CN212107650U - 一种屏幕翻转机构 - Google Patents

Abstract

一种屏幕翻转机构，包括屏幕底座和与屏幕底座转动连接的屏幕，屏幕底座上安装有用于展开和收起屏幕的驱动装置，所述驱动装置包括：转动件，可转动的安装在屏幕底座的一侧；动力机构，与所述转动件连接，用于驱动所述转动件转动；连杆机构，其驱动端与所述转动件的圆周面连接，所述连杆机构的被动端与屏幕靠近所述转动件的一侧的中间位置连接，用于直接带动屏幕展开和收起；复位件，与所述转动件远离所述动力机构的一端固定连接，用于通过其自身的弹力将屏幕收起复位，并将屏幕吸合在屏幕底座上。本发明的屏幕翻转机构能在有限空间下将屏幕宽度做到最大，屏幕受力更加均衡，不容易产生翘角等现象，屏幕可以设计的非常薄。

Description

一种屏幕翻转机构

技术领域

本发明属于显示屏收放系统的技术领域，尤其涉及一种屏幕翻转机构。

背景技术

在飞机、高铁和长途班车上，通常设有屏幕装置，以向旅客播放广告、电影等信息，为了降低屏幕装置对空间的影响，通常设有屏幕翻转机构，当需要播放时，则通过翻转机构将屏幕展开；不使用屏幕时，再通过翻转机构将屏幕收回，避免屏幕占用过多的空间。

现有技术中的屏幕翻转机构一般是在屏幕的宽度方向的某一侧采用四连杆机构101(如图1和图2所示)，通过驱动连杆102的旋转来带动屏幕转动。四连杆机构101在空间布局上只能位于屏幕宽度方向的一侧。当想要把屏幕做大做宽并且空间有严格限制的情况下，四连杆机构101占用了这个方向的尺寸，导致屏幕加宽受限。如图3所示，粗黑框为设备外轮廓，在外轮廓的限制下，屏幕原本可以使用的宽度为a，但是由于四连杆机构101(其由转动机构103进行驱动)占据了宽度为c的空间，导致屏幕最宽只能做到尺寸b。

如图4所示，矩形的屏幕有A、B、C、D四个角，A角和B角的位置由于有转轴存在所以不会存在翘角的情况，但是C角和D角位于屏幕自由端，当屏幕向上收起时，四连杆处提供屏幕收起的力量，C角距离四连杆机构较近，而D角距离较远，屏幕受力平衡性非常差，容易导致距离近的C角与设备底部贴合较紧，而距离远的D角无法与设备底部紧密贴合，产生上述的翘角现象。

四连杆机构的位置导致此设计存在天然缺陷：屏幕自由端(屏幕底部)两个角受力一致性太差，当制造或装配公差较大、屏幕刚性较差的时候，屏幕容易出现明显的翘角现象(屏幕自由端远离四连杆的那个角与设备底部贴合不紧导致翘角)。四连杆机构对屏幕厚度产生天然限制：屏幕厚度必然要大于与屏幕直接相连的那个连杆的长度。如图5所示，尺寸a一定要大于b，否则b尺寸的圆盘形连杆将会凸出到设备外面。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种屏幕翻转机构，以解决四连杆机构占用设备宽度方向空间、导致屏幕受力不均衡和对屏幕厚度产生额外限制的问题。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种屏幕翻转机构，包括屏幕底座和与所述屏幕底座转动连接的屏幕，所述屏幕底座上安装有用于展开和收起屏幕的驱动装置，所述驱动装置包括：转动件，可转动的安装在屏幕底座的一侧；动力机构，与所述转动件连接，用于驱动所述转动件转动；连杆机构，其驱动端与所述转动件的圆周面连接，所述连杆机构的被动端与屏幕靠近所述转动件的一侧的中间位置连接，用于直接带动屏幕展开和收起；复位件，与所述转动件远离所述动力机构的一端固定连接，用于通过其自身的弹力将屏幕收起复位，并将屏幕吸合在屏幕底座上。

进一步的，所述连杆机构包括与所述转动件固定连接的主动连杆、与该主动连杆铰接的中间连杆、与所述中间连杆铰接的被动连杆，所述被动连杆固定在屏幕靠近所述转动件的一侧的中间位置，并平行于屏幕自身。

进一步的，屏幕收起状态时，所述主动连杆和中间连杆之间的夹角为θ1，θ1的取值范围为120°～150°；屏幕收起状态时，所述中间连杆和被动连杆之间的夹角为θ2，θ2的取值范围为30°～60°；屏幕从收起状态运行到打开状态，所述主动连杆所转动的角度为θ3，θ3的取值范围为50°～70°；屏幕展开状态时，所述主动连杆和中间连杆之间的夹角为θ1’，θ1’的取值范围为小于θ1大于45°；屏幕展开状态时，所述中间连杆和被动连杆之间的夹角为θ2’，θ2’的取值范围为大于θ2小于120°；

a表示主动连杆与中间连杆的连接轴至动力系统旋转中心的距离；

b表示中间连杆的两个转动轴之间的距离；

c表示中间连杆与被动连杆的连接轴至屏幕旋转中心的距离；

d表示动力系统旋转中心至屏幕旋转中心的距离；

d大于a、b、c任何一个，且d+a>b+c，且d+c>a+b，且a+b>d。

可选的，所述复位件为扭转弹簧，该扭转弹簧在装配时预加载一定扭力，保证屏幕收起时能吸合在屏幕底座上；在屏幕打开的过程中，该扭转弹簧随着所述转动件一起转动并进行储能；在屏幕回收的过程中，该扭转弹簧将储存的能量释放，屏幕在扭转弹簧的作用下收起。

可选的，所述转动件为扭矩限制器，用于屏幕遇到阻力突然增大时产生滑动，使屏幕回收一定角度并自动复位。

进一步的，所述动力机构包括电机、与电机连接的齿轮箱，所述扭矩限制器安装在所述齿轮箱的输出端。

可选的，所述屏幕底座上安装有电磁阀，用于当屏幕收起时，所述电磁阀的滑杆插入屏幕的底部锁孔，将屏幕锁定；当屏幕展开时，所述电磁阀的滑杆收起，屏幕解锁。

可选的，所述屏幕底座上设有用于感知屏幕已经展开到位时所述主动连杆转动到最大角度的压力传感器。

进一步的，所述电机的尾部固定有电刹车，用于当屏幕打开到位后，电刹车启动使屏幕保持在最大展开角度。所述电机上连接有在电机断电时与电机形成闭合的电磁阻尼回路，用于减缓屏幕的回收速度。

由上，本发明的屏幕翻转机构能在有限空间下将屏幕宽度做到最大，屏幕受力更加均衡，不容易产生翘角等现象，对制造和装配公差要求降低。另外，本发明的屏幕翻转机构至少具备如下有益效果：

1、本发明的连杆位于屏幕中间，不占用两侧空间，布局合理。

2、本发明的连杆位于屏幕中间，使屏幕受力更加均衡。

3、本发明的与屏幕固定的被动连杆始终平行于屏幕自身，屏幕厚度只需要大于被动连杆的厚度即可(不用像四连杆机构，屏幕厚度必须大于跟它固定的连杆的最大外圆直径)，这样屏幕可以设计的非常薄。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为现有技术中屏幕翻转机构的结构示意图一；

图2为图1的俯视图；

图3为现有技术中屏幕翻转机构的结构示意图二；

图4为图3中四个角的标记图；

图5为图3的侧视图；

图6为本发明的屏幕翻转机构的爆炸图；

图7为本发明的屏幕展开状态示意图；

图8为隐藏了压力传感器和部分起支撑作用的结构件的屏幕展开状态示意图；

图9为隐藏了压力传感器和部分起支撑作用的结构件的屏幕收起状态示意图；

图10为本发明的屏幕收起状态连接图；

图11为本发明的屏幕展开状态连接图；

图12为本发明的屏幕展开及收起状态连接图；

图13为本发明的连杆机构简化后的分析模型图；

图14为图13中各个连杆的角度标记图；

图15为图13中各个连杆的长度标记图；

图16为本发明的屏幕翻转机构的屏幕关闭流程图；

图17为本发明的屏幕翻转机构的屏幕打开流程图；

图18为本发明的电磁阻尼回路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

本发明的屏幕翻转机构主要应用在飞机、高铁、长途班车或其它交通运输工具上，并且倒挂在顶部，在不需要使用时，可以将屏幕收回，避免屏幕占用过多的空间。如图1至图18所示，本发明的屏幕翻转机构包括屏幕底座10和与屏幕底座10转动连接的屏幕20，其中，屏幕底座10上安装有用于展开和收起屏幕的驱动装置，该驱动装置包括转动件30、动力机构40、连杆机构50、复位件60、电磁阀70、压力传感器80和电刹车90。

本发明的转动件30可转动的安装在屏幕底座10的一侧，转动件30可采用扭矩限制器，扭矩限制器可用于屏幕20在展开的过程中遇到阻力突然增大时可以产生相对滑动，使屏幕回收一定角度并自动复位，以保护传动装置。转动件30由动力机构40进行驱动而进行转动，动力机构40包括电机41、与电机41连接的齿轮箱42，齿轮箱42安装在电机41的前端，使电机41的转速降低的同时提供大扭矩。动力机构40为屏幕展开时提供动力，屏幕收起时与控制模块组成闭合的电磁阻尼回路，阻止屏幕过快回收。所述扭矩限制器安装在齿轮箱42的输出端，可以传递力矩，当屏幕展开受到阻力时，会产生相对滑动，每滑动一次屏幕回收一定角度并自动复位，使整个动力系统处于安全状态。

另外，在电机41的尾部固定有电刹车90，用于当屏幕20打开到位后，电刹车90启动使屏幕20保持在最大展开角度。

本发明的连杆机构50的驱动端与转动件30的圆周面连接，所述连杆机构50的被动端与屏幕20靠近转动件30的一侧的中间位置连接，连杆机构50可以直接带动屏幕20的展开和收起。复位件60与转动件30远离动力机构40的一端固定连接，用于通过其自身的弹力将屏幕20收起复位，并将屏幕20吸合在屏幕底座10上。复位件60可采用扭转弹簧，该扭转弹簧在装配时预加载一定扭力，保证屏幕20收起时能吸合在屏幕底座10上。在屏幕打开的过程中，该扭转弹簧随着所述转动件30一起转动并进行储能，以保证断电后屏幕20能顺利回收。在屏幕回收的过程中，该扭转弹簧将储存的能量释放，屏幕在扭转弹簧的作用下收起。

在本发明中，屏幕底座10上安装有电磁阀70，用于当屏幕收起时，所述电磁阀70的滑杆插入屏幕20的底部锁孔，将屏幕锁定；当屏幕展开时，所述电磁阀70的滑杆收起，屏幕解锁。屏幕底座10上还设有用于感知屏幕已经展开到位时连杆机构50的主动连杆51转动到最大角度的压力传感器80，屏幕打开时，连杆机构50的主动连杆51随着动力系统转动，当转到一定角度时，就会碰到压力传感器80，压力传感器80收到信号后得知屏幕20已经展开到位，此时电机41停止转动，刹车90开始工作，屏幕保持在最大展开角度不动。

上述电刹车90、电机41、齿轮箱42、转动件30(扭矩限制器)、复位件60(扭转弹簧)、连杆机构50和压力传感器80组成传动系统控制屏幕20的打开和关闭，屏幕20关闭后使用电磁阀70锁紧。

本发明的连杆机构50包括与转动件30固定连接的主动连杆51、与该主动连杆51铰接的中间连杆52、与中间连杆52铰接的被动连杆53，当电机41转动时，主动连杆51随转动件30一起运动，中间连杆52起到力的传递作用，被动连杆53在主动连杆51和中间连杆52的作用下随之运动。被动连杆53固定在屏幕20靠近转动件30的一侧的中间位置，并平行于屏幕自身，此处需要说明的是，被动连杆53固定在屏幕的中间，而非四连杆那种固定在屏幕的一侧。为了更方便的说明本屏幕翻转机构的技术细节，将连杆机构进行简化，形成双摇杆分析模型，如图10至图12所示，由于中间连杆52此处设计成弯曲状仅仅是为了避免和屏幕干涉，而且为了避免干涉还有其他很多方式可以实现，比如：将屏幕顶部削去一个斜角，或者将被动连杆53做成弯的，而中间连杆52做成直的，等等。所以，中间连杆52的形状并不是本专利的核心诉求，它仅仅是为了实现被动连杆53和主动连杆51端部转轴的刚性连接。因此，模型简化时，将中间连杆52简化为直杆，对运动学及动力学分析并无影响。(进一步，同样的道理，主动连杆51、被动连杆53均是如此的，无论具体形状是什么，由于是刚性的，分析时会被简化为直的。)

从图13至图15中可以看到，机械原理图经过一步步简化后，最终成为类似于双摇杆的一个机构。

θ1表示屏幕收起状态时，主动连杆51和中间连杆52的夹角；

θ2表示屏幕收起状态时，中间连杆52和被动连杆53的夹角；

θ3表示屏幕从收起状态运行到打开状态，主动连杆51所转动的角度；

θ4表示屏幕从收起状态运行到展开状态，被动连杆53所转动的角度，即屏幕的展开角度；

θ5表示动力系统旋转中心和屏幕旋转中心的连线和收起状态的屏幕之间的夹角；

θ1’表示屏幕展开状态时，主动连杆51和中间连杆52的夹角；

θ2’表示屏幕展开状态时，中间连杆52和被动连杆53的夹角。

如图15所示，a表示主动连杆51与中间连杆52的连接轴至动力系统旋转中心的距离；

b表示中间连杆52的两个转动轴之间的距离；

c表示中间连杆52与被动连杆53的连接轴至屏幕旋转中心的距离；

d表示动力系统旋转中心至屏幕旋转中心的距离。

结合本发明需要进一步说明的是：

θ1的合理取值范围为120°～150°，低于120°会影响到屏幕收起的效果，可能导致屏幕收起不到位或者与屏幕底座(设备底部)贴合不紧等情况，大于150°则可能使摇杆机构存在达到死点的风险。

θ2的合理取值范围为30°～60°，低于30°会影响到屏幕收起的效果，可能导致屏幕收起不到位或者与设备底部贴合不紧等情况，还可能导致连杆和屏幕干涉，使此原理无法应用于实际产品。大于60°则会严重影响动力系统旋转中心和屏幕旋转中心的相对位置关系。

θ3的合理取值范围为50°～70°，低于50°会影响屏幕的展开角度的精确性，高于70°则会使连杆与动力系统干涉的风险加大。

θ4取决于产品需求，一般在90°～110°之间。

θ5取决于产品实际的空间布局，但最佳值为70°～90°之间，低于70°则连杆容易和屏幕等其他结构件产生干涉，高于90°则连杆长度比例失衡，严重影响系统的力学性能。

θ1’的合理取值范围为小于θ1大于45°，一旦小于45°，对弹簧扭力输出产生影响，最终影响到屏幕回收。

θ2’的合理取值范围为大于θ2小于120°，一旦大于120°对电机的负荷急剧增加。

以上角度范围，只是为达到最佳性能而设定的，并不表示超出此范围无法实现类似原理。

连杆长度和角度是息息相关的，有了上面个角度合理值的范围，连杆长度与之匹配，长度值规律如下：

虚拟的连杆(其长度等于d)一定为最长杆，大于a、b、c任何一个。且d+a>b+c，且d+c>a+b，且a+b>d。

同样，以上杆长规律，只是为达到最佳性能而设定的，并不表示超出此范围无法实现类似原理。

结合本发明需要进一步说明的是：

以上原理简化及各取值给出了设计的参考值，实际应用中，利用上述参考值进行设计，并且设计完后用上述步骤简化成双摇杆模型，此时，即可运用分析软件对结构做进一步具体分析，如：基于MATLAB对此机构进行运动学及动力学仿真分析，就能进一步得出此机构运动过程中每一刻的运动学和动力学状态，进一步验证设计的合理性。由于此专利核心并不在于运动学及动力学的仿真分析，所以不再进一步赘述。

下面，参照图1至图18并结合上述技术特征的描述，对本发明的屏幕翻转机构的工作过程进行简单介绍：

打开过程：电磁阀70通电打开，电机41通电旋转，通过转动件30(扭矩限制器)、主动连杆51、中间连杆52、被动连杆53将力传递至屏幕20，屏幕20缓缓打开。在屏幕打开的过程中复位件60(扭转弹簧)进行储能，如屏幕遇到阻力突然增大则扭矩限制器产生滑动，使屏幕回收一定角度并自动复位，以保护传动装置。压力传感器80感知到屏幕展开到预定角度时，电机41停止转动同时电刹车90通电吸合，屏幕20保持在最大角度不动。

关闭过程：电刹车90断电，屏幕在扭转弹簧的作用下回收，同时将储存的能量释放。回收过程中利用电磁阻尼回路减缓回收速度，避免屏幕20回收速度过快受损。屏幕20收起到位后电磁阀70将屏幕锁死。

本发明中，电磁阻尼回路包括控制模块42、电阻R和二极管D，在屏幕关闭时，控制模块42已经切断了对电机41的供电，电机41在扭转弹簧的作用下反转，此时电机41与电阻R及二极管D组成闭合回路，产生感应电流，感应电流进一步产生磁场阻碍电机41转动，从而达到屏幕20回收减速的效果。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种屏幕翻转机构，包括屏幕底座和与所述屏幕底座转动连接的屏幕，其特征在于，所述屏幕底座上安装有用于展开和收起屏幕的驱动装置，所述驱动装置包括：

转动件，可转动的安装在所述屏幕底座的一侧；

动力机构，与所述转动件连接，用于驱动所述转动件转动；

连杆机构，其驱动端与所述转动件的圆周面连接，所述连杆机构的被动端与屏幕靠近所述转动件的一侧的中间位置连接，用于直接带动屏幕展开和收起；

复位件，与所述转动件远离所述动力机构的一端固定连接，用于通过其自身的弹力将屏幕收起复位，并将屏幕吸合在屏幕底座上。

2.如权利要求1所述的屏幕翻转机构，其特征在于，所述连杆机构包括与所述转动件固定连接的主动连杆、与该主动连杆铰接的中间连杆、与所述中间连杆铰接的被动连杆，所述被动连杆固定在屏幕靠近所述转动件的一侧的中间位置，并平行于屏幕自身。

3.如权利要求2所述的屏幕翻转机构，其特征在于，屏幕收起状态时，所述主动连杆和中间连杆之间的夹角为θ1，θ1的取值范围为120°～150°；

屏幕收起状态时，所述中间连杆和被动连杆之间的夹角为θ2，θ2的取值范围为30°～60°；

屏幕从收起状态运行到打开状态，所述主动连杆所转动的角度为θ3，θ3的取值范围为50°～70°；

屏幕展开状态时，所述主动连杆和中间连杆之间的夹角为θ1’，θ1’的取值范围为小于θ1大于45°；

屏幕展开状态时，所述中间连杆和被动连杆之间的夹角为θ2’，θ2’的取值范围为大于θ2小于120°；

a表示主动连杆与中间连杆的连接轴至动力系统旋转中心的距离；

b表示中间连杆的两个转动轴之间的距离；

c表示中间连杆与被动连杆的连接轴至屏幕旋转中心的距离；

d表示动力系统旋转中心至屏幕旋转中心的距离；

d大于a、b、c任何一个，且d+a>b+c，且d+c>a+b，且a+b>d。

4.如权利要求1所述的屏幕翻转机构，其特征在于，所述复位件为扭转弹簧，该扭转弹簧在装配时预加载一定扭力，保证屏幕收起时能吸合在屏幕底座上；在屏幕打开的过程中，该扭转弹簧随着所述转动件一起转动并进行储能；在屏幕回收的过程中，该扭转弹簧将储存的能量释放，屏幕在扭转弹簧的作用下收起。

5.如权利要求1所述的屏幕翻转机构，其特征在于，所述转动件为扭矩限制器，用于屏幕遇到阻力突然增大时产生滑动，使屏幕回收一定角度并自动复位。

6.如权利要求5所述的屏幕翻转机构，其特征在于，所述动力机构包括电机、与电机连接的齿轮箱，所述扭矩限制器安装在所述齿轮箱的输出端。

7.如权利要求1所述的屏幕翻转机构，其特征在于，所述屏幕底座上安装有电磁阀，用于当屏幕收起时，所述电磁阀的滑杆插入屏幕的底部锁孔，将屏幕锁定；当屏幕展开时，所述电磁阀的滑杆收起，屏幕解锁。

8.如权利要求2所述的屏幕翻转机构，其特征在于，所述屏幕底座上设有用于感知屏幕已经展开到位时所述主动连杆转动到最大角度的压力传感器。

9.如权利要求6所述的屏幕翻转机构，其特征在于，所述电机的尾部固定有电刹车，用于当屏幕打开到位后，电刹车启动使屏幕保持在最大展开角度。

10.如权利要求6所述的屏幕翻转机构，其特征在于，所述电机上连接有在电机断电时与电机形成闭合的电磁阻尼回路，用于减缓屏幕的回收速度。

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