心转动，第一连接端2231与偏心安装台2211固定连接，此时第一轴段221的轴线和第二轴段22的轴线之间的距离为R。第一轴段221转动时，偏心安装台2211绕该第一轴段221的轴线做圆周运动，并带动连接体223进行运转动，从而带动第二轴段222绕该第一轴段221的轴线做圆周运动进行圆周运动。
传动轴220还包括一个滑动轴224，滑动轴224与第二轴段222的端部可转动地连接，并且其轴线与第二轴段222的轴线共线，滑动轴224的一端设置在转换装置230内。具体的，滑动轴224通过一转轴与第二轴段222相连接。
摆动体240包括第一摆动部241和第二摆动部242，本实施例中，第一摆动部241沿x轴方向延伸，第二摆动部242沿z轴方向延伸，第二摆动部242的一端与第一摆动部241的一端相连接，二着一体成型。第一摆动部241的一端设置有铰接座2411，第一摆动部241通过该铰接座2411与转换装置230铰接形成上述的第一旋转轴a，第一摆动部241与所述基座相铰接并形成上述的第二旋转轴b，第一旋转轴a和第二旋转轴b相互平行并与z轴相平行。传动轴220带动转换装置230在xy平面上移动，转换装置230带动摆动体240第一摆动部241一端沿第二旋转轴b转动，同时第二摆动部242与第一摆动部的另一端沿第二旋转轴b转动，从而实现对第二摆动部242的摆动控制。
本实施例探头装置中，换能器100和传动机构200设置在外壳(图中未示出)的内部，传动机构200的基座210与外壳固定连接，换能器100固定设置在摆动体240上，并分别与第摆动部241和第二摆动部242相贴合，传动机构200通过传动轴220和转换装置230带动摆动体240进行匀速转动，从而使得第二摆动部242带动固定在其上的换能器100在相应的范围内匀速摆动。传动轴220、转换装置230和摆动体240的协调动作，简化了传动结构和传动过程，使得探头装置内部结构更紧凑，节约内部空间，为安装其他电子元件提高足够的空间，并且便于走线。
探头装置内部通常需要连接相应的电缆线进行通信和接通电源等，故本实施例设置了走线装置300，其固定设置在摆动体240上，包括一对限位杆310，探头装置内部的电缆线可穿设在该对限位杆310之间，便于管理，避免缠绕。本实施例中，探头装置的电缆线从走线装置引出后，均设置在传动机构的一侧，使得换能器和传动机构运动过程中，电缆只有轻微摆动，不受拉力作用，使得电缆稳定连接，延长使用寿命。
同时参考图1和图3，图3为本发明中转换装置一个实施例的立体示意图，如图所示，转换装置230包括一对侧壁231和一个固定支架232，该对侧壁231以可拆卸的方式固定连接在该固定支架232两侧并与固定支架232共同围成一个滑槽233，该对侧壁231上部为弧形结构，二者安装在固定支架232上之后共同形成一个弧形的结构，使得滑槽233上部形成一个弧面，有利于更好地与安装在其内部的轴相贴合。传动轴220一端的滑动轴224设置在滑槽233内并与滑槽233的两个内壁231相贴靠，滑动轴224可沿该滑槽233的内壁运动。第一轴段221带动第二轴段222进行圆周运动，第二轴段222带动滑动轴224做圆周运动，同时在滑槽233内上下运动从而带动滑槽233移动，并且在此过程中，滑动轴224可相对其轴线自转，使得滑动轴224在滑槽233内与滑槽的内壁滚动摩擦，使得滑动轴224在滑槽233内运动灵活，减小摩擦。固定支架232上设置有一斜面2321，该斜面2321的高度与斜度与转换装置230带动摆动体一端转动的轨迹有关，使得滑动轴224的端部保持沿固定支架232的斜面2321滑动，有利于保持滑动轴224在滑槽233内运动的稳定性。传动轴220转动，由于传动轴220长度不变，整个传动机构均为刚性件组成，当滑动轴224在滑槽内沿斜面2321相对转动装置在-z轴方向运动时，滑动轴224将推动固定支架232沿-x轴方向移动，即推动转换装置230沿-x轴方向移动，同时滑动轴224带动转换装置230沿y轴方向移动，使得转动装置在xy平面上移动，并带动摆动体240的第二摆动部242沿第二旋转轴向-y方向转动，当滑动轴224在滑槽内滑动至斜面2321底部时，摆动体转动至一个极限位置，传动轴220继续转动，滑动轴224带动转换装置230沿-y轴方向反向移动，摆动体往回转动，同时推动转换装置沿x轴方向移动，此时滑槽内固定支架232上的斜面2321与滑动轴224的端部相接触，滑动轴的端部沿该斜面2321相对转换装置230相z轴方向移动，当滑动轴移动到滑槽233的顶部时，摆动体转动到达中间位置；传动轴继续转动，同理，使得摆动体第二摆动部向-y方向继续转动至第二个极限位置，以上即为传动和运动的转换过程。传动轴220的转动转换成了转换装置230在y轴方向的移动和传动轴第一轴段相对转换装置沿z轴方向的移动这两种运动。固定支架232上还设置有铰接耳2322，用于与上述摆动体铰接，转换装置230将传动轴220输出的转动转化成滑槽的移动，从而带动下述的摆动体240进行摆动。
参考图4，图4为本发明传动机构带动换能器转动一定角度的示意图，在传动轴的第一轴段221接通外部动力装置，如电机，使得第一轴段221发生转动，此过程中，第一轴段221通过连接体223带动第二轴段222进行半径为R的圆周运动，滑动轴224随第二轴段222进行圆周运动并且其自身沿其轴线进行自转，同时滑动轴224带动转换装置230进行移动，此时转换装置230的移动带动了摆动体240沿第一旋转轴a和第二旋转轴b相对基座210进行转动，从而使得摆动体240的一端安装的换能器100以第一旋转轴a为中心相对基座210进行相应的摆动。
同时参考图5和图6，图5为本发明的第一个实施例的一个计算原理图，图6为本发明的第一个实施例的另一个计算原理图，如图，a处为上述的第一旋转轴，b处为上述的第二旋转轴，230为上述的转换装置，221a为上述的传动轴第一轴段的轴线，222a为上述的传动轴第二轴段的轴线，定义：
L为第一旋转轴a和第二旋转轴b之间的距离；
R为第一轴段的轴线221a和第二轴段的轴线222a之间的距离；
V1为上述传动轴第二轴段转动的线速度；
W为向上述传动轴输入的角速度(匀速)；
VX为上述的转换装置的移动线速度；
V2为上述的转换装置绕第二旋转轴b转动的线速度；
通过转动原理可知：
V1＝R*W
VX＝V1*sinα＝V2*sinβ
故V2＝RW*sinα/sinβ
结合前文所述的探头装置和传动机构以及图5和图6的原理图可知，为了使得换能器匀速摆动，需使摆动体第二摆动部匀速转动，具体为使V2匀速，由上述计算可知，只需使sinα＝sinβ即可，
由于RX＝LX
故R＝L
由上述可知，只需设置传动机构200中的第一旋转轴a和第二旋转轴b之间的距离L等于传动轴220的第一轴段221和第二轴段222的轴线之间的距离R，即L＝R，即可使得需使摆动体240第二摆动部242匀速转动，从而使得换能器100匀速摆动，保证扫描的稳定性和精度。
第二个实施例：
本发明的第二个实施例与上述的第一个实施例的不同之处在于，第一旋转轴a和第二旋转轴b之间的距离L与传动轴两端轴线之间的距离R不相等，即L≠R，此时传动轴的转动为非匀速转动，传动轴的转动规律由R与L的值决定，可通过现有的机械原理知识进行计算得知，此处不做赘述。故使传动轴进行相应规律的转动，并通过与第一个实施例相同的传动过程，可实现摆动体的匀速转动，从而实现探头装置换能器的匀速摆动。
上述仅为本发明的较佳实施例，但本发明并不限制于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以做出多种等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种传动机构，其特征在于：包括基座和依次连接的传动轴、转换装置和摆动体，所述传动轴沿x轴方向延伸且其两端轴线不共线，所述传动轴的一端与所述转换装置相连接，所述摆动体与所述转换装置可转动地连接并形成第一旋转轴，所述摆动体可旋转地安装在所述基座上并形成第二旋转轴，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴平行于z轴，所述传动轴转动带动所述转换装置在xy平面上移动，同时所述传动轴与所述转换装置相连接的一端相对所述转换装置沿z轴方向往复运动，所述转换装置的移动带动所述摆动体绕所述第二旋转轴转动。
2.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于：所述第一旋转轴和所述第二旋转轴之间的距离与所述传动轴两端轴线之间的距离相等，所述传动轴匀速转动。
3.根据权利要求1或2所述的传动机构，其特征在于：所述传动轴包括第一轴段、第二轴段和连接体，第一轴段的轴线和所述第二轴段的轴线均与x轴平行，所述连接体包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端和所述第二连接端之间存在高度差，所述第一轴段与所述第一连接端固定连接，所述第二轴段与所述第二连接端固定连接。
4.根据权利要求3所述的传动机构，其特征在于：所述传动轴还包括滑动轴，所述滑动轴与所述第二轴段的端部可转动地连接，并与所述第二轴段共轴线，所述滑动轴一端设置在所述转换装置内。
5.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于：所述转换装置包括一对侧壁和一个固定支架，所述一对侧壁固定连接在所述固定支架两侧并与固定支架共同围成一个滑槽，所述传动轴的一端设置在所述滑槽内并与所述滑槽的内壁相贴靠，所述传动轴的一端可沿所述滑槽的内壁运动。
6.根据权利要求5所述的传动机构，其特征在于：所述固定支架上设置有一斜面，所述传动轴的端面可沿所述斜面滑动。
7.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于：所述摆动体包括第一摆动部和第二摆动部，所述第二摆动部位于所述第一摆动部的一端，所述第一摆动部的一端与所述转换装置铰接形成所述第一旋转轴，所述第一摆动部与所述基座相铰接并形成所述第二旋转轴。
8.一种探头装置，其特征在于：包括换能器、外壳和权利要求1～7中的任一项所述的传动机构，所述换能器和所述传动机构设置在所述外壳的内部，所述基座与所述外壳固定连接，所述换能器固定设置在所述摆动体上。
9.根据权利要求8所述的探头装置，其特征在于：还包括走线装置，所述走线装置固定设置在所述摆动体上，所述走线装置包括一对限位杆。
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