CN1272908A - 改进的传动构件 - Google Patents

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Abstract

一种用于将可转动轴(12和14)连接在一起的传动构件(10)。轴(12和14)能够绕其各自的纵轴线(12A和14A)转动。另外,轴(12和14)可以相互绕一支点P枢转,该支点与传动构件(10)的几何中心重合。传动构件(10)包括:一容纳轴(12)榫舌(16)的凹槽(20);以及在轴(14)上形成一位于凹槽(18)中的榫舌(22)。凹槽(20)的表面(26)和榫舌(22)相对侧上的表面(34)制成为在轴(12、14)的转动轴线(12A、14A)相互转动一预定的角度范围内使轴(12、14)和支点P之间最靠近的各自轨迹保持恒定。因此,由轴(12)、构件(10)和轴(14)构成的一通用连轴节(24)的总长度在轴(12、14)的枢转预定范围内保持恒定。

Description

改进的传动构件
本发明涉及一种用于传递或传送两个可转动部件之间的扭矩的改进的传动构件。
本申请人的国际申请No.PCT/AU96/00193描述了一种传动构件以及一具有一个或多个传动构件的铰接传动体,它们用于在顺时针和逆时针方向上以及沿着直线或弯曲路径传递扭矩。为了绕一弯曲或曲线路径传递扭矩,在一支撑结构、如一管子中可啮合和保持两个或多个传动构件。以此方式已成功地构成了可沿着一弯曲路径在相反方向上传递扭矩的铰接传动件。然而,已经认识到,可获得的曲率角度受到两个传动件之间的距离随构件所处路径弯曲角度或半径的变化而改变这一作用的限制。实际上,这最终限制了一实际铰接传动体所可能获得的弯曲角度,并且增加了柔性铰接传动体的复杂程度,即需要额外的机构来补偿由于曲率半径变化而造成的相邻传动构件之间距离的变化。
本发明的一个目的是提供一种改进的传动构件,其特性比本申请人早先的申请更好。
根据本发明的一个实施例,提供了一种用于将第一和第二可转动部件连接在一起的传动构件,所述可转动部件具有各自的转动轴线并且可相互绕一位于所述传动构件几何中心上的支点枢转,所述传动构件具有分别用于与所述第一和第二可转动部件连接的第一和第二连接装置,所述传动构件构造成在所述转动轴线的相互枢转的预定角度范围内使支点和所述第一、第二部件与传动构件几何中心最靠近的各轨迹之间的间隔保持基本恒定。
较佳地,所述第一连接装置为一与所述第一可转动部件上所形成的一凹槽或一突起配合的突起或凹槽中的一种,其中连接装置靠近所述突起或凹槽根部的表面在所述突起或凹槽长度上沿相对方向从其中点开始制成起伏形状或造形成一支承表面,其长度被制成或仿形成与所述第一和第一连接装置的最靠近接触点轨迹相对应。
较佳地,所述第二连接装置为一与所述第二可转动部件上所述的一凹槽或一突起配合的突起或凹槽中的一种,其中连接装置靠近所述突起或凹槽根部的表面在所述突起或凹槽长度上沿相对方向从其中点开始被制成起伏形状或造形成一支承表面,其长度被制成或仿形成与所述第二和第二连接装置的最靠近的轨迹相对应。
较佳地,所述第一和第二连接装置在相互垂直的方向上延伸。
较佳地,所述第一连接装置形成为所述突起和凹槽之一,所述第二连接装置形成另一突起和凹槽。
较佳地,所述传动构件呈一其中材料被去除以形成所述第一和第二连接装置的球体。
较佳地,所述预定角度范围在高达50至60°的范围内。
根据本发明的另一个方面,提供了一种铰接连轴节,包括:
可绕其各自的纵向轴线转动的第一和第二转动轴;以及
位于所述第一和第二可转动轴之间并且连接于其上的一传动构件,用于在顺时针和逆时针方向将扭矩传从二根轴中的一根传递到另一根轴上,所述传动构件具有分别连接第一和第二可转动轴的第一和第二连接装置,所述第一和第二连接装置用于使所述可转动部件的各自纵轴线相互绕一与传动构件几何中心重合的支点枢转,所述传动构件还制成为可在预定的轴线枢转角度范围内使支点和第一和第二可转动轴与传动机构几何中心最靠近的各轨迹之间的距离基本保持恒定,这样铰接件的总长度可在转动轴线相互的预定枢转范围内保持基本恒定。
根据本发明的又一个方面,一种铰接的柔性传动体,用于在顺时针和逆时针方向上在一传动路线传递扭矩,所述铰接的柔性传动体包括多个传动构件和用于可转动地容纳在所述传动路径上的传动构件的柔性护套,所述传动构件绕与传动路线相切的各自转动轴线转动,并且各自具有第一和第二连接装置以使相邻的构件啮合成可在包含相邻的啮合传动构件的第一和第二连接装置的平面中相对滑动,所述第一和第二连接装置还构造成在各轴线相互枢转的预定枢转角度范围内就相邻传动构件最靠近的轨迹而言使相邻传动构件的几何中心之间的间隔保持基本恒定。
以下结合仅用于举例说明的附图对本发明实施例进行描述,其中:
图1是具有本发明一传动构件的通用连轴节的侧视图;
图2是图1所示连轴节的侧视图,只是所有部件都已转过90°;
图3是图1所示传动构件的一个视图;
图4是图2所示传动构件的一个视图;
图5是图1所示连轴节的一个侧视图,只是示出了在不同斜度范围内的输出轴;
图6是具有该传动构件的一铰接的柔性传动体的局部截面图;以及
图7是图6所示铰接的柔性传动体的两个传动构件的放大图。
如附图所示,一传动构件10用于将第一和第二可转动部件、即轴12和14连接在一起。轴12可以绕其纵轴线12A转动,同时轴14可绕其纵轴线14A转动。轴12和14能够绕一支点P相对枢转,当轴线不成一直线时该支点P位于轴线12A和14A的交点上。传动构件10位于轴12和14之间,并且其几何中心与支点P重合。轴12靠近传动构件10的那一端具有一突起或榫舌16,并且轴14靠近传动构件10的那一端具有一凹槽或企口18。为了将轴12和14连接在一起,传动构件10具有一呈企口20形式的、用于容纳榫舌16的第一连接装置和一位于凹槽18中的突起或榫舌22。
例如,当轴14被驱动绕其轴线14A转动时,扭矩被传动构件10传递到轴12上,而使之沿着与轴14相同的转动方向绕轴线12A转动。
轴12、14和传动构件10一起构成了一通用连轴节24。轴12的枢转是在一与凹槽20长度方向重合的平面内进行的。轴14能够在一横向平面内枢转,该平面与包含突起22的平面重合。为了使轴12、14互相绕支点P枢转并且不改变通用连轴节24的总长度,传动构件10构造成在轴线12A、14A相对枢转的预定角度范围内使支点P和轴12、14与传动构件10几何中心P的最靠近的各轨迹之间的间隔保持恒定。
最靠近的轨迹在图5中示出得最清楚。此图中示出了处于中心位置和两个相反枢转位置的连轴节24。在中心位置,轴121的转动轴线12A1与轴线14A成一直线。使轴12在逆时针方向转动一角度α可使轴位于由虚线轴122所示的位置上。使轴12在顺时针方向从中心位置枢转可使之位于由轴123所指的位置上。位于位置121、122、123的轴12的最靠近点分别标示为接触点C1、C2、C3。当轴在位置123和122之间枢转时,最靠近点C的那些点构成了轴12和几何中心P之间的最靠近点的轨迹L(即最短距离)。通过使轨迹L上的所有的点与支点P保持等距,可使通用连轴节24的总长度在枢转轴线12A在关于枢转轴线14A的正、负枢转角α范围内保持基本不变。通过使凹槽20底部处的构件10表面26在离开凹槽20长度中点的两个相反方向上轮廓起伏或造形可实现这一效果。使表面26轮廓起伏而具有一复合形状,它包括一中心拱起表面部分28和两个相反的凹陷表面部分30、32(参见图3)。中心拱起表面部分28是与轨迹L重合的形状或轮廓。表面部分28、32和30是连续且平滑地形成的。凹陷表面部分30和32当分别位于枢转位置122和123时与轴12互补。
可以认识到,当表面26是平面的时,轴12向位置122或123的枢转是伴随着轴12离开几何中心P的直线移动的,因为一根轴将对着平表面向外撬起。
在榫舌22相对侧上的构件10的表面34以与表面26类似的方式作轮廓起伏的或造形,以使当轴14从一中心轴枢转过正、负α°时轴线14A和12A重合,从轴14最邻近的轨迹至支点P的距离保持不变。在突起22相对侧上的表面34包括一中心拱起部分36和在其相对两侧的邻近凹陷部分38、40。拱起部分36的形状或轮廓与轴14最靠近点和轴14从其中心位置枢转正、负α°时的几何中心P之间的恒定距离的轨迹相对应。
通过适当地加工或使表面26和34呈起伏形状,转动轴线12A和14A就可在相反方向上从其中心位置转过约25至30°而不会影响连轴节24的总长度。因而,单个构件10就可构成一通用连轴节,其中一根轴可在50°至60°的锥体范围内枢转。
当凹槽20和突起22位于相互垂直的平面中时,传动构件10实际上被轴12和14限制成绕支点P转动。因而,不需要提供轴承或其它装置来将传动构件10保持在位。这可使摩擦能量损失减至最少。而且,可以设想实际上可在传动构件10外围以一活动间隙设置一定位环(由自润滑材料、例如尼龙制成)或轴承。在大负荷和/或高转速应用场合下,也可采用一轴承。
图6和7所示的本发明另一个实施例中,构成一通过将多个传动构件10在一柔性护套、如一管子44中相互啮合而制成一柔性铰接传动体42,还分别在管子44的各端设置扭矩输入和输出轴46和48。在此实施例中,第一个传动构件10A与扭矩输入轴46的榫舌50啮合,最后一个传动构件10N与扭矩输出轴48的榫舌52啮合。因为各个传动构件10能够相对一相邻的传动构件枢转约25°至30°并且其间的间隔不会有变化,所以柔性安装管可弯曲或仿形成固定的、可变化的形状并有多种半径,且不会引起相对端的构件之间的间隔作实质性变化。为了获得最大效率,可以设想柔性铰接传动体42在一端或两端具有一偏置构件或其它装置用以对传动构件10之间的间隙进行微调。扭矩输入和输出轴46、48可转动地保持在对应的轴套54和56之间,这些轴套拧到管子44相对端的螺纹58和60上。在图7中最清楚地示出了在管子42中的两个传动构件10A和10B相互啮合的情况。传动构件10A和10B以及实际所有的构件10的形状、构造和操作情况都与图1-5中所示的构件相同。构件10A的突起22容纳在构件10B的凹槽20中。构件10A和10B可相互枢转,并且以与图1-5所述实施例类似方式在预定枢转角度范围内其间没有间隔。当构件都转动时,由于突起在凹槽中啮合的固有特性,它们还可互相相对地在横向于其转动轴线的方向上滑动。此滑动是在包含相邻的啮合构件10的凹槽20和突起22的平面内进行的。当扭矩从输出轴46传递到输出轴48时,这会增加构件10的振动。
至此已详细描述了本发明的一个实施例,本技术领域中的熟练人员可以了解,只要不脱离本发明的基本构思还可做出多种变化和变型。例如,图中示出的传动构件10包括一凹槽20和突起22。然而,根据连接到传动构件10上的部件的特性,传动构件10也可包括在相互垂直平面中的两个突起22或两个凹槽20。可以相信,构件10并不一定要是球形的。此外,传动构件10既可以是实心的(例如由模具铸造而成或通过一实心球体材料加工制成)也可以是空心的。在又一变化形式中,可以相信凹槽20和突起22不一定要是相互垂直的,而可以是偏离角度小于90°的。当构件10如图6所示布置成一条链时,最好凹槽20和突起22偏离60°而非90°,以消除构件转动时加速和减速的差异。关于这一点,应注意到,当构件10转动时,它们以与一通用接头类似的方式连续加速和减速。通过使一条构件10链中的凹槽20和突起22之间的角度偏差,可使构件加速和减速的倍数不同,从而可以从整体上消除链中的任何“跳动”。偏置量可以根据链中的构件10数量而变化。
所有这些变化和变型都认为是在本发明的范围之中的,本发明的特征是由上述描述确定的。

Claims (12)

1.一种用于将第一和第二可转动部件连接在一起的传动构件,所述可转动部件具有各自的转动轴线并且可相互绕一位于所述传动构件几何中心上的支点枢转,所述传动构件具有分别用于与所述第一和第二可转动部件连接的第一和第二连接装置,所述传动构件构造成在所述转动轴线的相互枢转的预定角度范围内使支点和所述第一、第二部件与传动构件几何中心最靠近的各轨迹之间的间隔保持基本恒定。
2.如权利要求1所述的传动构件,其特征在于,所述第一连接装置可为与所述第一可转动部件上所形成的一凹槽或一突起配合的突起或凹槽中的一种,其中连接装置靠近所述突起或凹槽根部的表面在所述突起或凹槽长度上沿相对方向从其中点开始制成起伏形状或造形成一支承表面,其长度被制成或仿形成与所述第一和第一连接装置的最靠近轨迹相对应。
3.如权利要求2所述的传动构件,其特征在于,所述第二连接装置为一突起和与所述第二可转动部件上所述的一凹槽或一突起配合的凹槽其中的一种,其中连接装置靠近所述突起或凹槽根部的表面在所述突起或凹槽长度上沿相对方向从其中点开始被制成起伏形尖或造形成一支承表面,其长度被制成或仿形成与所述第二和第二连接装置的最靠近的轨迹相对应。
4.如权利要求3所述的传动构件,其特征在于,所述第一和第二连接装置在相互垂直的方向上延伸。
5.如权利要求4所述的传动构件,其特征在于,所述第一连接装置形成为所述突起和凹槽之一,所述第二连接装置形成另一突起和凹槽。
6.如权利要求1所述的传动构件,其特征在于,所述传动构件呈一其中材料被去除以形成所述第一和第二连接装置的球体。
7.如权利要求1所述的传动构件,其特征在于,所述预定角度范围在高达50至60°的范围内。
8.一种铰接连轴节,包括:
可绕其各自的纵向轴线转动的第一和第二转动轴;以及
位于所述第一和第二可转动轴之间并且连接于其上的一传动构件,用于在顺时针和逆时针方向将扭矩从二根轴中的一根传递到另一根轴上,所述传动构件具有分别连接第一和第二可转动轴的第一和第二连接装置,所述第一和第二连接装置用于使所述可转动部件的各自纵轴线相互绕一与传动构件几何中心重合的支点枢转,所述传动构件还制成为可在预定的轴线枢转角度范围内使支点和第一和第二可转动轴与传动机构几何中心最靠近的各轨迹之间的距离基本保持恒定,这样铰接件的总长度可在转动轴线相互的预定枢转范围内保持基本恒定。
9.如权利要求8所述的连轴节,其特征在于,所述第一连接装置可为与所述第一可转动部件上所形成的一凹槽或一突起配合的突起或凹槽中的一种,其中连接装置靠近所述突起或凹槽根部的表面在所述突起或凹槽长度上在相对方向从其中点开始被制成起伏形状或造形成一支承表面,其长度被制成或仿形成与所述第一和第一连接装置的最靠近的轨迹相对应。
10.如权利要求9所述的连轴节,其特征在于,所述第二连接装置可为与所述第二可转动部件上所述的一凹槽或一突起配合的突起或凹槽中的一种,其中连接装置靠近所述突起或凹槽根部的表面在所述突起或凹槽长度上在相对方向从其中点开始被制成起伏形状或造形成一支承表面,其长度被制成或仿形成与所述第二和第二连接装置的最靠近的轨迹相对应。
11.一种铰接的柔性传动体,用于在顺时针和逆时针方向上在一传动路线传递扭矩,所述铰接的柔性传动体包括多个传动构件和用于可转动地容纳在所述传动路径上的传动构件的柔性护套,所述传动构件绕与传动路线相切的各自转动轴线转动,并且各自具有第一和第二连接装置以使相邻的构件啮合成可在包含相邻的啮合传动构件的第一和第二连接装置的平面中相对滑动,所述第一和第二连接装置还构造成在各轴线相互枢转的预定枢转角度范围内就相邻传动构件最靠近的轨迹而言使相邻传动构件的几何中心之间的间隔保持基本恒定。
12.如权利要求11所述的铰接柔性传动体,其特征在于,所述第一连接装置为一突起,所述第二连接装置为一凹槽,其中邻近所述凹槽和突起根部的各传动构件的表面从所述突起或凹槽的中点开始在相对方向上制成起伏形状或造形成各自的支承表面,其各自的长度相应地制成或仿形成该传动构件与一相邻传动构件最靠近的轨迹。
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