CN1216083A - 用以保护和引导通过铰链连接到两个相互铰接的刚性元件的细长部件的装置及其工业应用 - Google Patents

用以保护和引导通过铰链连接到两个相互铰接的刚性元件的细长部件的装置及其工业应用 Download PDF

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Abstract

用作铰链的装置,其中两个刚性元件(104,105)可置于不同的相对角度位置,被保护和引导的细长部件(109)包括插入刚性元件(104,105)中的两个相对的通道(111,110)的部件或管。该装置包括置于所述刚性元件(104,105)之间的可动部件(107),其至少可绕所述铰链的旋转轴转动。该可动部件还包括一个所述细长部件(109)穿过的孔(108)。

Description

用以保护和引导通过铰链 连接到两个相互铰接的刚性元件的 细长部件的装置及其工业应用
本发明涉及用来保护和引导细长部件的系统以及该系统的工业应用，细长部件例如是一种丝状体或管状体，在接头附近，它们附在相互接合的两个刚性元件上。
特别是，本发明涉及这样一种系统，其中所述的刚性元件通过一个铰链相互连接，使它们处于不同的相对角度位置上，所述的细长部件位于两个尾对尾相连且在每一个所述刚性元件中形成的连续通道中。
在本说明书以及权利要求书中“细长部件”一词指其长度与截面积之比大的装置。
在很多技术领域中都应用铰链，它的设计使得两个刚性元件可以至少绕着一个枢动点摆动，从而使得处于不同的相对角度位置。这种铰链例如可以采用金属铰链，可伸长接头，球形接头，万向接头等形式。在有些应用中，例如为了从一个刚性元件向另一个刚性元件传送某种指令，信号，功率，作用力或信息，还有必要在刚性元件之间建立电的，液压的，气动的，光的或机械的连接。这样，在自动化工业中，为了响应从内部传送来的信号以驱动电机和调节侧光镜的角度，有时就需要在车辆的门框与铰接在这个门框上的门之间通过配电线。很显然，这种配电线既不能影响铰链的平滑操作又不能有被它损坏的风险。
在已有技术的系统中，这种从一个刚性元件向另一个刚性元件通过配电线或其它细长部件通常是由以下两种办法之一来完成的：直接穿过铰链来通过，或者穿过独立于接头的保护套来通过。
直接通道在国际专利申请WO92/15916中有介绍，它披露了一种可伸长的或有弹性的铰链，它包括两个刚性元件，每一个都有互补的支座面且可以相互围绕实际的铰链销柱或者几何转动轴线摆动。在这两个刚性元件的每一个中都开设有通道，通道的设计使其接受细长的弹性连接元件的一端部，使之能传送作用力。另一种弹性铰链的例子公开在Chene等人的欧洲专利申请No.0689634中，上述的一般特性也公开在其中。但是这些系统的缺点都是铰链与细长部件接触的表面必须是非常平滑且不能有锐利边缘，以防止所述部件过早损坏。这就需要昂贵的且复杂的加工，从而影响到这些接头制造成本。
在采用保护罩的已有技术系统中，保护罩对细长部件起到了一些保护，但还是发现这种保护是不充分的，不能忽视对所述部件的挤挟，剪切或切断危险的存在。此外在这种技术中还包含有一些限制，在采用保护罩的技术中不仅需要准备一定数量的把保护罩固定在两个刚性元件上的孔，还需要把保护罩的最大张开程度调整到接头开口的最大角度。
本发明解决了已有技术的上述缺点，它提供了一种保护与引导细长部件的系统，其中在接头的刚性元件之间存在有一个可动部件，这个部件可以至少绕着所述接头的转动轴线转动，其中包括有容纳所述细长部件的通道。
可动部件的功能是用来引导细长部件，以便例如防止与可能存在的相邻接的铰链的干涉，或者在可伸长的铰链中用以传送作用力。此外它的转动的灵活性使其很好保持与细长部件之间的位置，从而很好地提供在可动部件附近对细长部件曲率半径的控制，并因而减少所述部件沿其长度发生不希望的绞缠的可能性。在本发明的一个优选实施例中，使得在可动部件中形成的通道的结构中每个开口端的曲率半径最大等于在所述端附近的所述细长部件的最小曲率半径，这种绞缠的可能性还可以进一步减少。例如可动部件中的通道可以基本上是圆柱形的，但在它的开口处可以做成扩张状的。在本发明的另一个优选实施例中，还可将在可动部件中形成的通道的形状变成基本上类似于圆形或椭圆形截面的球形曲面体的内部形状，它的子午线圆周的半径最大等于在所述通道开口端处附近的细长部件的最小曲率半径。
此外，为了防止细长部件与所述可动部件内壁接触处的磨损，可动部件最好由具有最小粗糙度的材料例如陶瓷，抛光金属等来制成。
可动部件最好能在与所述接头的转动平面平行的平面内自由移动，或者甚至可在与所述接头的转动平面平行的两个正交的平面内自由移动。
在两个刚性元件中形成的通道最好每一个都开向在所述端部处形成的空腔。这些空腔相互面对，所述端部都具有配偶形式，使得当所述刚性元件相互耦合时，它们端部配偶形式能相适配在一起，同时使所述可动部件适配在所述端部里。这样就能使所述的刚性元件具有稳定的相对角度位置。也可以得到其它这样的位置，例如当所述元件在接头转动平面内相对角移动时，适当构造所述刚性元件的端部，使之能形成一种偏心轮的作用。
此外，至少在一个刚性元件上可以带有止动装置，以限制所述刚性元件在至少一个所述接头的转动平面内的相对角移动，直到其达到不再稳定的相对角度位置。
细长部件可以是实心的也可以是空心的。它可以是由无弹性可挠材料与至少一个弹性另件例如螺旋弹簧组成的丝状体或管状体，所述丝状体或管状体可以由在每一个所述刚性元件上的止动部件止动。根据另一种可能性，细长部件可以是弹性丝状体，它的每一个端部固定在一个所述刚性元件上。这样细长部件可以采取纱状，线状，绳状，软管状等等各种形式并将其编织，双铰，多铰以及/或者铠装。传送用的管状装置设计用来例如建立电气的，液压的，气动的或者光的连接，而丝状的细长部件用来例如从一个刚性元件到另一个刚性元件之间传送弹性力等机械力。
如上所述，很清楚可以看到本发明的系统能适用于具有以销柱，暗销，螺钉，在一个或多个另件中的心轴等等为代表的实际枢动点的传统的铰链中，它自己也可以形成一种带有由相互面对的接触面之间形成的单纯几何枢动点的接头，特别是当细长部件具有弹性特性时。
本发明的范围也可推广到上述系统的一些优选的工业应用中。本发明也涉及应用本系统的眼镜框架中，例如其中刚性元件是眼镜框支架与眼镜框前部的相应的整体部件。根据本发明的另一个本系统的应用是门铰链的整体结构。例如刚性元件是车辆的门与门框的相应的整体部件。
应该指出，本发明也可以应用在许多其它领域中，例如应用在假肢与工业机器人部件的铰链中，虽然这些应用还不是很详尽的。但是很明显在所有这些应用中，刚性元件既可以与相互铰接的所有这些部件形成整体，也可以是安装在或位于这些部件上。
下面将通过结合附图介绍本发明的一些非限制性的实施例对本发明作较充分的说明，其中：
图1是根据本发明应用于传统铰链中的系统的一个实施例的透视图；
图1A是上述系统的可动部件沿图1所标的1A-1A平面剖切并放大的剖视简图；
图2是根据本发明应用于可伸长接头中的系统的另一个实施例的部件分解的透视图；
图3是图2所示系统应用于眼镜铰链中且其支架处于正常打开位置也就是说位于90°位置时局部剖视的透视图；
图4是图3所示系统的顶视图；
图5是图3所示系统当其支架处于关合位置时的透视图；
图6是图3所示系统当其支架处于一个极限打开位置时的透视图；以及
图7是图3所示的系统当其支架处于第二极限打开位置时的透视图。
现从图1开始介绍，根据本发明的系统1可以用于传统的铰链中。这个铰链包括分别从第一刚性元件4与第二刚性元件5上突出的两个矩形页扇2与3，每个页扇2,3位于其所附着的各个刚性元件4,5的平面内。每个页扇2,3在其自由端各具有插口2a与3a。这两个页扇2,3通过暗销6相互铰接在一起，其中暗销的一端插入并永久性地不可移动地固定在插口2a中，而其另一端插入插口3a中，所述的另一端垂直向下地伸展(如图所示)可以在插口3a中围绕它的纵轴X,X′自由转动。
铰链还具有在两个页扇2与3之间的其中开有通道7a的球形部件7。
两个插口2a,3a通过进入通道7a来穿过球形部件7的一部分，而不需卷折，粘接，螺固或其它方法与所述球形部件相固定。球形部件7可以围绕暗销6的转动轴线X-X′转动，暗销6将插口2a,3a连接在一起，整体形成铰链。
从图1A中可以更清楚看到，它示意画出了活动球形部件7的截面图，插口3a与暗销6同心地位于通道7a中，通道7a近似地穿过可动部件7的中心。可动部件7还有一个通道8，它的纵向轴线Y,Y′与轴线X,X′正交。通道8大体上是圆柱形的，且它的两端开口处是扩张的。细长部件9例如电线通过通道8并从所述通道的两端伸出并分别进入在刚性元件4和5厚度上形成的通道11,10。
还可以看到，通过使细长部件9离开铰链的部件，通道8提供对细长部件9的充分保护，以防止其受到剪切或割断等的损伤。此外，通道8的结构保证它的扩张的端部的曲率至少应等于当铰链转动时，位于所述端部附近的细长部件9的最大曲率。这种特有的通道8的结构以及可动部件7的转动灵活性避免了沿细长部件9长度上形成锐角，因而也进一步保护了细长部件9。
应该知道，所介绍的结构仅是本发明的一个实施例，也可以想象到会有不同的变形体。特别是由插口2a,3a与暗销6形成的组合体可以由附在各个页扇2与3上的两个半销，以及安装在可动部件7上且与相应半销相对的两个销座组合来代替。在这个实施例中，为了使可动部件7能转动，两个半销与它们的销座不能卷折，粘接，螺固或其它方式紧固。此外，在这种结构中，通道8可以穿过可动部件7的中心，例如可以是类似环形曲面体的内部。
图2显示了根据本发明应用于可伸长接头中的系统的另一个实施例；在这个系统中，相应于对照图1与1A的上面已介绍过的部件将用相同的标号数加上100来表示。在下面的介绍中，“远端的”概念将用于部件的任何部分比其它部分或“近端的”部分远离可动部件。
将要介绍的系统是应用在第一刚性元件104与第二刚性元件105之间的接头。
特别是在图中，刚性元件104包括圆柱形区段的远端部件21与近端部件12。近端部件12大体上是平行六面体的形状，所述近端部件12的截面积比远端部件21的尺寸为大。但元件104的近端部件12与远端部件21在总体截面结构和尺寸上也可以相近。在近端部件12上形成大体上是圆柱形的空腔14，所述空腔的主轴Z-Z′大体上与远端部件21的纵向轴线位于同一线上。在所述平行六面体的上表面15上以及在远离远端部件21的平行六面体的端面16上空腔14是敞口的。在元件104的远端部件21与近端部件12之间的连接部分上空腔14形成一个缩头29，且这个缩头29导入在元件104的远端部件21的厚度上形成的纵向通道111中。
刚性元件105也有一个基本为圆柱形状的远端部件22与一个近端部件40。近端部件40包括两个部件，其中一个是L形的，用标号17表示，另一个是U形的用标号18表示。
更具体地，部件17的尺寸比所述远端部件22为大，其断面呈“L”形，其中垂直部分(如图2所示)形成主矩形壁17a，它从远端部件22的径向端面上续展出，而其中水平部分则由与主壁17a呈直角上的第二矩形壁17b所形成，且与主壁17a具有共同的纵向边缘。
部件18形成了一个碗状体，呈U形轮廓，带有平面底座18a，其两臂表示为18b与18b′。臂18b与18b′的外表面是平面的。底座18a，或者碗状体18的方形底部组成了主壁17a的延伸，碗状体的侧翼18b′组成了第二壁17a的延伸，而所述的臂18b′则突出在所述第二壁的外面。碗状体18限定了具有开口底座的空腔36。
由图3可以看到，在刚性元件105中形成的纵向通道110，它包括近端区域110a与更大尺寸的远端区域110b，并在它的从近端部件17的主壁17a伸的突出处开口通入碗状体18中。
再参阅图2，刚性元件104与105的设计使其进入相互的耦合，近端部件40的第二壁17b与在近端部件12的下部表面20中形成的切口19相适配，而突出在第二壁17b外面的碗状体18的臂18b′的部分则为在近端部件12的横向端面16中的凹口所接纳。
根据本发明的系统包括其外形类似于椭球体的可动部件107，其中含有其形状基本上类似于球形曲面体的内部通道108。
如图3所示，当刚性元件104与105的配偶的近端部件12与40相互耦合时，可动部件107可以部分地位于属于元件105的碗状体18的空腔36中，并部分地位于元件104的圆柱形空腔14中，穿过元件107形成的通道108可以与在刚性元件104与105内部形成的纵向通道111与110共线。细长部件109沿着在刚性元件105内部形成的纵向通道110，并通过在所述元件端部形成的空腔36，通过可动部件107的通道108，通过在刚性元件104内形成的缩头29，并沿着所述元件内部形成的纵向通道111放置。
虽然，图3中所介绍的实施例中，可动部件107与碗状体18的内壁相接触，但可以看到，如果需要，也可以在它们之间留有间隙。也应指出，在刚性元件104与105的另一个相对角度位置时，可动部件107可以在空腔14与36的外面，或者也可以整个地包含在空腔14的里面。
在更具体地对图3进行分析，它显示根据本发明的系统用于作为眼镜框的可伸长铰链中，在支架正常打开位置时，可以看到设计用以作为保护的细长部件109包括与弹簧26一起工作的可挠丝状体。无弹性的丝状体109处于张紧状态下。丝状体109的端部在止动部件24与38中被夹紧或者被固定。在止动部件24处，是一个放大的部分25，它设计得使其紧邻在通道110远端区域110b的近端处形成的台肩30上。在止动部件38处，是一个形成运动终点止行的表面37，它设计得使其紧邻元件104的远端部件21的自由端33。弹簧26的远端28压紧在止动部件38的表面37上，而弹簧的另一端27则紧靠在通道111的近端上形成的台肩31上。
上面介绍的眼镜框铰链的工作将参阅图4至7来加以说明。在下面的介绍中，假设元件104形成眼镜支架的部件，而元件105则属于眼镜框前部，当然本发明也可用于相反的情况，实际上可以用于任何可伸长铰链的应用形式中。
图4显示的铰链是当其支架处于正常打开位置时，相应于图3所介绍的位置。如图所示，当刚性元件104与105相互对齐并进行啮合时，碗状体18的臂18b突伸入在刚性元件104内形成的空腔14中，且部分地位于可动部件107的上方。当希望闭合眼镜支架时(如图5所示的位置)，元件104按照箭头F1(图4)的方向相对于元件105摆动。在这种转动情况下，元件104的侧面16的最上端在元件105的主壁17a上运动，直到被第二壁17b止行，这时元件104的上部表面15就靠着元件105的主壁17a上(图5)。碗状体18的臂18b现在突伸入元件104的空腔14中，靠在所述元件的内壁32上(图2)。当铰链进行这样转动时，关于弹簧26的工作(图3)，可以看到由于丝状体109是没有弹性的，丝状体一开始处于张紧状态，所以长度上的明显的增加就由弹簧26来给出，为此弹簧受到了压缩。当其压缩时，弹簧26使得丝状体109沿着箭头F3方向(图3)滑动。弹簧26的压缩由止动元件38紧靠远端部件21的端壁33(图3)来限制。之后，刚性元件104与105表面的凸轮作用使得作用在丝状体109上的应力减小，丝状体要移动一小段距离，应力的减小也可以通过在整个转动过程中，在转动平面内可动部件107枢转与移动，直到相对于刚性元件104与105的纵轴形成大约45°角为止来实现。丝状体109的明显的附加长度就由弹簧26的相应的延长来吸收，而这种延长又力图使其恢复到原来的位置。
如果希望铰链在铰链通常转动的平面内由图4所介绍的位置转向图6所示的位置，这时连接有刚性元件104的眼镜支架是处于极端位置，此时它比正常打开位置进一步打开90°，也就是说支架打开到180°，所有这些只需要将刚性元件104相对于刚性元件105在F2方向(图4)上转过90°。在进行这种转动时，处于正常打开位置的元件105的第二壁17b的自由端靠在元件104形成的切口19中，并在所述切口19上摆动90°直到第二壁17b与切口19在邻接的第二位置上相互紧靠，如图6所示。
图7显示了眼镜支架另一个极端的打开位置，图中刚性元件104与105在与这样两个平面相正交的平面内形成了相对90°，一个是铰链的正常转动平面，另一个是眼镜镜片的平面。刚性元件104的侧面34靠在元件105的主壁17a部分上，该主壁部分邻近碗状体18的基座的纵向边缘。在该位置时，眼镜支架已经相对于图4所示的位置向下摆动了90°的角度。但也可以清楚地看到，极端打开位置也可以向上摆动90°的角度来形成，这时元件104的侧面35就与主壁17a的另一部分41相靠，该部分与碗状体18基座的纵向边缘相邻接。
在图6与图7所示的位置中，加在丝状体109上的张力已有所增大，弹簧26也以相应方式压缩，直到止动元件38靠到端壁33(图3)为止。之后弹簧为了恢复它的原来位置处于要扩张的趋势；因而刚性元件104与105处于不稳定的相对角度位置。
在图6与7中，虽然可动元件107包含在由刚性元件104形成的空腔14中，应该指出它也可以同样位于沿着刚性元件104与105之间的细长部件线上的任何地方，只要它可以在铰链转动平面内进行移动，本发明的主要特征是在铰链运作时能有效地对细长部件进行引导与保护以及将传送的弹性负荷正确的定向；为此，如上所述，铰链极端打开位置可以是在与转动平面正交的两个平面内枢转90°乃至更大的角度位置。

Claims (15)

1．用来保护和引导细长部件(9；109)的系统，其在接头附近连接到通过一接头彼此相互连接的两个刚性元件(4,5；104,105)上，使得这两个刚性元件能处于不同的相对角度位置上，而该细长部件(9；109)由丝状体或管状体组成，且位于两个尾对尾相连且在每一个所述刚性元件(4,5；104,105)中形成的连续通道(11,10；111,110)中，其特征是，该系统包括位于所述刚性元件(4,5；104,105)之间的可动部件(7；107)，它可以至少围绕所述接头转动轴(X-X′)转动，并在可动部件中包括适于容纳所述细长部件(9；109)的通道(8；108)。
2．根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述通道(8；108)的每一个开口的端部都有一定曲率半径，且最大等于在所述端部附近所述细长部件(9；109)的最小曲率半径。
3．根据权利要求1或2所述的系统，其特征是，所述通道(8；108)的形状基本上相似于圆形或椭圆形截面的环形曲面体的内部，它的子午线圆周的半径最大等于在所述通道(8；108)的开口端部的附近细长部件(9；109)的最小曲率半径。
4．根据权利要求1至3中任何一项所述的系统，其特征是，所述的可动部件(7；107)是可以在与所述接头的转动平面平行的平面内自由移动。
5．根据以上任何一项权利要求所述的系统，其特征是，所述的可动部件(7；107)可以在与所述接头的转动平面平行的两个正交的平面内自由移动。
6．根据以上任何一项权利要求所述的系统，其特征是，所述的通道(10,11；110,111)开口通到所述刚性元件(4,5；104,105)的端部(12,40)中形成的空腔(14,36)中，所述的空腔(14,36)互相面对，以及所述的端部(12,40)具有配偶形式(19,23；17b,18b′)，因此当所述刚性元件(4,5；104,105)相互耦合时，它们端部(12,40)的配偶形式(19,23；17b,18b′)相互适配在一起，而所述的可动部件(7；107)适配在所述端部(12,40)的内部。
7．根据权利要求6所述的系统，其特征是，所述的刚性元件(4,5；104,105)的端部(12,40)是这样成形的，使当所述元件(4,5；104,105)在接头的转动平面内有相对角度移动时能形成凸轮作用。
8．根据以上任何一项权利要求所述的系统，其特征是，所述的刚性元件(4,5；104,105)中至少一个具有止动装置，它用以限制所述的元件(4,5；104,105)在至少一个所述接头的转动平面内的相对角度移动。
9．根据以上任何一项权利要求所述的系统，其特征是，所述细长部件(9；109)是一弹性丝状体，它的每一个端部都固定在所述的一个刚性元件(4,5；104,105)上。
10．根据权利要求1至8中任何一项所述的系统，其特征是，所述的细长部件(9；109)是由无弹性的可挠材料与至少一个弹性部件(26)组成的丝状体或管状体，而所述的丝状体或管状体是由位于每一个所述刚性元件(4,5；104,105)中的止动部件(24,38)所止动。
11．根据以上任何一项权利要求所述的系统，其特征是，所述的连接是机械的，电气的，液压的，气动的或光的连接。
12．根据以上任何一项权利要求所述的系统，其特征是，所述的刚性元件(4,5；104,105)分别是眼镜框支架和眼镜框前部的整体的部件。
13．根据权利要求1至11中任何一项所述的系统，其特征是，所述的刚性元件(4,5；104,105)分别是车辆的门与门框的整体部件。
14．带有根据权利要求1至12中任何一项所述的系统的眼镜框。
15．带有根据权利要求1至11及13中任何一项所述的系统的门铰链，例如车辆门。
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