CN113039598B - 用于弦乐器的调音机 - Google Patents

Abstract

一种用于弦乐器的调音机，包括：输入轴，其具有第一端和相对的第二端，第二端具有偏心轮，输入轴可响应于输入而旋转；齿轮构件或转子，其具有中心轴向孔以容纳偏心轮，以便在输入轴旋转时通过圆周运动移动转子，转子包括具有外部第一凸角的第一或上齿轮以及具有外部第二凸角的第二或下齿轮；固定的第一或上齿圈，其内部第一齿位于第一齿轮的第一凸角周围；可旋转的第二或下齿圈，且其内第二齿位于第二凸角周围，上齿圈和下齿圈大于转子，以容纳转子在齿圈内的圆周运动，使第一凸角中的至少一个与内部第一齿啮合；以及由下齿圈驱动的弦杆，当输入轴朝一个方向旋转时，弦杆卷绕乐器的弦，当输入轴朝相反方向旋转时，弦杆松开弦。

Description

用于弦乐器的调音机

技术领域

本发明涉及用于对弦乐器进行调音的机头或调音机，尤其涉及用于尤克里里、吉他、班卓琴或类似弦乐器的调音机。

背景技术

弦乐器通常在每根弦的一端提供一个固定的锚，在另一端提供一个允许用户在弦中建立选定的张力的机构。弦振动的频率在很大程度上取决于弦的振动长度和张力。用来调节弦张力的齿轮机械装置常被称为调音机或机头。在本领域中，调音机是众所周知的，并且用于吉他、班卓琴等的典型调音机包括固定到穿过壳体的蜗杆轴的端部的调音手柄。蜗轮与壳体内的蜗杆轴啮合，并且圆柱形的柱体与蜗轮连接并与蜗轮的转轴对准。圆柱形的柱体通过乐器头座上的孔延伸到琴弦的同一侧并对齐，使其轴线通常垂直于琴弦。在操作过程中，当手柄(即蜗杆轴)旋转时，它会旋转蜗轮，从而旋转圆柱形的柱体。由此，通过在圆柱形的柱体中设定的吉他弦插入孔插入的吉他弦缠绕在圆柱形的柱体上或从圆柱形的柱体上解开，从而增大或减小弦张力以影响弦的调音。

有许多不同设计的商用调音机，但大多数具有上述的共同特征和功能，大多数主要由金属制成。许多传统齿轮调音机的缺点是齿轮传动比在某种程度上受到齿轮中齿的大小的限制。通常情况下，36:1的齿轮减速比为是传统调音机的极限，因为齿变得太细，很容易损坏。因此，需要一种简单、重量轻且具有成本效益的调音机，该调音机的实施例可用于小型或大型弦乐器而无需向主轴箱增加大量重量，其可提供大范围的齿轮减速比，包括36:1或更高的高齿轮减速比，而且可以低成本经济批量生产。

发明内容

相应地，在一些实施例中，本发明提供一种用于弦乐器的调音机，包括：输入轴，其具有第一端和相对的第二端，所述第二端具有偏心轮，所述输入轴可响应于用户的输入而旋转；齿轮构件或转子，其具有中心轴向孔以接收所述偏心轮，以便在所述输入轴旋转时通过圆周运动移动所述转子，所述转子包括具有外部第一凸角的第一或上齿轮以及具有外部第二凸角的第二或下齿轮部分；固定的第一或上齿圈，其内部第一齿位于所述第一齿轮部分的第一凸角周围；可旋转的第二或下齿圈，与所述上齿圈分离，且其内第二齿位于第二凸角周围，所述上齿圈和所述下齿圈大于所述转子，以容纳转子在齿圈内的圆周运动，使所述第一凸角中的至少一个与所述内部第一齿啮合，并且，当转子通过其圆周运动使下齿圈围绕其中心轴线旋转时，所述第二凸角中的至少一个啮合并驱动下齿圈的内部第二齿中的至少一个；以及由下齿圈驱动的弦杆，当输入轴朝一个方向旋转时，所述弦杆卷绕乐器的弦，当输入轴朝相反方向旋转时，所述所述弦杆松开所述弦.

在一些实施例中，所述第一和第二凸角是凸形的，并且能够分别与在所述第一内齿和所述第二内齿之间的互补凹槽啮合.

在一些实施例中，所述转子的凸角比相应齿圈的内齿至少少一个。

在一些实施例中，所述转子的凸角比相应齿圈的内齿少一个或两个。

在一些实施例中，所述弦杆与所述下齿圈的中心轴线同轴地连接在所述下齿圈上。

在一些实施例中，还包括用于安装在所述弦乐器上的壳体，所述壳体限定了孔和所述输入轴，所述输入轴在所述孔中转动，所述壳体进一步限定了容纳所述转子的空腔，所述上齿圈安装在所述空腔上。

在一些实施例中，所述壳体包括具有用于安装在所述弦乐器上的底面的底座部分，所述空腔限定在所述底座部分中并且向所述底面打开，所述壳体还包括与所述底面相对的顶壁，所述顶壁限定所述空腔，其中，所述孔限定在所述顶壁中，所述上齿圈限定在所述顶壁的内表面中。

在一些实施例中，还包括连接到所述输入轴的第一端的手柄，以便于用户向所述输入轴施加旋转。

在结合附图和权利要求书阅读本申请的实施例的以下描述之后，本领域的普通技术人员将清楚地看到本发明的其他方面和特征。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，并且包括本发明的优选实施例，其可以以各种形式实现。应当理解，在一些情况下，本发明的各个方面可以被放大或扩大以便于理解本发明。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的调音机的透视图；

图2是图1的调音机的侧视图；

图3是图1的调音机的另一个透视图；

图4是图1的调音机从顶部看的分解透视图；

图5是图1的调音机从侧面看的分解透视图；

图6是图1的调音机的透视图，没有手柄和壳体，示出了输入轴、转子、下齿圈和输出轴；

图7是输入轴上的偏心轮的特写视图；

图8是从壳体底部看的视图，示出了上齿圈；

图9是从底部看的壳体的视图，示出了上齿圈和转子；

图10是从顶部看的输出组件的视图，示出了其中的下齿圈和转子。

具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图中所示的示例性实施例，并且将使用特定语言来描述它们。然而，应当理解，这并不打算限制本发明的范围。本领域技术人员对本发明所示的发明特征的任何改变和进一步修改，以及如本发明所示的本发明的原理的任何附加应用，都将考虑在本发明的范围内。

参考图1-10，示出了根据本发明第一实施例的可安装在弦乐器(例如吉他、班卓琴、四弦琴等)的机头或调音机100。调音机100包括壳体102、输入轴104、手柄106、齿轮构件或转子108和输出构件110。

壳体102包括具有平坦表面116的底座部分114，该平坦表面116适于与弦乐器的主轴箱上的平坦表面抵接。底座部分114包括一个或多个安装孔118，用于容纳紧固件，例如用于将壳体102固定到主轴箱的螺钉。壳体102还包括具有周向侧壁122和顶壁124的凸起部分120，所述周向侧壁122和顶壁124共同限定诸如圆形空腔126的内腔。顶壁124包括与空腔126同轴的中心孔128。

输入轴104具有第一端138和具有偏心轮134的相对第二端136。应该理解，偏心轮是一个圆盘或销，固定在旋转轴上，其中心135偏离轴的中心137。在第一端138处，输入轴104通过被成形为在穿过手柄106的一般矩形轴向孔140内接收而连接到手柄106，使得手柄106和输入轴104的端138具有键配合。输入轴的端部136在壳体102的中心孔128内被轴颈旋转，以使偏心轮134伸入空腔126。因此，转动手柄106使空腔126内的偏心轮134转动。以这种方式，输入轴响应于来自用户的输入而可旋转；然而，用于旋转输入轴的其他用户输入机构将对本领域技术人员是显而易见的。

参考图8和图9，在壳体102的空腔126内定义了内齿圈，例如上齿圈180包括在空腔126的圆周周围均匀分布的多个齿188，该齿188限定了围绕与输入轴104的纵轴137重合的中心186径向定位的半圆凹槽184。齿188优选为圆形。因此，空腔126、带凹槽184和齿188的上齿圈180是具有内齿的第一齿圈的实施例。

调音机100还包括第二齿圈，例如下齿圈160。在所示的实施例中，下齿圈160是包括盘部分150的输出构件110的一部分。盘部分150和壳体102一起优选地被成形和配置成使得盘部分150被容纳在空腔126内。输出构件110还包括垂直于用作弦杆的盘部分150的输出轴152，并且包括缠绕乐器的弦的一端的弦缠绕部分154。因此，弦杆150通过直接连接到下齿圈160，由图示实施例中的下齿圈160驱动。然而，在一些实施例中，弦杆可以间接地耦合到下齿圈，例如通过中间齿轮，以便由齿圈驱动。

参考图4、6和10，盘部分150限定内部平面162，其上提供在盘部分的圆周上均匀分布的多个齿168，该齿168限定了围绕与输出轴152的纵轴重合的中心166径向定位的半圆凹槽164。相邻半圆凹槽164之间的齿168是圆形的。因此，盘部分150、带凹槽164和齿168的下齿圈160是具有内齿的第二齿圈的实施例。

当调音机100安装在乐器的主轴箱上时，输出构件110的输出轴152如本领域中常见的那样穿过主轴箱中的开口，并且盘部分150被容纳在壳体102的空腔126内。壳体固定在主轴箱上，使得盘部分150可在空腔126内旋转。

转子108包括连接的两个堆叠的盘状齿轮部分：上齿轮190和下齿轮部分191。转子108有一个穿过的中心轴孔174，用于容纳输入轴104的偏心轮134。上齿轮190限定了周向边缘，该周向边缘具有围绕中心轴孔174径向定位的多个半圆凸角172。相邻凸角172之间的过渡区或半圆槽176是凹形的。上齿轮190被配置成装配在组装好的调音机中的壳体102的上齿圈180内。下齿轮部分191限定了周向边缘，该周向边缘具有围绕中心轴孔174径向定位的多个半圆凸角192。相邻凸角192之间的过渡区或半圆槽196是凹形的。下齿轮部分191被配置成装配在组装好的调音机中的壳体102的下齿圈部分160内。

转子的凸角172的尺寸和形状与上齿圈180的凹槽184啮合，如图9所示。因此，上齿圈180比上齿轮190大，以容纳上齿轮190的在上齿圈内的偏心圆周运动，使得当转子108被偏心圆周运动驱动时，至少一个凸角172与齿圈的至少一个内齿188啮合，偏心圆周运动为偏心轮134围绕输入轴104的中心轴137转动的结果。上齿轮190上的凸角172的数量比上齿圈180上的半圆凹槽184的数量至少少一个，并且可以少两个。如本文将解释的，凸角172的数目确定从输入轴104到转子108的齿轮减速比。

转子的凸角192的尺寸和形状与下齿圈160的凹槽164啮合，如图10所示。因此，下齿圈160比下齿轮191大，以容纳下齿轮191在下齿圈内的偏心圆周运动，使得当转子108被偏心圆周运动驱动时，至少一个凸角192与齿圈的至少一个内齿168啮合，偏心圆周运动为偏心轮134围绕输入轴104的中心轴137转动的结果。下齿轮191上的凸角192的数量比下齿圈160上的半圆凹槽164的数量至少少一个，并且可以少两个。如本文将解释的，半圆凹槽164的数目确定从输出轴152到转子108的齿轮减速比。

在图示实施例中，上齿圈180具有七个半圆凹槽184，转子108的上齿轮190具有六个半圆凸角172。因此，上齿轮的凸角172至少比凹槽184少一个，因此上齿圈的齿188也少一个。优选地，上齿轮具有比上齿圈180的齿188少一个或两个的凸角172。优选地，上齿轮的凸角172比上齿圈的齿188少一个。

在图示实施例中，下齿圈160具有六个半圆凹槽164，因此具有六个齿168，并且转子108的下齿轮191具有五个半圆凸角192。因此，下齿轮的凸角192至少比下齿圈的槽164/齿168少一个。较佳地，下齿轮的凸角192比下齿圈的齿168少一个或两个。较佳地，下齿轮的凸角192比下齿圈的齿168少一个。

在组装好的调音机100中，转子108和盘部分150被容纳在壳体102的空腔126内，壳体102安装在弦乐器的主轴箱上。因此，通过下齿轮191的凸角192与下齿圈160的凹槽164啮合，以及上齿轮190的凸角192与上齿圈180的凹槽184啮合，转子108夹在盘部分150和上壁124之间。盘部分150可在壳体102内自由旋转，并依次连接到输出轴152。转子108的中心孔174容纳输入轴104的偏心轮134，该偏心轮在端部136通过轴颈在壳体的孔128内旋转，并连接到端部138的手柄106。因此，在组装好的调音机100中，通过手柄106或任何其他机构转动输入轴104，使得偏心轮134围绕输入轴的纵轴137转动，从而驱动转子108在空腔126内以平面偏心圆周方式移动。

参考图9，这是从底部看的视图，示出了壳体的空腔126内的转子108。转子108由偏心轮134经由中心孔174驱动，使得转子在偏心圆中移动。这使得上齿轮190上的一个或多个凸角172抵接上齿圈180的相邻齿188，从而通过凸角172和齿188/槽184之间的每个连续啮合的旋转弧(例如在方向181上)使转子108旋转。方向181与输入轴/偏心轮的旋转方向相反。其结果是从输入轴到转子的第一个齿轮减速，因为输入轴旋转一圈(因此偏心)只会导致转子部分旋转。应注意，由于凸角172和齿188/槽184之间的连续啮合，转子围绕其中心孔174旋转，并且由于受到偏心轮134的驱动，转子也以偏心圆周运动方式移动。

参考图10(其是从顶部看的视图)，示出了在输出构件110的盘部分150顶部的转子108。当转子108沿方向181(如上所述)旋转并以其偏心圆周运动移动时，下齿轮191上的一个或多个凸角192被驱动抵靠盘部分150上的下齿圈160的一个或多个相邻齿168，从而通过凸角192和齿168/槽164之间的每个连续啮合的旋转弧使盘部分150(因此输出轴)在与方向181相反的方向上旋转。结果是从转子108到盘部分150(因此是输出轴)的第二个齿轮减速，因为转子的一次旋转仅导致盘部分150的部分旋转。从输入轴104到输出轴152的总齿轮减速是从输入轴到转子以及从转子到盘部分的齿轮减速的数倍。优选地，输出轴152的旋转方向(因此弦缠绕部分)与输入轴104的旋转方向(因此手柄102)相同。反转输入轴的旋转将反转输出轴的旋转。因此，弦杆由与上下齿圈相互作用的转子驱动，以使得由于输入轴在一个方向上的旋转而缠绕乐器的弦，并且由于输入轴沿相反方向的旋转而使弦解绕。

转子108通过一个完整的运动圆的运动导致转子108通过一个旋转弧的旋转，该旋转弧的值取决于传动比，并且由上齿轮部分上的凸角172的数量决定。例如，在上齿轮具有六个凸角172的图示实施例中，由转子的完整圆周运动导致的转子108的旋转将是转子完整旋转的1/6。因此，在这种实施例中，输入轴与转子的传动比将为6:1，这意味着需要高速输入轴的六整圈来产生转子108的一整圈。。

转子108通过一个完整的运动圆的运动导致盘部分150通过一个旋转弧的旋转，该旋转弧的值取决于动比，并由下齿圈160上的槽164/齿168的数量确定。例如，在下齿圈具有六个槽164/齿168的图示实施例中，由转子的完整圆周运动导致的盘部分150的旋转将是转子完整旋转的1/6。因此，在这样一个实施例中，转子与输出轴的传动比将为6:1，这意味着需要六个完整的转子旋转来产生一个完整的输出轴旋转。综合这些，从输入轴104到输出轴152的总减速比将为36:1。

因此，所示实施例中的传动比为36:1，这意味着需要输入轴36整圈才能使缠绕乐器弦的输出轴152产生一整圈。可以通过改变上齿轮190上的凸角172的数量和/或下齿圈160上的槽164的数量来选择调音机100的传动比。例如，可以通过在上齿轮190上提供八个凸角172(因此优选在上齿圈上提供九个凹槽184)和在下齿圈160上提供八个半圆凹槽164(因此优选在下齿轮191上提供七个凸角192)来获得64:1的传动比。类似地，可以获得L×G:1的传动比，在转子108的上齿轮190上有L个凸角172，在上齿圈180上具有相应的L+1个凹槽184，在下齿圈160上具有G个凹槽164，在转子的下齿轮191上具有G-1凸角192。

优选地，转子上的凸角172和192的数量比相应的上下齿圈180和160上的凹槽184和164的数量少于不超过两个。转子上的凸角比凹槽少两个的效果将导致相应零件之间的传动比发生变化。此外，凸角/齿/槽相互作用的影响将导致转子和齿圈之间更大的滑动运动，这将随着盘和齿圈之间的摩擦增加而降低传动效率。实际上，在小型调音机上设计少两个齿的转子是很困难的，因为齿的啮合会出现问题，因为直径差异很大而且每齿啮合的输出驱动角位移较大。

本发明的调音机的一个有利方面是，部件的简单性使得它们非常适合于通过诸如铸造、注塑、3D打印技术或简单机械加工等方法从塑料、金属或两者中经济地批量生产。此外，来自输入轴到转子以及从转子到输出轴的组合齿轮减速比，能够用相对粗糙的零件实现高传动比。相比之下，在传统齿轮调音机中实现相对较高的传动比需要更容易发生故障的精细齿轮机构。本发明中的齿轮部件可以具有较大的尺寸可变性，因此可以将它们制成精度较低的尺寸而不会损害功能，这使得可以使用经济的批量生产方法将齿轮部件制造为较小的尺寸规格。例如，本发明的调音机的部件可以由注塑塑料制成，这使得可以在小型弦乐器(例如四弦琴)或通常具有大型调音机的弦乐器(例如低音吉他)上可以使用重量轻且成本效益高的调音机，与可比的现有技术金属调音机相比，实现了显著的重量减轻。在一些实施例中，调音机可以包括用于结构加固的金属部分，例如输出轴/弦杆中的金属棒芯，并且这些可以容易地被并入塑料注射成型工艺中。此外，有利地，本发明的齿轮机构不能由输出轴驱动。因此，由输出轴上的线张力引起的旋转力不会使齿轮机构反转，从而导致线退绕。齿轮机构只能通过手柄或其他方式转动输入轴来驱动。本发明的其他优点是，可以减少齿轮机构中的齿隙，并且由于齿轮结构的简单性，设计具有从高到低的各种传动比的调音机非常简单，包括对于这类弦乐器的调音机来说非常高的齿轮比，例如64：1。

尽管以上描述和说明构成了本发明的优选或替代实施例，但是应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以做出许多变化。因此，本文中描述和示出的实施例不应被认为是对本发明的限制。

Claims (16)

1.一种用于弦乐器的调音机，包括：

输入轴，其具有第一端和相对的第二端，所述第二端具有偏心轮，所述输入轴可响应于输入而旋转；

齿轮构件或转子，其具有中心轴向孔以容纳所述偏心轮，以便在所述输入轴旋转时通过圆周运动移动所述转子，所述转子包括具有外部第一凸角的第一或上齿轮以及具有外部第二凸角的第二或下齿轮；

固定的第一或上齿圈，其内部第一齿位于第一齿轮的第一凸角周围；

可旋转的第二或下齿圈，与所述上齿圈分离，且其内第二齿位于第二凸角周围，所述上齿圈和所述下齿圈大于所述转子，以容纳转子在齿圈内的圆周运动，使所述第一凸角中的至少一个与所述内部第一齿啮合，并且，当转子通过其圆周运动使下齿圈围绕其中心轴线旋转时，所述第二凸角中的至少一个啮合并驱动下齿圈的内部第二齿中的至少一个；以及

由下齿圈驱动的弦杆，当输入轴朝一个方向旋转时，所述弦杆卷绕乐器的弦，当输入轴朝相反方向旋转时，所述弦杆松开所述弦。

2.根据权利要求1所述的调音机，其特征在于，所述第一凸角和所述第二凸角是凸形的，并且能够分别与在所述内部第一齿和所述内部第二齿之间的互补凹槽啮合。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的调音机，其特征在于，所述转子的凸角比相应齿圈的内齿至少少一个。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的调音机，其特征在于，所述转子的凸角比相应齿圈的内齿少一个或两个。

5.根据权利要求3所述的调音机，其特征在于，所述弦杆与所述下齿圈的中心轴线同轴地连接在所述下齿圈上。

6.根据权利要求5所述的调音机，其特征在于，还包括用于安装在所述弦乐器上的壳体，所述壳体限定了孔和所述输入轴，所述输入轴在所述孔中转动，所述壳体进一步限定了容纳所述转子的空腔，所述上齿圈安装在所述空腔上。

7.根据权利要求6所述的调音机，其特征在于，所述壳体包括具有用于安装在所述弦乐器上的底面的底座部分，所述空腔限定在所述底座部分中并且向所述底面打开，所述壳体还包括与所述底面相对的顶壁，所述顶壁限定所述空腔，其中，所述孔限定在所述顶壁中，所述上齿圈限定在所述顶壁的内表面中。

8.根据权利要求7所述的调音机，其特征在于，还包括连接到所述输入轴的第一端的手柄，以便于用户向所述输入轴施加旋转。

9.根据权利要求2所述的调音机，其特征在于，所述弦杆与所述下齿圈的中心轴同轴地连接在所述下齿圈上。

10.根据权利要求9所述的调音机，其特征在于，还包括用于安装在所述弦乐器上的壳体，所述壳体限定了孔和所述输入轴，所述输入轴在所述孔中转动，所述壳体进一步限定了容纳所述转子的空腔，所述上齿圈安装在所述空腔上。

11.根据权利要求10所述的调音机，其特征在于，所述壳体包括具有用于安装在所述弦乐器上的底面的底座部分，所述空腔限定在所述底座部分中并且向所述底面打开，所述壳体还包括与所述底面相对的顶壁，所述顶壁限定所述空腔，其中，所述孔限定在所述顶壁中，所述上齿圈限定在所述顶壁的内表面中。

12.根据权利要求11所述的调音机，其特征在于，还包括连接到所述输入轴的第一端的手柄，以便于用户向所述输入轴施加旋转。

13.根据权利要求1所述的调音机，其特征在于，所述弦杆与所述下齿圈的中心轴同轴地连接在所述下齿圈上。

14.根据权利要求13所述的调音机，其特征在于，还包括用于安装在所述弦乐器上的壳体，所述壳体限定了孔和所述输入轴，所述输入轴在所述孔中转动，所述壳体进一步限定了容纳所述转子的空腔，所述上齿圈安装在所述空腔上。

15.根据权利要求14所述的调音机，其特征在于，所述壳体包括具有用于安装在所述弦乐器上的底面的底座部分，所述空腔限定在所述底座部分中并且向所述底面打开，所述壳体还包括与所述底面相对的顶壁，所述顶壁限定所述空腔，其中，所述孔限定在所述顶壁中，所述上齿圈限定在所述顶壁的内表面中。

16.根据权利要求15所述的调音机，其特征在于，还包括连接到所述输入轴的第一端的手柄，以便于用户向所述输入轴施加旋转。