CN110145552A - 精密结构的复合球铰链及并联结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精密结构的复合球铰链及并联结构，涉及球节技术领域，以缓解现有球铰链的三条旋转轴线不能交于一点的技术问题。该精密结构的复合球铰链包括第一铰链叉、第二铰链叉、十字轴、端盖、转轴和轴承；十字轴的两端部伸入第一轴承座与轴承连接，另外两端部伸入第二轴承座与轴承连接；转轴伸入第三轴承座与轴承连接；第一轴承座和第二轴承座的外侧均安装有端盖，端盖与第一轴承座之间、以及端盖与第二轴承座之间均设置有间隙。该并联结构包括上述精密结构的复合球铰链。本发明能够调节端盖与第一轴承座之间的间隙、以及端盖与第二轴承座之间的间隙来使三条旋转轴线交于一点。

Description

精密结构的复合球铰链及并联结构

技术领域

本发明涉及球节技术领域，尤其是涉及一种精密结构的复合球铰链及并联结构。

背景技术

近年来并联机器人及stewart平台的优点逐渐被重视。并联结构的无累计误差，高精度，运动部分重量轻，速度高，动态响应好的优点日益受人们的关注。

“铰链”作为并联机构的重要机械结构，铰链的精度、承载能力及活动范围直接决定着并联机构的精度、承载能力及活动范围，因此对铰链的精度、承载能力及活动范围的研究和制造亟待发展。

图1传统的球铰链，作为拥有三个自由度的回转副，可绕球心进行三个自由度的回转运动，其中三条旋转轴线两两垂直。理论上，传统球铰链的三条旋转轴线应交于一点，但传统铰链由于加工制造误差使三条旋转轴线不能交于一点，且机械结构采用球轴承，不能进行调节使旋转轴线交于一点。

发明内容

本发明的目的在于提供的一种精密结构的复合球铰链及并联结构，以缓解现有球铰链的三条旋转轴线不能交于一点的技术问题。

本发明提供的一种精密结构的复合球铰链，包括第一铰链叉、第二铰链叉、十字轴、端盖、转轴和轴承；

所述第一铰链叉具有两个平行设置的第一轴承座，且两个所述第一轴承座内均安装有所述轴承；

所述第二铰链叉具有两个平行设置的第二轴承座，底部设置第三轴承座，且所述第三轴承座和两个所述第二轴承座内均安装有所述轴承；

所述十字轴的其中两个相对的端部伸入第一轴承座与所述轴承连接，另外两个相对的端部伸入第二轴承座与所述轴承连接；所述转轴的一端伸入所述第三轴承座与所述轴承连接；

每个所述第一轴承座和每个所述第二轴承座的外侧均安装有所述端盖，所述端盖与所述第一轴承座之间、以及所述端盖与所述第二轴承座之间均设置有间隙。

进一步地，还包括内盖，所述第一轴承座的内侧和所述第二轴承座的内侧均设置有所述内盖，以遮档所述第一轴承座的内端口和所述第二轴承座的内端口；

所述十字轴的端部穿过所述内盖与所述轴承连接。

进一步地，还包括遮盖，所述遮盖连接于所述转轴，位于所述第三轴承座的内端口处，用于遮挡所述第三轴承座的内端口。

进一步地，所述转轴包括安装段和承载段；

所述安装段伸入所述第三轴承座与所述轴承的内圈连接；

所述承载段连接于所述安装段的背离所述十字轴的端部，与所述轴承的内圈端面相抵，并遮挡所述第三轴承座的外端口。

进一步地，所述第三轴承座的内壁具有环形凸台，两个所述轴承分别位于所述环形凸台的两侧，且所述环形凸台与两个所述轴承的外圈端面相抵；

所述承载段与所述环形凸台下方的所述轴承的内圈端面相抵，所述遮盖与所述环形凸台上方的所述轴承的内圈端面相抵。

进一步地，所述转轴还包括螺纹段和螺母，所述螺纹段连接于所述安装段的朝向所述十字轴的端部，并穿过所述遮盖；

所述螺母安装于所述螺纹段，所述螺母和所述安装段的朝向所述十字轴的端部夹紧所述遮盖。

进一步地，所述遮盖包括第一抵接部和第一遮挡部；

所述第一遮挡部连接于所述转轴，且所述第一遮挡部的外缘靠近所述第三轴承座的内壁；

所述第一抵接部设置于所述遮挡部朝向所述轴承的侧面，并与所述轴承的内圈端面相抵。

进一步地，所述承载段包括第二抵接部和第二遮挡部；

所述第二遮挡部连接于所述安装段的背离所述十字轴的端部，且所述第二遮挡部的外缘靠近所述第三轴承座的内壁；

所述第二抵接部设置于所述第二遮挡部朝向所述轴承的侧面，并与所述轴承的内圈端面相抵。

进一步地，所述转轴的背离所述十字轴的端部沿转轴的轴线方向开设螺纹孔。

一种并联结构包括上述的精密结构的复合球铰链。

本发明提供的精密结构的复合球铰链的十字轴具有两条旋转轴线，第一铰链叉能够绕十字轴的一条旋转轴线转动，第二铰链叉能够绕十字轴的另一条旋转轴线转动，十字轴的两条旋转轴线相交于一点。端盖伸入第一轴承座和第二轴承座的端部与轴承抵接，端盖与第一轴承座之间、以及端盖与第二轴承座之间均设置有间隙，通过调节间隙的大小实现端盖在第一轴承座和第二轴承座的伸入长度。调节端盖与第一轴承座之间的间隙能够使十字轴能够沿自身的其中一个旋转轴线的方向进行移动，调节端盖与第二轴承座之间的间隙能够使十字轴能够沿自身的另一个旋转轴线的方向进行移动，直至转轴的旋转轴线通过十字轴的两条旋转轴线的交点。该精密结构的复合球铰链通过调节端盖与第一轴承座之间的间隙和端盖与第二轴承座之间的间隙来实现三条旋转轴线相交于一点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统球铰链的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的精密结构的复合球铰链的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的精密结构的复合球铰链的正视图；

图4为沿图3中A－A面的剖视图；

图5为图4中B区域的局部示意图；

图6为图4中C区域的局部示意图；

图7为本发明实施例提供的转轴的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的十字轴的结构示意图。

图标：1－第一铰链叉；11－第一轴承座；2－第二铰链叉；21－第二轴承座；22－第三轴承座；221－环形凸台；3－十字轴；4－转轴；41－安装段；42－承载段；421－第二抵接部；422－第二遮挡部；43－螺纹段；44－螺母；45－螺纹孔；5－轴承；6－端盖；7－内盖；8－遮盖；81－第一抵接部；82－第一遮挡部。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对实施例一和实施例二进行详细描述：

实施例一

本实施例提供了一种精密结构的复合球铰链，请一并参阅说明书附图中图2至图8。

请参阅图1至图3，该精密结构的复合球铰链包括第一铰链叉1、第二铰链叉2、十字轴3、端盖6、转轴4和轴承5；第一铰链叉1具有两个平行设置的第一轴承座11，且两个第一轴承座11内均安装有轴承5；第二铰链叉2具有两个平行设置的第二轴承座21，底部设置第三轴承座22，且第三轴承座22和两个第二轴承座21内均安装有轴承5；十字轴3的其中两个相对的端部伸入第一轴承座11与轴承5连接，另外两个相对的端部伸入第二轴承座21与轴承5连接；转轴4的一端伸入第三轴承座22与轴承5连接；每个第一轴承座11和每个第二轴承座21的外侧均安装有端盖6，端盖6与第一轴承座11之间、以及端盖6与第二轴承座21之间均设置有间隙。

该精密结构的复合球铰链中的轴承5优选为角接触球轴承，安装在两个第一轴承座11内的角接触球轴承为背向设置，安装在两个第二轴承座21内的角接触球轴承也为背向设置，使十字轴3的位置调节完成后，十字轴3沿自身两条旋转轴线的运动被限制。当然，该精密结构的复合球铰链中的轴承5也可以为其他类型，例如，深沟球轴承、圆锥滚子轴承等。

如图8所示，该精密结构的复合球铰链的十字轴3具有两条旋转轴线，第一铰链叉1能够绕十字轴3的一条旋转轴线转动，第二铰链叉2能够绕十字轴3的另一条旋转轴线转动，十字轴3的两条旋转轴线相交于一点。端盖6伸入第一轴承座11和第二轴承座21的端部与轴承5抵接，端盖6与第一轴承座11之间、以及端盖6与第二轴承座21之间均设置有间隙，通过调节间隙的大小实现端盖6在第一轴承座11和第二轴承座21的伸入长度。调节端盖6与第一轴承座11之间的间隙能够使十字轴3能够沿自身的其中一个旋转轴线的方向进行移动，调节端盖6与第二轴承座21之间的间隙能够使十字轴3能够沿自身的另一个旋转轴线的方向进行移动，直至转轴4的旋转轴线通过十字轴3的两条旋转轴线的交点。该精密结构的复合球铰链通过调节端盖6与第一轴承座11之间的间隙和端盖6与第二轴承座21之间的间隙来实现三条旋转轴线相交于一点。

具体地，如图1至图3所示，使用螺栓将端盖6与第一轴承座11连接、以及将端盖6与第二轴承座21连接。以图3中精密结构的复合球铰链向左调节十字轴3为例，旋松左侧第一轴承座11上的螺栓，增大左侧端盖6与左侧第一轴承座11之间的间隙，减小右侧端盖6与右侧第一轴承座11之间的间隙，使右侧端盖6推动右侧第一轴承座11内的轴承5向左移动，进而使十字轴3和左侧第一轴承座11内的轴承5向左移动，当十字轴3的穿过两个第二轴承座21的旋转轴线与转轴4的旋转轴线相交时，移动左侧端盖6使左侧端盖6与左侧第一轴承座11内的轴承5相抵，然后旋紧两个第一轴承座11上的所有螺栓。图3中精密结构的复合球铰链向右移动、向前移动和向后移动均与向左移动的操作过程类似。

第一轴承座11的外侧和第二轴承座21的外侧设置的端盖6能够有效地遮挡第一轴承座11的外端口和第二轴承座21的外端口，防止灰尘和异物从第一轴承座11的外端口进入第一轴承座11内、或者从第二轴承座21的外端口进入第二轴承座21内。

请参阅图1和图3，该精密结构的复合球铰链还包括内盖7，第一轴承座11的内侧和第二轴承座21的内侧均设置有内盖7，以遮档第一轴承座11的内端口和第二轴承座21的内端口；十字轴3的端部穿过内盖7与轴承5连接。

内盖7能够遮挡第一轴承座11的内端口和第二轴承座21的内端口，防止外界灰尘和异物从第一轴承座11的内端口或第二轴承座21的内端口进入，保证轴承5工作环境的洁净，延长轴承5的使用寿命，也使该复合球铰链转动时保持稳定。

具体地，请参阅图3，使用螺栓将内盖7与第一轴承座11的内侧连接，以及将内盖7与第二轴承座21的内侧连接。

请参阅图3，该精密结构的复合球铰链还包括遮盖8，遮盖8连接于转轴4，位于第三轴承座22的内端口处，用于遮挡第三轴承座22的内端口。

遮盖8遮挡住第三轴承座22的内端口，能够防止灰尘和异物从第三轴承座22的内端口进入第三轴承座22，保证位于第三轴承座22内的轴承5的工作环境洁净，延长轴承5使用寿命。

请参阅图4和图7，轴承5安装于第三轴承座22内时，轴承5的外圈与第三轴承座22的内壁配合；转轴4包括安装段41和承载段42；安装段41伸入第三轴承座22与轴承5的内圈连接；承载段42连接于安装段的背离十字轴3的端部，与轴承5的内圈端面相抵，并遮挡第三轴承座22的外端口。

安装段41通过轴承5实现与第三轴承座22的转动连接。承载段42一方面能够与轴承5的内圈的端面相抵，另一方面能够遮挡第三轴承座22的外端口，防止灰尘和异物从第三轴承5的外端口进入第三轴承座22内，进一步保证位于第三轴承座22内的轴承5的工作环境洁净。

请参阅图4，第三轴承座22的内壁具有环形凸台221，两个轴承5分别位于环形凸台221的两侧，且环形凸台221与两个轴承5的外圈端面相抵；承载段42与环形凸台221下方的轴承5的内圈端面相抵，遮盖8与环形凸台221上方的轴承5的内圈端面相抵。

环形凸台221与下方轴承5的外圈端面相抵，承载段42与环形凸台221的下方轴承5的内圈端面相抵，位于环形凸台221与承载段42之间的轴承5被夹紧，防止环形凸台221与承载段42之间的轴承5在工作时在转轴4的轴向发生窜动。

环形凸台221与上方轴承5的外圈端面相抵，遮盖8与环形凸台221上方的轴承5的内圈端面相抵，位于环形凸台221与遮盖8之间的轴承5被夹紧，防止环形凸台221与遮盖8之间的轴承5在工作时在转轴4的轴向发生窜动。

第三轴承座22内的两个轴承5优选为角接触球轴承，且两个角接触球轴承背向设置，保证转轴4在轴向的位置固定。当然，第三轴承座22也可以为其他类型，例如，深沟球轴承、圆锥滚子轴承等。

请参阅图4和图7，转轴4还包括螺纹段43和螺母44，螺纹段43连接于安装段41的朝向十字轴3的端部，并穿过遮盖8；螺母44安装于螺纹段43，螺母44和安装段41的朝向十字轴3的端部夹紧遮盖8。

具体地，外螺纹的螺纹大径小于安装段41的直径，螺母44和安装段41的朝向十字轴3的端部将遮盖8夹紧。

采用上述结构将遮盖8与转轴4连接，方便了遮盖8的拆卸。拆卸遮盖8时，将螺母44拆卸下来，即可从螺纹段43上取下遮盖8。也方便了轴承5的维护和维修。

请参阅图5，图5为图4中B区域的局部放大图，遮盖8包括第一抵接部81和第一遮挡部82；第一遮挡部82连接于转轴4，且第一遮挡部82的外缘靠近第三轴承座22的内壁；第一抵接部81设置于遮挡部朝向轴承5的侧面，并与轴承5的内圈端面相抵。

遮盖8的第一遮挡部82能够对第三轴承5的内端口进行遮挡，防止灰尘和异物从第三轴承5的内端口进入第三轴承5内。第一抵接部81与轴承5的内圈端面相抵，将轴承5夹紧。同时，第一抵接部81也使第一遮挡部82与轴承5隔离，防止第一遮挡部82干涉轴承5的转动。

请参阅图6，图6为图4中C区域的局部放大图，承载段42包括第二抵接部421和第二遮挡部422；第二遮挡部422连接于安装段41的背离十字轴3的端部，且第二遮挡部422的外缘靠近第三轴承座22的内壁；第二抵接部421设置于第二遮挡部422朝向轴承5的侧面，并与轴承5的内圈端面相抵。

第二遮挡部422能够对第三轴承5的外端口进行遮挡，防止灰尘和异物从第三轴承5的外端口进入第三轴承5内。第二抵接部421与轴承5的内圈端面相抵，将轴承5夹紧。同时，第二抵接部421也使第二遮挡部422与轴承5隔离，防止第二抵接部421干涉轴承5的转动。

请参阅图4和图7，转轴4的背离十字轴3的端部沿转轴4的轴线方向开设螺纹孔45。该螺纹孔45方便了转轴4与其他结构连接。

实施例二

本实施例提供一种并联结构，该并联结构包括实施例一中提供的精密结构的复合球铰链。

实施例一提供的精密结构的复合球铰链能够通过调节端盖6与第一轴承座11之间的间隙、以及端盖6与第二轴承座21间的间隙来使三条旋转轴线交于一点。进而包括实施例一中精密结构的复合球铰链的并联结构的精度更高，运动更稳定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种精密结构的复合球铰链，其特征在于，包括第一铰链叉(1)、第二铰链叉(2)、十字轴(3)、端盖(6)、转轴(4)和轴承(5)；

所述第一铰链叉(1)具有两个平行设置的第一轴承座(11)，且两个所述第一轴承座(11)内均安装有所述轴承(5)；

所述第二铰链叉(2)具有两个平行设置的第二轴承座(21)，底部设置第三轴承座(22)，且所述第三轴承座(22)和两个所述第二轴承座(21)内均安装有所述轴承(5)；

所述十字轴(3)的其中两个相对的端部伸入第一轴承座(11)与所述轴承(5)连接，另外两个相对的端部伸入第二轴承座(21)与所述轴承(5)连接；所述转轴(4)的一端伸入所述第三轴承座(22)与所述轴承(5)连接；

每个所述第一轴承座(11)和每个所述第二轴承座(21)的外侧均安装有所述端盖(6)，所述端盖(6)与所述第一轴承座(11)之间、以及所述端盖(6)与所述第二轴承座(21)之间均设置有间隙。

2.根据权利要求1所述的精密结构的复合球铰链，其特征在于，还包括内盖(7)，所述第一轴承座(11)的内侧和所述第二轴承座(21)的内侧均设置有所述内盖(7)，以遮档所述第一轴承座(11)的内端口和所述第二轴承座(21)的内端口；

所述十字轴(3)的端部穿过所述内盖(7)与所述轴承(5)连接。

3.根据权利要求1或2所述的精密结构的复合球铰链，其特征在于，还包括遮盖(8)，所述遮盖(8)连接于所述转轴(4)，位于所述第三轴承座(22)的内端口处，用于遮挡所述第三轴承座(22)的内端口。

4.根据权利要求3所述的精密结构的复合球铰链，其特征在于，所述转轴(4)包括安装段(41)和承载段(42)；

所述安装段(41)伸入所述第三轴承座(22)与所述轴承(5)的内圈连接；

所述承载段(42)连接于所述安装段(41)的背离所述十字轴(3)的端部，与所述轴承(5)的内圈端面相抵，并遮挡所述第三轴承座(22)的外端口。

5.根据权利要求4所述的精密结构的复合球铰链，其特征在于，所述第三轴承座(22)的内壁具有环形凸台(221)，两个所述轴承(5)分别位于所述环形凸台(221)的两侧，且所述环形凸台(221)与两个所述轴承(5)的外圈端面相抵；

所述承载段(42)与所述环形凸台(221)下方的所述轴承(5)的内圈端面相抵，所述遮盖(8)与所述环形凸台(221)上方的所述轴承(5)的内圈端面相抵。

6.根据权利要求4所述的精密结构的复合球铰链，其特征在于，所述转轴(4)还包括螺纹段(43)和螺母(44)，所述螺纹段(43)连接于所述安装段(41)的朝向所述十字轴(3)的端部，并穿过所述遮盖(8)；

所述螺母(44)安装于所述螺纹段(43)，所述螺母(44)和所述安装段(41)的朝向所述十字轴(3)的端部夹紧所述遮盖(8)。

7.根据权利要求3所述的精密结构的复合球铰链，其特征在于，所述遮盖(8)包括第一抵接部(81)和第一遮挡部(82)；

所述第一遮挡部(82)连接于所述转轴(4)，且所述第一遮挡部(82)的外缘靠近所述第三轴承座(22)的内壁；

所述第一抵接部(81)设置于所述第一遮挡部(82)朝向所述轴承(5)的侧面，并与所述轴承(5)的内圈端面相抵。

8.根据权利要求4所述的精密结构的复合球铰链，其特征在于，所述承载段(42)包括第二抵接部(421)和第二遮挡部(422)；

所述第二遮挡部(422)连接于所述安装段(41)的背离所述十字轴(3)的端部，且所述第二遮挡部(422)的外缘靠近所述第三轴承座(22)的内壁；

所述第二抵接部(421)设置于所述第二遮挡部(422)朝向所述轴承(5)的侧面，并与所述轴承(5)的内圈端面相抵。

9.根据权利要求1所述的精密结构的复合球铰链，其特征在于，所述转轴(4)的背离所述十字轴(3)的端部沿转轴(4)的轴线方向开设螺纹孔(45)。

10.一种并联结构，其特征在于，包括如权利要求1－9任一项所述的精密结构的复合球铰链。