CN109185414A - 实现升降旋转动作的机械机构及其构成的压页设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一类单一动力机实现升降旋转动作的机械机构，包括基座、螺杆和螺套；该类机械机构具有平动和转动两个功能。使此类机械机构的螺纹升角大于当量摩擦角，且在此类机械机构上增加压点连接杆和压点，可形成一类单一动力机实现升降旋转动作且综合自锁的机械装置。在设定的触发逻辑下，由四个此类机械装置为基础组成的压页设备，可跟随翻页手做出相应的升降旋转动作以避让翻动的书页，并使打开的左右两侧书页的任何一侧书页在翻页过程中的任何时刻均被至少一个机械装置的压点压紧在背板上，翻页时无翻页障碍，翻页和非翻页时书本及其书页均能保持稳定。

Description

实现升降旋转动作的机械机构及其构成的压页设备

技术领域

本发明属于传动设备设计制造领域，具体涉及一类使用单一动力机实现上升—正向旋转—反向旋转—下降的高机械耦合机械机构和以此类机械机构为基础构成的一类单一动力机实现上升—正向旋转—反向旋转—下降—综合自锁的高机械耦合机械装置。

背景技术

随着科技日益进步，电子书的阅读越来越大众化，电子书具备携带方便、书籍存储量大、翻页方便等优点。但纸质书也有长期存在的必要性。由于版权问题导致很多书籍只有纸质版，人们对于长期使用、需认真阅读的书籍，仍旧偏好纸质书籍；电子书屏幕尺寸较小、字体较小，阅读起来眼睛容易疲劳；尤其是乐器演奏者在面对乐谱演奏时，眼睛相对于乐谱是动态的且距离较远，眼睛更容易疲劳，更加需要纸质的乐谱书。通过调研发现，目前纸质书在学校、乐器演奏等场合，经典阅读或研读等情况下还是主流。总的来说，在未来较长时期内，纸质书阅读仍将是基本的阅读方式。

但纸质书阅读有时需要用手稳定书本，长时间阅读手会比较累。乐器演奏时，乐谱书直立在谱台上,书页失去重力作用需要固定；但现有的各种固定方法又造成了翻页困难，需双手的几个动作才能完成翻页。因此，市场上需要一种具备书页固定功能、翻页更方便的设备。

市场调查结果显示，目前市场上没有针对普通纸质书的这类设备，同时在市场调查中发现，即使手动翻页，只要设备能够自动完成对书页的施压、解除施压状态、避让翻动的书页等机械动作，保持在翻页前、翻页过程中和翻页后书本的稳定，实现类似书页在没有任何翻页障碍下的自然手动翻页过程，就能获得市场需求。

考虑到手动翻页过程中，压页设备的压点不能对手及书页有干涉，技术方案中对压点的动作要求是：直线上升—正向旋转90°后停止（此时手和翻动的书页越过压页设备某压点的运动范围）—反向旋转90°—直线下降—下压并保持压力；压点的机械响应要快，能够跟随翻页手及时动作。

本人发明专利“一种实现升降旋转动作的机械机构”（ZL 2013 1 0490632.6）中的机械机构，能够满足直线上升—正向旋转90°后停止—反向旋转90°—直线下降这部分功能要求。

另外通过调研发现，目前存在的机械设备，要实现上升—正转—反转—下降动作，并在断开动力后实现位置锁定及对施力对象作用力的保持，都是使用导轨+自锁螺杆+转台+动力机、导轨+非自锁螺杆+转台+动力机+刹车、导轨+液气动力机+转台+刹车的方案。这些方案有这些优点：第一，如使用直线导轨进行导向、滚珠丝杠传动、驱动电机带码盘，定位精度很高；第二，由于使用导轨进行导向及承载，负载能力高；第三，由于使用独立的转台实现旋转功能，精度和负载能力高。

技术问题

由于现有机械设备要实现升降旋转两个维度的机械运动，基本上是在平移运动中使用导轨，在旋转运动中使用转台；这增加了设备的体积、复杂程度和成本，降低了设备的可靠性。

现有设备如果要在无动力状态下保持对施力对象的作用力，则会带来另外一些问题。

如使用非自锁螺杆传动，则有下列缺点：第一，需要添加刹车装置及其控制装置，需要额外的安装空间；第二，刹车装置由刹车状态到解除刹车状态的相互转换过程，需要几十毫秒或更长时间，不能满足较高的时间响应要求且增加了运行功耗；第三，需要定期维护，以保证稳定性和可靠性；第四，刹车装置增加了设备的复杂程度和成本。

如使用自锁螺杆传动，螺纹升角应小于当量摩擦角，但此时螺杆传动效率较低，且在对施力对象施加作用力后，动力机必须输出比施加作用力的转矩更大的反转转矩才能使螺套脱离自锁状态反转上升，这提高了对动力机功率、性能的要求，也提高了对动力机的驱动、控制装置的要求，从而导致设备体积、运行功耗和成本的增加。

因此，在要求毫秒级时间响应，传动效率较高，对施力对象施加作用力且动力机停止动力输出后能够自锁、施加小于施压转矩的反向转矩就能解除自锁状态的应用场合，例如，设计制造压页设备，就需要研发一种新的机械装置，来满足这些要求。

技术解决方案

为了在同一动力机驱动下实现不同的平移运动时间响应和旋转运动时间响应，在本人完成发明专利“一种实现升降旋转动作的机械机构”（ZL 2013 1 0490632.6）后，继续研发了“全轨道融合体（基座一+相应螺杆机构）”、“轨道+螺套挡圈（基座二+相应螺杆机构）”这两种单一动力机实现升降旋转动作的机械机构。

本发明分别在本人发明专利“一种实现升降旋转动作的机械机构”（ZL 2013 10490632.6）、“全轨道融合体（基座一+相应螺杆机构）”、“轨道+螺套挡圈（基座二+相应螺杆机构）”基础上增加压点连接杆和压点，构成一类单一动力机实现直线上升—正向旋转—反向旋转—直线下降—综合自锁以在无动力状态下保持对施力对象作用力的机械装置，并以此类机械装置为基础，增加传感器和电控装置，构成压页设备。

本发明的实现升降旋转动作的机械机构一，其包括基座一、螺杆和螺套；该机械机构具有平动和转动两个功能，平动功能实现螺套的平移升降，转动功能实现螺套的旋转，两个功能的动作平滑过渡；其中，基座一上有一道由平面一、平面二、螺旋面一及螺旋面二组成的轨道槽一，平面一、平面二分别与螺杆轴线平行或相交于螺杆轴线，平面一与螺旋面二、平面二与螺旋面一均为平滑过渡，螺套上有一个圆柱凸台、圆柱凸台轴线与螺套轴线垂直且相交；基座一、螺杆和螺套之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座一与螺杆之间的转动副，第二个是连接于螺杆与螺套之间的螺旋副，第三个是连接于基座一与螺套之间的摩擦副；螺杆通过转动副安装在基座一上，螺杆与螺套通过螺旋配合安装，螺套的圆柱凸台的圆柱面通过摩擦副与基座一的轨道槽一其中一侧接触；在螺杆上施加正向转矩时，螺杆推动螺套沿着轨道槽一的平面一上升，当上升到平面一顶端时，螺套的圆柱凸台的圆柱面与螺旋面一接触，螺杆对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力与螺旋面一对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力同向，形成螺套的旋转力，螺杆对螺套产生的螺杆轴向分力克服螺旋面一对螺套产生的螺杆轴向分力,形成螺套的轴向力，在旋转力和轴向力的综合作用下，螺套沿着螺旋面一正向旋转上升到螺旋面一和螺旋面二的交汇处停止；在螺杆上施加反向转矩时，其运动原理与施加正向转矩的运动原理相同，螺杆推动螺套沿着螺旋面二反转下降，当脱离螺旋面二并接触上平面二后，沿着平面二下降。

本发明的实现升降旋转动作的机械机构二，其包括基座二、螺杆、螺套挡圈和螺套；该机械机构具有平动和转动两个功能，平动功能实现螺套的平移升降，转动功能实现螺套的旋转，两个功能的动作平滑过渡；其中，基座二上有一道由平面一、平面二、平面三及螺旋面二组成的轨道槽二，平面一、平面二分别与螺杆轴线平行或相交于螺杆轴线，平面一与螺旋面二平滑过渡，螺套上有一个圆柱凸台,圆柱凸台轴线与螺套轴线垂直且相交；基座二、螺杆和螺套之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座二与螺杆之间的转动副，第二个是连接于螺杆与螺套之间的螺旋副，第三个是连接于基座二与螺套之间的摩擦副；螺杆通过转动副安装在基座二上，螺杆与螺套通过螺旋配合安装，螺套的圆柱凸台的圆柱面通过摩擦副与基座二的轨道槽二其中一侧接触，螺套挡圈同轴固定在螺杆的螺纹尽头处；在螺杆上施加正向转矩时，螺杆推动螺套沿着轨道槽二的平面一上升，当上升到平面一顶端时解除约束，螺套同时正转及上升，由于螺旋面二关于螺杆轴向的长度是根据螺纹升角、螺套及与螺套固连相关部件的总质量和综合转动惯量等参数确定的，以使螺旋面二增加螺套在反向旋转下降过程中的旋转速度，所以螺套在正转且无螺旋面增加其旋转速度的情况下，到达平面三和螺旋面二的交汇处前必先接触螺套挡圈并与螺杆结为一体，螺套和螺杆在动力机传递给螺杆的转矩以及从动力机到螺杆的综合旋转动能的作用下一起正转到平面三和螺旋面二的交汇处停止；在螺杆上施加反向转矩时，螺杆对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力与螺旋面二对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力同向，形成螺套的旋转力，螺杆对螺套产生的螺杆轴向分力克服螺旋面二对螺套产生的螺杆轴向分力形成螺套的轴向力，在旋转力和轴向力的综合作用下，螺套沿着螺旋面二反向旋转下降。当脱离螺旋面二并接触上平面二后，沿着平面二下降。

本发明公开一类分别应用上述机械机构一、机械机构二或本人发明专利（ZL 20131 0490632.6）所述的实现升降旋转动作的机械机构来实现综合自锁以在无动力状态下保持对施力对象作用力的机械装置，其分别在上述机械机构一、机械机构二或发明专利（ZL2013 1 0490632.6）机械机构中的任意一种机械机构的基础上，增加了动力机、主动轮、传动机构、从动轮、压点和压点连接杆；动力机固定安装在基座上，主动轮固定安装在动力机上，从动轮固定安装在螺杆上，主动轮通过传动机构与从动轮连接，动力机输出的转矩通过主动轮、传动机构、从动轮传递到螺杆上，实现螺套的上升正转和反转下降动作；其中，压点连接杆固定安装在螺套上，压点与压点连接杆固定安装，在螺纹升角大于当量摩擦角、采用常规工艺进行螺纹加工的情况下,选取合适的压点连接杆横梁长度和螺套长度后，在压点对施力对象施加压力，动力机对螺杆停止输出转矩后，螺套能实现螺杆轴向综合自锁以在无动力状态下保持压点对施力对象的压力，在自锁状态下，当动力机输出小于施压转矩的反向转矩时，螺套能立即解除自锁状态。

本发明公开一类以上述实现升降旋转动作且综合自锁的三种机械装置任意组合而成的四个机械装置为基础，增加传感器和电控装置，采用电机作为动力机所构成的压页设备；其中，传感器安装在翻页手能有效触发的位置，电控装置与传感器及电机连接，四个机械装置均固定安装在放置书本的底板上，各个机械装置跟随翻页手的动作做出相应的升降旋转动作以避让被翻动的书页，并使打开的左右两侧书页的任何一侧书页在翻页过程中的任何时刻均被至少一个机械装置的压点压紧在背板上，翻页时无翻页障碍，翻页和非翻页时书本及其书页均能保持稳定。

有益效果

由于不使用刹车装置来保持压点对施力对象的压力，从而节省了施加抱闸和解除抱闸所需的时间，使螺套达成和解除螺杆轴向锁定的过程变得更加迅速，提高了螺套的动态响应性能，消除了刹车装置这个故障环节，提高了设备可靠性，降低了设备成本，使由其构成的设备更加轻便；压页设备中各个机械装置能够跟随翻页手的动作做出相应的升降旋转动作以避让被翻动的书页，机械装置的压点在电机停止动力输出后，仍能将书页压紧在背板上。

附图说明

图1为本发明实现升降旋转动作的机械机构一的结构示意图；

图2为本发明实现升降旋转动作的机械机构二的结构示意图；

图3为本发明实现升降旋转动作的机械机构二的结构示意图；

图4为本发明实现升降旋转动作及综合自锁的机械装置一的结构示意图；

图5为本发明实现升降旋转动作及综合自锁的机械装置二的结构示意图；

图6为本发明实现升降旋转动作及综合自锁的机械装置二的结构示意图；

图7为本发明压页设备实施例的全起升示意图；

图8为本发明压页设备实施例的全下压示意图；

图9为本发明压页设备实施例的逻辑一示意图；

图10为本发明压页设备实施例的逻辑二示意图；

图11为本发明压页设备实施例的逻辑三示意图；

图12为本发明压页设备实施例的逻辑四示意图；

图13为本发明压页设备实施例的逻辑五示意图；

图中：1-基座一、2-基座二、3-基座三、4-平面一、5-平面二、6-平面三、7-螺旋面一、8-螺旋面二、9-螺杆、10-螺套、11-螺套一、12-螺套挡圈、13-螺套回转架、14-扭转弹簧、15-压点连接杆、16-压点、17-动力机、18-主动轮、19-传动机构、20-从动轮、21-弹簧定位销、22-一号传感器、23-二号传感器、24-三号传感器、25-四号传感器、26-一号装置、27-二号装置、28-三号装置、29-四号装置、30-底板、31-背板、32-书本。

本发明的最佳实施方式

首先对本申请中所用的一些词语、附图标记、附图、以及实施例中的一些用语进行一下说明。

在本申请的说明书和权利要求书中，“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义，也就是说，是“包括但不限于”的含义。

“上”为沿轴向方向向上的方位，“下”为沿轴向方向向下的方位。

在本申请的各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

压点连接杆15横梁长度定义为压点16对书本32施加压力的中心点到螺杆9轴线的距离。

轨道槽一：位于基座一1上，由平面一4、平面二5、螺旋面一7及螺旋面二8构成，平面一4与螺旋面二8、平面二5与螺旋面一7均为平滑过渡；轨道槽二：位于基座二2上，由平面一4、平面二5、平面三6及螺旋面二8构成，平面一4与螺旋面二8平滑过渡；轨道槽一和轨道槽二中的平面一4、平面二5分别与螺杆9轴线平行或相交于螺杆9轴线；螺套10上有一个圆柱凸台,圆柱凸台轴线与螺套10轴线垂直且相交，圆柱凸台的圆柱面与轨道槽一或轨道槽二之间可以使用滑动或滚动摩擦副，圆柱凸台的圆柱面以下简称螺套10摩擦面。

下面结合附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13及相应的实施例对本发明提出的一类单一动力机实现升降旋转动作的机械机构、一类单一动力机实现升降旋转动作且综合自锁的机械装置、以及以此类单一动力机实现升降旋转动作且综合自锁的机械装置为基础构成的压页设备进行详细说明。

实施例1

如图1所示，是本发明的一类实现升降旋转动作的机械机构一，其包括基座一1、螺杆9和螺套10；该机械机构具有平动和转动两个功能，其中平动功能实现螺套10的平移升降，转动功能实现螺套10的旋转，两个功能的动作平滑过渡；基座一1、螺杆9和螺套10之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座一1与螺杆9之间的转动副，第二个是连接于螺杆9与螺套10之间的螺旋副，第三个是连接于基座一1与螺套10之间的摩擦副；螺杆9通过转动副安装在基座一1上，螺杆9与螺套10通过螺旋配合安装，螺套10摩擦面通过摩擦副与基座一1的轨道槽一其中一侧接触。

在螺杆9上施加正向转矩时，螺杆9推动螺套10沿着轨道槽一的平面一4上升，当上升到平面一4顶端时，螺套10摩擦面与螺旋面一7接触，螺杆9对螺套10产生的围绕螺杆9轴线的旋转分力与螺旋面一7对螺套10产生的围绕螺杆9轴线的旋转分力同向，形成螺套10的旋转力，螺杆9对螺套10产生的螺杆9轴向分力克服螺旋面一7对螺套10产生的螺杆9轴向分力,形成螺套10的轴向力，在旋转力和轴向力的综合作用下，螺套10沿着螺旋面一7正向旋转上升到螺旋面一7和螺旋面二8的交汇处停止。

在螺杆9上施加反向转矩时，其运动原理与施加正向转矩的运动原理相同，螺杆9推动螺套10，使螺套10摩擦面沿着螺旋面二8反转下降，当螺套10摩擦面脱离螺旋面二8并接触上平面二5后，沿着平面二5下降。至此，螺套10完成了上升—正向旋转—反向旋转—下降的动作，在整个动作过程中，螺套10摩擦面始终被轨道槽一约束，确保了动作的可靠性，并满足高动态响应要求。

实施例2

如图2、图3所示，是本发明的一类实现升降旋转动作的机械机构二，其包括基座二2、螺杆9、螺套10和螺套挡圈12；该机械机构具有平动和转动两个功能，其中平动功能实现螺套10的平移升降，转动功能实现螺套10的旋转，两个功能的动作平滑过渡；基座二2、螺杆9和螺套10之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座二2与螺杆9之间的转动副，第二个是连接于螺杆9与螺套10之间的螺旋副，第三个是连接于基座二2与螺套10之间的摩擦副；螺杆9通过转动副安装在基座二2上，螺杆9与螺套10通过螺旋配合安装，螺套10摩擦面通过摩擦副与基座二2的轨道槽二其中一侧接触，螺套挡圈12同轴固定在螺杆9的螺纹尽头处。

在螺杆9上施加正向转矩时，螺杆9推动螺套10沿着轨道槽二的平面一4上升，当上升到平面一4顶端时解除约束，螺套10同时正转及上升，由于螺旋面二8关于螺杆9轴向的长度是根据螺纹升角、螺套10及与螺套10固连相关部件的总质量和综合转动惯量等参数确定的，以使螺旋面二8增加螺套10在反向旋转下降过程中的旋转速度，所以螺套10在正转且无螺旋面增加其旋转速度的情况下，到达平面三6和螺旋面二8的交汇处前必先接触螺套挡圈12并与螺杆9结为一体，螺套10和螺杆9在动力机17传递给螺杆9的转矩以及从动力机17到螺杆9的综合旋转动能的作用下一起正转到平面三6和螺旋面二8的交汇处停止。

在螺杆9上施加反向转矩时，螺杆9对螺套10产生的围绕螺杆9轴线的旋转分力与螺旋面二8对螺套10产生的围绕螺杆9轴线的旋转分力同向，形成螺套10的旋转力，螺杆9对螺套10产生的螺杆9轴向分力克服螺旋面二8对螺套10产生的螺杆9轴向分力形成螺套10的轴向力，在旋转力和轴向力的综合作用下，螺套10沿着螺旋面二8反向旋转下降，当脱离螺旋面二8并接触上平面二5后，沿着平面二5下降。至此，螺套10完成了上升—正向旋转—反向旋转—下降的动作，在整个动作过程中，螺套10摩擦面始终被轨道槽二约束，确保了动作可靠性；在螺套10正向旋转过程中，螺套10摩擦面与平面三6不接触，充分利用了动力机17传递到螺杆9的转矩及从动力机17到螺杆9的综合旋转动能，使螺套10能够更快地完成旋转动作，满足高动态响应要求。

实施例3

如图4所示，是分别以机械机构一或机械机构二为基础，增加动力机17、主动轮18、传动机构19、从动轮20、压点连接杆15和压点16形成的一类升降旋转且综合自锁的机械装置，下面对以机械机构一为基础形成的机械装置进行详细说明。

动力机17固定安装在基座一1上，主动轮18固定安装在动力机17上，从动轮20固定安装在螺杆9上，主动轮18通过传动机构19与从动轮20连接，压点连接杆15固定安装在螺套10上，压点连接杆15与压点16固定安装。

当动力机17输出的转矩通过主动轮18、传动机构19、从动轮20传递到螺杆9上，使螺套10上升正转和反转下降动作；在螺纹升角大于当量摩擦角、采用常规工艺进行螺纹加工的情况下,选取合适的压点连接杆15横梁长度和螺套10长度这两个参数后，在压点16对施力对象施加压力，动力机17对螺杆9停止输出转矩后，螺套10能实现螺杆9轴向综合自锁以在无动力状态下保持压点16对施力对象的压力；在自锁状态下，当动力机17输出小于施压转矩的反向转矩时，螺套10能立即解除自锁状态；至此，整个机械装置完成了上升—正向旋转—反向旋转—下降—综合自锁的机械功能。

实施例4

如图5、图6所示，是以发明专利（ZL 2013 1 0490632.6）的机械机构为基础，增加动力机17、主动轮18、传动机构19、从动轮20、弹簧定位销21、压点连接杆15和压点16形成的升降旋转且综合自锁的机械装置。螺套一11上有一个用来配合弹簧定位销21的凹坑，当弹簧定位销21受到螺套压力时，定位销会缩进，当受到的螺套压力变小或消失时，定位销会实时地向外伸出。

动力机17固定安装在基座三3上，主动轮18固定安装在动力机17上，从动轮20固定安装在螺杆9上，主动轮18通过传动机构19与从动轮20连接，压点连接杆15固定安装在螺套一11上，压点连接杆15与压点16固定安装，弹簧定位销21固定安装在基座三3上，基座三3和螺套回转架13上各有一个机械限位，两处机械限位在扭转弹簧14的扭力下相互接触，使螺套回转架13在常态下处于旋转方向上的零度位置，如图5所示。

当动力机17输出的正向转矩通过主动轮18、传动机构19、从动轮20传递到螺杆9上，螺套一11在螺套回转架13的导向下开始上升，直到接触螺套挡圈12并与螺杆9结为一体，螺套一11和螺杆9在动力机17传递给螺杆9的转矩以及从动力机17到螺杆9的综合旋转动能的作用下，一起克服扭转弹簧14的扭力并正转到弹簧定位销21对螺套一11进行定位之处停止，如图6所示。

当动力机17输出反向转矩时，此反向转矩与扭转弹簧14扭力方向相同，共同形成的转矩大于弹簧定位销21对螺套一11的制动转矩，解除了弹簧定位销21对螺套一11的定位约束；在扭转弹簧14扭力和螺杆9对螺套一11的旋转分力共同作用下，螺套一11同时反转及下降。在螺纹升角大于当量摩擦角、采用常规工艺进行螺纹加工的情况下,选取合适的压点连接杆15横梁长度和螺套一11长度这两个参数后，在压点16对施力对象施加压力，动力机17对螺杆9停止输出转矩后，螺套一11能实现螺杆9轴向综合自锁以在无动力状态下保持压点16对施力对象的压力；在自锁状态下，当动力机17输出小于施压转矩的反向转矩时，螺套一11能立即解除自锁状态；至此，整个机械装置完成了上升—正向旋转—反向旋转—下降—综合自锁的机械功能。

实施例5

如图7所示的一类压页设备，是以权利要求3中三种机械装置任意组合而成的四个机械装置为基础，增加一号传感器22、二号传感器23、三号传感器24、四号传感器25和电控装置（图中未标出），采用电机作为动力机17构成的；本实施例四个机械装置全部使用机械机构一形成的升降旋转且综合自锁的机械装置，以便绘图示意和详细说明。

四个机械装置分别称为一号装置26、二号装置27、三号装置28、四号装置29；一号装置26的压点16称作一号压点、二号装置27的压点16称作二号压点、三号装置28的压点16称作三号压点、四号装置29的压点16称作四号压点；一号装置26和二号装置27的结构相同，采用左旋螺纹，三号装置28和四号装置29的结构相同，采用右旋螺纹；四个传感器分别安装在四个机械装置的基座一1上的翻页手能有效触发的位置，电控装置使用线缆与四个传感器及四个机械装置的动力机17连接，四个机械装置均固定安装在放置书本32的L形板上，L形板的两个平面分别称为底板30和背板31；图7显示的是压页设备的四个压点全部上升到顶，并按设定的旋向旋转90°的状态，此状态方便放置已打开到想要阅读书页的书本32。

如图8所示的是书本32在底板30上面摆放好之后，四个压点均下压到书本32的书页上，将书页压紧在背板31上，此时，压页设备已经准备好配合翻页手的翻页动作进行翻页。

如图9所示，当手从右往左翻页时，翻页手触发了一号传感器22的第一信号状态，一号装置26上的一号压点动作，上升到顶并旋转90°，不再压页从而使翻页动作可以继续进行。

在继续的翻页过程中翻页手接着触发了一号传感器22的第二信号状态，一号装置26上的一号压点动作，回转90°并下降到书页上对书页施加压力，变成如图8所示的状态。一号压点动作完成后，二号装置27上的二号压点动作，上升到顶并旋转90°，如图10所示；二号压点动作完成后，三号装置28上的三号压点动作，上升到顶并旋转90°，如图11所示，二号压点、三号压点不再压页从而使翻页动作可以继续进行。

在继续的翻页过程中翻页手接着触发了三号传感器24的第一信号状态，二号装置27上的二号压点动作，回转90°下降到书页对书页施加压力，如图12示，此时翻页手在书本32的中线位置。

在继续的翻页过程中翻页手已经到达四号装置29右侧，翻页手触发了四号传感器25的第一信号状态，三号装置28上的三号压点动作，回转90°下降到书页对书页施加压力，变成如图8所示的状态。三号压点动作完成后，四号装置29上的四号压点动作，上升到顶并旋转90°，不再压页从而使翻页动作可以继续进行，如图13所示。

在继续的翻页过程中翻页手已经到达四号装置29左侧，翻页手触发了四号传感器25的第二信号状态，四号装置29上的四号压点动作，回转90°下降到书页对书页施加压力，变成如图8所示的状态，翻页过程完成。

此从右往左翻页过程中使用了一号传感器22、三号传感器24和四号传感器25。

当从左往右翻页时，四个机械装置的动作逻辑与从右往左翻页类似，在此翻页过程中使用了四号传感器25、二号传感器23和一号传感器22。

该压页设备的各个机械装置跟随翻页手的动作做出相应的升降旋转动作，以避让书本32被翻动的书页，使打开的左右两侧书页的任何一侧书页在翻页过程中的任何时刻均被至少一个机械装置的压点16压紧在背板31上，翻页时无翻页障碍，翻页和非翻页时书本32及其书页均能保持稳定。

工业实用性

本发明的单一动力机实现升降旋转动作的机械机构、单一动力机实现升降旋转动作且综合自锁的机械装置，以及由单一动力机实现升降旋转动作且综合自锁的机械装置构成的压页设备，有如下特点：（1）结构简单紧凑，零件数量少，易于制造和调试，容易实现模块化；（2）一个机构或一个装置只需一个动力机，如动力机为电机，即使在电机堵转后反向再起动也能可靠解除自锁，驱动、控制的对象少，对驱动、控制装置的要求低；（3）实现机械功能所需的配套装置少，机械效率高，时间响应快；（4）低速及高速均适用，可采用传动效率较高的大导程螺杆，可以承受冲击载荷，刚度好，稳定性高；（5）适应高低温、高电磁、粉尘等室内外环境，无需润滑措施；（6）可靠性高、制造和运行成本低；（7）压页设备使人们在阅读纸质书本时，除翻页过程中要用一只手完成一个翻页动作外，其他时间完全解放双手。

Claims (4)

1.一类实现升降旋转动作的机械机构一，其包括基座一、螺杆和螺套；该机械机构具有平动和转动两个功能，平动功能实现螺套的平移升降，转动功能实现螺套的旋转，两个功能的动作平滑过渡；其特征在于，基座一上有一道由平面一、平面二、螺旋面一及螺旋面二组成的轨道槽一，平面一、平面二分别与螺杆轴线平行或相交于螺杆轴线，平面一与螺旋面二、平面二与螺旋面一均为平滑过渡，螺套上有一个圆柱凸台、圆柱凸台轴线与螺套轴线垂直且相交；基座一、螺杆和螺套之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座一与螺杆之间的转动副，第二个是连接于螺杆与螺套之间的螺旋副，第三个是连接于基座一与螺套之间的摩擦副；螺杆通过转动副安装在基座一上，螺杆与螺套通过螺旋配合安装，螺套的圆柱凸台的圆柱面通过摩擦副与基座一的轨道槽一其中一侧接触；在螺杆上施加正向转矩时，螺杆推动螺套沿着轨道槽一的平面一上升，当上升到平面一顶端时，螺套的圆柱凸台的圆柱面与螺旋面一接触，螺杆对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力与螺旋面一对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力同向，形成螺套的旋转力，螺杆对螺套产生的螺杆轴向分力克服螺旋面一对螺套产生的螺杆轴向分力,形成螺套的轴向力，在旋转力和轴向力的综合作用下，螺套沿着螺旋面一正向旋转上升到螺旋面一和螺旋面二的交汇处停止；在螺杆上施加反向转矩时，其运动原理与施加正向转矩的运动原理相同，螺杆推动螺套沿着螺旋面二反转下降，当脱离螺旋面二并接触上平面二后，沿着平面二下降。

2.一类实现升降旋转动作的机械机构二，其包括基座二、螺杆、螺套挡圈和螺套；该机械机构具有平动和转动两个功能，平动功能实现螺套的平移升降，转动功能实现螺套的旋转，两个功能的动作平滑过渡；其特征在于，基座二上有一道由平面一、平面二、平面三及螺旋面二组成的轨道槽二，平面一、平面二分别与螺杆轴线平行或相交于螺杆轴线，平面一与螺旋面二平滑过渡，螺套上有一个圆柱凸台,圆柱凸台轴线与螺套轴线垂直且相交；基座二、螺杆和螺套之间由三个运动副构成运动关系，第一个是连接于基座二与螺杆之间的转动副，第二个是连接于螺杆与螺套之间的螺旋副，第三个是连接于基座二与螺套之间的摩擦副；螺杆通过转动副安装在基座二上，螺杆与螺套通过螺旋配合安装，螺套的圆柱凸台的圆柱面通过摩擦副与基座二的轨道槽二其中一侧接触，螺套挡圈同轴固定在螺杆的螺纹尽头处；在螺杆上施加正向转矩时，螺杆推动螺套沿着轨道槽二的平面一上升，当上升到平面一顶端时解除约束，螺套同时正转及上升，由于螺旋面二关于螺杆轴向的长度是根据螺纹升角、螺套及与螺套固连相关部件的总质量和综合转动惯量等参数确定的，以使螺旋面二增加螺套在反向旋转下降过程中的旋转速度，所以螺套在正转且无螺旋面增加其旋转速度的情况下，到达平面三和螺旋面二的交汇处前必先接触螺套挡圈并与螺杆结为一体，螺套和螺杆在动力机传递给螺杆的转矩以及从动力机到螺杆的综合旋转动能的作用下一起正转到平面三和螺旋面二的交汇处停止；在螺杆上施加反向转矩时，螺杆对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力与螺旋面二对螺套产生的围绕螺杆轴线的旋转分力同向，形成螺套的旋转力，螺杆对螺套产生的螺杆轴向分力克服螺旋面二对螺套产生的螺杆轴向分力形成螺套的轴向力，在旋转力和轴向力的综合作用下，螺套沿着螺旋面二反向旋转下降，当脱离螺旋面二并接触上平面二后，沿着平面二下降。

3.一类分别应用权利要求1-2或发明专利（ZL 2013 1 0490632.6）所述的实现升降旋转动作机械机构来实现综合自锁以在无动力状态下保持对施力对象作用力的机械装置，其分别在所述权利要求1-2或发明专利（ZL 2013 1 0490632.6）机械机构中的任意一种机械机构基础上，增加了动力机、主动轮、传动机构、从动轮、压点和压点连接杆；动力机固定安装在基座上，主动轮固定安装在动力机上，从动轮固定安装在螺杆上，主动轮通过传动机构与从动轮连接，动力机输出的转矩通过主动轮、传动机构、从动轮传递到螺杆上，实现螺套的上升正转和反转下降动作；其特征在于，压点连接杆固定安装在螺套上，压点与压点连接杆固定安装，在螺纹升角大于当量摩擦角、采用常规工艺进行螺纹加工的情况下,选取合适的压点连接杆横梁长度和螺套长度后，在压点对施力对象施加压力，动力机对螺杆停止输出转矩后，螺套能实现螺杆轴向综合自锁以在无动力状态下保持压点对施力对象的压力，在自锁状态下，当动力机输出小于施压转矩的反向转矩时，螺套能立即解除自锁状态。

4.一类以权利要求3所述实现升降旋转动作且综合自锁的三种机械装置任意组合而成的四个机械装置为基础，增加传感器和电控装置，采用电机作为动力机所构成的压页设备；其特征在于，传感器安装在翻页手能有效触发的位置，电控装置与传感器及电机连接，四个机械装置均固定安装在放置书本的底板上，各个机械装置跟随翻页手的动作做出相应的升降旋转动作以避让被翻动的书页，并使打开的左右两侧书页的任何一侧书页在翻页过程中的任何时刻均被至少一个机械装置的压点压紧在背板上，翻页时无翻页障碍，翻页和非翻页时书本及其书页均能保持稳定。