CN111329566B - 轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构，机构架的中心轴孔用于套装所述中轴，其前端部用于连接所述丝母架，其后端部用于连接所述双向刹紧架，丝母架的丝母腔内套装的丝母螺纹连接在中轴的螺纹段上；双向刹紧架的轴向刹紧卡箍匹配套接中轴，轴向刹紧卡箍锁死后中轴与机构架被固定为一体。本发明所采用的二维控制机构中采用卡箍的固定是圆周面接触的，面摩擦固定，摩擦力相当大，极大增强了锁紧的可靠性。通过机构架与中轴匹配安装，由于机构架不需要通过锁丝与中轴锁定，所以机构架与中心轴之间不存在间隙，从而保证了中轴位于机构架内的稳定，提高了连接结构的稳定性。

Description

轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构

技术领域

本发明属于机械杆件多维调节结构中的节点调节技术，具体涉及一种控制杆件轴向移动和转动的二维控制机构。

背景技术

在很多精密仪器涉及到多维调节的机械结构中，经常需控制三维各杆件的轴向移动和周向转动，连接杆件同时具有轴向移动和转动的节点能够简化结构体积，较少节点数量，使结构紧凑简化。尤其是在很多医疗器械中需要通过三维调节实现装置的横移、纵移和竖向移动时，必然需要采用平移调节节点，以及需要转向调节时，需要有转向调节节点，而且各节点需要有可靠的锁定结构。例如在医疗器械中存在的骨折定位或牵引或复位的装置，手术治疗在进行髓内钉固定和接骨板固定之前，首先需要对骨折部位的两端进行复位对接和固定。牵引是复位股骨骨折、恢复下肢长度的重要手段。公开号为CN 109223197 A的股骨颈骨折空心钉转盘式定位装置，包括转动调节机构、横移调节机构、纵移调节机构和万向节定位机构。该专利技术采用了以股骨颈导针为固定轴线，通过旋转定位器的转动来确定空心钉的安装位置。能够始终保持空心钉与股骨颈导针平行状态下旋转调节和定位。从而，能够实现快速准确地对空心钉平行定位的目的。以该专利文献为代表的骨折定位装置技术中，需要实现多维调节功能，即需要在三维调节基础上再进行水平角度转动或者竖向角度转动的调节，这种多维调节的机械结构杆件所采用的调节节点往往彼此独立，虽然该专利技术中公开了采用将轴向移动和转向移动组合为同一节点进行操作的方式，但由于采用的各杆件都为不锈钢杆件，通过锁丝实现移动锁紧和转动锁紧并不可靠，现有的锁紧系统的固定是点接触摩擦固定，很不牢靠，由于整个装置的重力较大且佩戴相关仪器设备，会造成整个装置锁死性能和移动稳定性能不足而出现节点震动或滑动问题，影响装置整体性能的发挥。

发明内容

本发明提供一种能够控制轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构，使轴向移动控制和轴向转动控制集成于一个节点，且通过该节点能够将杆件连接牢固稳定和可靠，使相应的设备进行多维调节能够有效实施变得可行。

实现上述目的所采用的技术方案：一种轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构，包括中轴、丝母架、丝母、机构架、双向刹紧架和导向键等。

其中，所述机构架含有圆柱状中心轴孔用于套装所述中轴，机构架的前端部用于连接所述丝母架，机构架的后端部用于连接所述双向刹紧架，中轴匹配套装在该中心轴孔内能够沿周向旋转和轴向滑动。

所述中轴为圆柱形杆体，其一端设置螺纹段位于所述丝母架内，其另一端设置轴向平滑槽或键槽位于双向刹紧架内。

所述的丝母架包括连轴腔和丝母腔，连轴腔套固于所述机构架一端，丝母腔内套装有丝母且丝母有部分外露于丝母腔之外便于手持旋转，丝母套装在所述中轴的螺纹段。

双向刹紧架包括基座和固定在基座两侧的周向刹紧卡箍和轴向刹紧卡箍，周向刹紧卡箍匹配套接所述机构架后端部，轴向刹紧卡箍匹配套接中轴，基座设置匹配套装于所述轴向平滑槽或键槽的导向键，当周向刹紧卡箍锁死而轴向刹紧卡箍松开时，中轴仅能够沿机构架的中心轴孔轴向滑动而不能旋转，当轴向刹紧卡箍锁死而周向刹紧卡箍松开，中心轴只能沿轴心旋转而不能轴向滑动，当两刹紧卡箍全部锁死，则中心轴与机构架固定为一体。

机构锁紧端

其中，所述的周向刹紧卡箍和轴向刹紧卡箍都为圆环状且存在开口，开口处包括两个存在配合间隙的锁紧端，两锁紧端上分别有对应的锁紧孔，相邻锁紧孔内贯穿安装卡箍锁丝。

另外，所述的双向刹紧架还可以包括与基座的中心支撑板，周向刹紧卡箍和轴向刹紧卡箍分别位于中心支撑板两侧，中心支撑板的中心位置设置有中轴孔用于套装所述中轴。该中轴孔一侧壁或两侧壁设置有装键孔，在装键孔内固定安装有导向键，该导向键同时套装于所述轴向平滑槽或键槽内。

也可以在双向刹紧架的基座中部沿轴向固定有导向键，该导向键同时套装于所述轴向平滑槽或键槽内。

进一步地，在机构架的后端部设置有环形的卡箍卡槽，双向刹紧架的周向刹紧卡箍匹配套装在该卡箍卡槽外侧，有在基座上或者在周向刹紧卡箍侧面上沿径向安装有卡箍定位丝，该卡箍定位丝伸入与卡箍卡槽内。

还可以采用在连轴腔的侧壁沿径向设置旋转锁孔并安装旋转锁丝；在所述机构架前端部设置有环形的旋转丝卡槽，所述的旋转锁丝沿径向伸入该旋转丝卡槽内，从而旋转丝卡槽松弛但不脱离旋转丝卡槽时，丝母架与机构架能够相对转动，旋转丝卡槽锁紧旋转丝卡槽后，丝母架与机构架被锁定不能相对转动。

还可以采用在位于双向刹紧架两侧的周向刹紧卡箍和轴向刹紧卡箍的侧面分别设置辅助锁孔，周向刹紧卡箍的辅助锁孔安装有辅助锁丝用于固定连接机构架，轴向刹紧卡箍的辅助锁孔安装有辅助锁丝用于固定连接中轴。

还可以采用在机构架前端部设置环形的定位卡槽，该旋转锁丝沿径向伸入该定位卡槽内，定位卡槽能够将丝母架与机构架固定锁死。

本发明的有益效果：针对现有技术中用于进行多维调节的精密器械中采用将轴向移动和转向移动组合为同一节点进行操作的方式时，现有的锁紧系统的固定是点接触摩擦固定，很不牢靠，而本发明采用卡箍的固定是圆周面接触的，面摩擦固定，摩擦力相当大，与点接触摩擦不是一个等级，极大增强了锁紧的可靠性。由于采用的各杆件都为不锈钢杆件，现有技术采用的节点在通过锁丝过程中实质上是不可靠的，其移动锁紧和转动锁紧并没有真正被锁死，且整个装置的重力较大又佩戴相关仪器设备，会造成整个装置锁死性能和移动稳定性能不足而出现节点震动或滑动问题。本发明所采用的二维控制机构中，通过机构架与中轴匹配安装，由于机构架不需要通过锁丝与中轴锁定，所以机构架与中心轴之间不存在间隙，从而保证了中轴位于机构架内的稳定，在设备使用时和调节时，不会出装因震动造成局部拨动和滑动或转动等问题出现，提高了连接结构的稳定性。

本发明在通过机构架对中轴完全匹配套装以稳定中轴的基础上，通过双向刹紧架与机构架固定卡固的同时，还选择性地对中轴通过卡箍锁紧来约束中轴的轴向移动和转动，锁紧方式稳定可靠，能够有效防止中轴侧滑或轴向滑动问题。当周向刹紧卡箍锁死而轴向刹紧卡箍松开时，中轴仅能够沿机构架的中心轴孔轴向滑动而不能旋转，当轴向刹紧卡箍锁死而周向刹紧卡箍松开，中心轴只能沿轴心旋转而不能轴向滑动，当两刹紧卡箍全部锁死，则中心轴与机构架固定为一体。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是图1的剖面结构示意图。

图3是机构架的外观结构示意图之一。

图4是图3的俯视结构示意图。

图5是丝母架的外观结构示意图。

图6是图5的剖面结构示意图。

图7是中轴的外观结构示意图。

图8是图7的剖面机构示意图。

图9是双向刹紧架的立体结构示意图之一。

图10是双向刹紧架的立体结构示意图之二。

图11是双向刹紧架的正面结构示意图。

图12是双向刹紧架的端面结构示意图。

图13是机构架的外观结构示意图之二。

图14是图13的剖面结构示意图。

图中标号：1为中轴，11为轴向平滑槽，12为端部锁孔，13为端部锁丝，14为螺纹段，2为丝母架，21为连轴腔，22为丝母腔，23为旋转锁孔，24为旋转锁丝， 3为丝母，4为机构架，41为前端部，42为后端部，43为旋转丝卡槽，43a为定位卡槽，44为卡箍卡槽，45为中心轴孔，46为连接头，5为双向刹紧架，50为基座，51为周向刹紧卡箍，52为机构锁紧端，521为机构卡箍锁丝，53为机构锁紧孔，54为轴向刹紧卡箍，55为轴锁紧端，551为轴卡箍锁丝，56为轴锁紧孔，57为辅助锁孔，58为装键孔，59为中心支撑板，6为导向键。

具体实施方式

实施例1：在精密仪器需要三维调节时例如针对CN 109223197 A的股骨颈骨折空心钉转盘式定位装置进行各杆件三维调节时，在该定位装置的各二维调节节点位置安装如图1所示的二维控制机构，用以控制相互垂直的两个杆件的移动和转动的。

如图1中二维控制机构，在机构架4两侧分别安装周向刹紧卡箍51和轴向刹紧卡箍54，又在三者的轴心孔内套装中轴1，通过丝母3调节中轴1的轴心移动，周向刹紧卡箍51约束中轴1的转动，通过轴向刹紧卡箍54约束中轴1的轴向移动。机构架4的一侧垂直有连接头46，或者通过一个连接套匹配套装在机构架上或者与机构架为一体结构，连接套一侧垂直的连接座能够与垂向的杆件固定连接，连接座与杆件连接时不需要转动和轴向移动，所以可以在对应杆件上设置定位孔用于牢固连接。但需要用于调节的二维节点位置，需要活动调节并锁紧，所以采用图1所示的锁紧机构能够提供松弛时灵活调节和锁紧后牢固可靠。

具体地，如图2、图3和图4所示机构架4含有圆柱状中心轴孔，其中心轴孔45用于套装所述中轴1，其前端部41用于连接所述丝母架2，其后端部42用于连接所述双向刹紧架5，中轴1匹配套装在该中心轴孔45内能够沿轴孔转动和轴向滑动。

如图5和图6所示的中轴1为圆柱形杆体，其一端设置螺纹段14位于所述丝母架2内，其另一端设置轴向平滑槽11或键槽位于双向刹紧架5内。而且中轴1的两端部分别开有横裂槽，横裂槽的槽底部由横向的端部锁孔12，横裂槽的侧壁设置有螺孔并贯穿安装端部锁丝13。

如图7和图8所示的丝母架2包括连轴腔21和丝母腔22，连轴腔21和丝母腔22的中心有轴孔，连轴腔21的轴孔套装在机构架一端，连轴腔21侧壁的旋转锁孔23与机构架4该端侧壁的定位卡槽43a内安装旋转锁丝24，通过旋转锁丝24将两定位卡槽固定在一起，即将连轴腔21与机构架4固定在一起。丝母腔22内套装有丝母，但丝母腔22为镂空结构，使丝母有大部分外露以便于手持操作。丝母的内螺纹套装在中轴1的螺纹段14。从而用手指拨动丝母3时，位于丝母架2内的丝母3原地转动实现中轴1的轴向稳定平移。

如图9-图12所示的双向刹紧架5包括基座50和垂直于基座50的中心支撑板59，中心支撑板59的中心位置设置有中轴孔。该中轴孔两侧壁设置有装键孔58，在装键孔58内固定安装有导向键6，该导向键6同时套装于所述轴向平滑槽11或键槽内。

位于中心支撑板59两侧的基座50上，分别固定连接有周向刹紧卡箍51和轴向刹紧卡箍54，周向刹紧卡箍51匹配套接所述机构架4后端部42，轴向刹紧卡箍54匹配套接中轴1，两侧卡箍分别包括锁紧端及锁紧孔，锁紧孔内贯穿安装卡箍锁丝。当周向刹紧卡箍锁死而轴向刹紧卡箍松开时，中轴仅能够沿机构架的中心轴孔轴向滑动而不能旋转，当轴向刹紧卡箍锁死而周向刹紧卡箍松开，中心轴只能沿轴心旋转而不能轴向滑动，当两刹紧卡箍全部锁死，则中心轴与机构架固定为一体。

实施例2：在实施例1基础上，又在机构架4的后端部42设置有环形的卡箍卡槽44，双向刹紧架5的周向刹紧卡箍51侧面沿径向安装有卡箍定位丝，该卡箍定位丝伸入与卡箍卡槽44内。该卡箍定位丝沿径向伸入该卡箍卡槽44内，从而旋转丝卡槽43松弛但不脱离卡箍卡槽44时，双向刹紧架5与机构架4能够相对转动，卡箍卡槽44锁紧旋转丝卡槽43后，双向刹紧架5与机构架4被锁定不能相对转动。

实施例3：在实施例1基础上，又在位于双向刹紧架5两侧的周向刹紧卡箍51和轴向刹紧卡箍54的侧面分别设置有辅助锁孔57并安装有辅助锁丝，周向刹紧卡箍的辅助锁孔安装有辅助锁丝用于固定连接机构架，轴向刹紧卡箍的辅助锁孔安装有辅助锁丝用于固定连接中轴。当通过周向刹紧卡箍51和轴向刹紧卡箍54对中轴1约束使其锁死后，又利用辅助锁丝能够进一步提高对中轴1的锁紧程度。

实施例3：在实施例1基础上，除了实施例1采用双向刹紧架5对中轴1锁紧进行约束，限制中轴1的轴向移动和转动的同时，又采用如图13所示的机构架14前端部41设置有环形的旋转丝卡槽43，该旋转锁丝24沿径向伸入该旋转丝卡槽43内，从而旋转丝卡槽43松弛但不脱离旋转丝卡槽43时，丝母架2与机构架4能够相对转动，旋转丝卡槽43锁紧旋转丝卡槽43后，丝母架2与机构架4被锁定不能相对转动。这种通过选择性地通过旋转锁丝24约束固定丝母架2，锁紧方式稳定可靠，能够有效防止中轴1侧滑或轴向滑动问题。

实施例5：另一种轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构，包括中轴1、丝母架2、丝母3、机构架4、双向刹紧架5和导向键6，其中机构架4含有圆柱状中心轴孔，其心轴孔用于套装所述中轴1，其前端部41用于连接所述丝母架2，其后端部42用于连接所述双向刹紧架5，中轴1匹配套装在该中心轴孔45内能够沿中心轴孔45转动和轴向滑动。

中轴1为圆柱形杆体，其一端设置螺纹段14位于所述丝母架2内，其另一端设置轴向平滑槽11或键槽位于双向刹紧架5内。

丝母架2包括连轴腔21和丝母腔22，连轴腔21和丝母腔22的中心有轴孔用于套装所述中轴1，丝母架2的丝母腔22内套装的丝母3螺纹连接在中轴1的螺纹段14上。

双向刹紧架5包括基座50和固定在基座50两侧的周向刹紧卡箍51和轴向刹紧卡箍54，基座50设置有用于约束轴向平滑槽11或键槽的导向键6，周向刹紧卡箍51匹配套接所述机构架4后端部42，周向刹紧卡箍51被锁死后，中轴1仅能够沿机构架4的中心轴孔45轴向滑动。轴向刹紧卡箍54匹配套接中轴1，轴向刹紧卡箍54锁死后中轴1与机构架4被固定为一体。

实施例6：在实施例5基础上，周向刹紧卡箍51和轴向刹紧卡箍54分别包括锁紧端及锁紧孔，锁紧孔内贯穿安装卡箍锁丝。

实施例7：在实施例5基础上，连轴腔21的侧壁沿径向设置旋转锁孔23并安装有旋转锁丝24；在所述机构架4前端部41设置有环形的旋转丝卡槽43，所述的旋转锁丝24沿径向伸入该旋转丝卡槽43内，从而旋转丝卡槽43松弛但不脱离旋转丝卡槽43时，丝母架2与机构架4能够相对转动，旋转丝卡槽43锁紧旋转丝卡槽43后，丝母架2与机构架4被锁定不能相对转动。

实施例8：在实施例5基础上，双向刹紧架5包括基座50和垂直于基座50的中心支撑板59，周向刹紧卡箍51和轴向刹紧卡箍54分别位于中心支撑板59两侧并贴合于中心支撑板59。中心支撑板59的中心位置设置有中轴孔，该中轴孔两侧壁设置有装键孔58，在装键孔58内固定安装有导向键6，该导向键6同时套装于所述轴向平滑槽11或键槽内。

实施例9：在实施例5基础上，位于所述双向刹紧架5两侧的周向刹紧卡箍51和轴向刹紧卡箍54的侧面分别设置有辅助锁孔57并安装有辅助锁丝，辅助锁丝的内端顶压在所述中轴1侧壁。

实施例10：在实施例5基础上，机构架4的后端部42设置有环形的卡箍卡槽44，双向刹紧架5的周向刹紧卡箍51侧面沿径向安装有卡箍定位丝，该卡箍定位丝伸入与卡箍卡槽44内。

实施例11：在实施例1或3基础上，在如图13所示的机构架4前端部41设置有环形的定位卡槽43a，该旋转锁丝24沿径向伸入该定位卡槽43a内，从而定位卡槽43a能够将丝母架2与机构架4固定锁死，且不脱落不能相对转动。

Claims (5)

1.一种轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构，其特征在于，包括中轴、丝母架、丝母、机构架、双向刹紧架和导向键，所述机构架含有圆柱状中心轴孔用于套装所述中轴，机构架的前端部用于连接所述丝母架，机构架的后端部用于连接所述双向刹紧架；所述中轴为圆柱形杆体，其一端设置螺纹段位于所述丝母架内，其另一端设置轴向平滑槽或键槽位于双向刹紧架内；所述的丝母架包括连轴腔和丝母腔，连轴腔套固于所述机构架一端，丝母腔内套装有丝母且丝母有部分外露于丝母腔之外便于手持旋转，丝母套装在所述中轴的螺纹段；双向刹紧架包括基座和固定在基座两侧的周向刹紧卡箍和轴向刹紧卡箍，周向刹紧卡箍匹配套接所述机构架后端部，轴向刹紧卡箍匹配套接中轴，双向刹紧架还包括与基座垂直的中心支撑板，周向刹紧卡箍和轴向刹紧卡箍分别位于中心支撑板两侧，中心支撑板的中心位置设置有中轴孔用于套装所述中轴，该中轴孔一侧壁或两侧壁设置有装键孔，在装键孔内固定安装有导向键，该导向键同时套装于所述轴向平滑槽或键槽内，周向刹紧卡箍和轴向刹紧卡箍分别设置有能被锁死的锁紧机构，当周向刹紧卡箍锁死而轴向刹紧卡箍松开时，中轴仅能够沿机构架的中心轴孔轴向滑动而不能旋转，当轴向刹紧卡箍锁死而周向刹紧卡箍松开，中心轴只能沿轴心旋转而不能轴向滑动，当两刹紧卡箍全部锁死，则中心轴与机构架固定为一体，周向刹紧卡箍和轴向刹紧卡箍都为圆环状且存在开口，开口处包括两个存在配合间隙的锁紧端，两锁紧端上分别有对应的锁紧孔，相邻锁紧孔内贯穿安装卡箍锁丝。

2.根据权利要求1所示的轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构，其特征在于，机构架的后端部设置有环形的卡箍卡槽，双向刹紧架的周向刹紧卡箍匹配套装在该卡箍卡槽外侧，在基座上或者在周向刹紧卡箍侧面上沿径向安装有卡箍定位丝，该卡箍定位丝伸入卡箍卡槽内。

3.根据权利要求1所示的轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构，其特征在于，连轴腔的侧壁沿径向设置旋转锁孔并安装有旋转锁丝；在所述机构架前端部设置有环形的旋转丝卡槽，所述的旋转锁丝沿径向伸入该旋转丝卡槽内，从而旋转锁丝松弛但不脱离旋转丝卡槽时，丝母架与机构架能够相对转动，旋转锁丝锁紧旋转丝卡槽后，丝母架与机构架被锁定不能相对转动。

4.根据权利要求1所示的轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构，其特征在于，位于双向刹紧架两侧的周向刹紧卡箍和轴向刹紧卡箍的侧面分别设置有辅助锁孔，周向刹紧卡箍的辅助锁孔安装有辅助锁丝用于固定连接机构架，轴向刹紧卡箍的辅助锁孔安装有辅助锁丝用于固定连接中轴。

5.根据权利要求3所示的轴向移动和周向转动分别锁启的二维控制机构，其特征在于，机构架前端部设置有环形的定位卡槽，该旋转锁丝沿径向伸入该定位卡槽内，定位卡槽能够将丝母架与机构架固定锁死。

Images