ES2320810T3 - Articulacion de pivote. - Google Patents
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Abstract
Una articulación de pivote que comprende una bola (32) montada sobre una primera estructura (10, 12) y una segunda estructura (14, 20) montada sobre la misma y móvil con respecto a la bola; caracterizada porque la bola (32) permanece estacionaria por, y en una posición fija con respecto a, la primera estructura (10, 12); y porque la segunda estructura (14, 20) comprende una abertura (45) que tiene una superficie periférica que proporciona al menos dos superficies de deslizamiento (43, 46) en contacto deslizante con la bola (32), definiendo las al menos dos superficies de deslizamiento (43, 46) la posición de la segunda estructura (14, 20) en relación con la bola (32), en la que áreas de la segunda estructura (14, 20) entre las al menos dos superficies de deslizamiento (43, 46) no están en contacto con la bola.
Description
Articulación de pivote.
La invención presente trata de una articulación
de pivote, en particular de una articulación de rótula de alta
precisión.
Las articulaciones de pivote que comprenden una
bola en un soporte son conocidas. En tales articulaciones, la bola
está situada dentro de un alojamiento con el pié sobresaliendo del
alojamiento. Estas articulaciones de pivote tienen la desventaja de
que no son de alta precisión, en particular porque la parte de la
bola no es esférica con precisión. Una desventaja adicional es que
las piezas que la componen no pueden ser reemplazadas de una manera
económica cuando se desgastan.
Las esferas precisas (por ejemplo, los cojinetes
de bolas) pueden ser realizadas con mucha precisión mediante un
proceso de lapeado.
El documento Patente de los Estados Unidos nº
3,490,798 describe una articulación de rótula y un alojamiento que
comprende una bola y dos miembros de acoplamiento. Cada uno de los
miembros de acoplamiento tiene dos partes que se interconectan a
través de una junta de cola de milano. Los miembros de acoplamiento
están girados 90º entre sí y las juntas de milano están diseñadas
para permitir la construcción rotativa de la junta. Esto permite
una construcción secuencial de los miembros de acoplamiento.
La invención presente proporciona una
articulación de pivote como se define en la reivindicación 1.
La bola es mantenida en su posición
preferiblemente mediante el contacto en al menos dos posiciones con
una primera estructura.
Las dos posiciones de contacto mínimas están
preferiblemente en lados opuestos de la bola. Pueden estar opuestas
diametralmente, aunque esto no es esencial, y en determinadas
circunstancias, por ejemplo cuando se necesita una articulación de
precisión, es preferible que las posiciones de contacto estén
formadas como los vértices de triángulos cuyos centros pasan a
través de la bola.
Preferiblemente, la segunda estructura está
contenida entre la primera estructura y la bola. Así la primera
estructura y la segunda estructura están interconectadas a través de
la bola. En esta configuración, al menos hay un contacto en cada
lado de la segunda estructura, es decir al menos hay un contacto a
cada lado de la superficie de deslizamiento que define la posición
de la segunda estructura con respecto a la bola.
En una realización preferida, al menos una de
las posiciones de contacto es ajustable.
Preferiblemente la bola está sujeta o fijada en
su posición por al menos cuatro puntos de contacto con la primera
estructura.
Cuando la bola se mantiene en posición, puede
ser móvil con respecto a la primera estructura así como con
respecto a la segunda estructura. Sin embargo, cuando se requiere
una articulación de alta precisión, la bola debe permanecer
estacionaria con respecto a la primera estructura y por tanto está
fija en su posición. Gracias a que se tiene al menos una posición
de contacto ajustable, cualquiera de estos estados puede ser
utilizado según se necesite.
Alternativamente, la bola se mantiene fija o en
su posición con respecto a la primera estructura mediante un rebaje
cónico en al menos un punto de contacto.
Preferiblemente la segunda estructura tiene tres
superficies de deslizamiento. Alternativamente la segunda
estructura puede tener dos superficies de deslizamiento.
En una realización preferida, la segunda
estructura está empujada en contacto con la bola. Tal empuje puede
estar proporcionada mediante un muelle, un imán, el vacío o una
cinta elástica.
Un método para mantener una posición de la bola
con respecto a una estructura se describe también cuando la bola
está situada en tal posición mediante contacto con la estructura en
al menos dos puntos.
Preferiblemente, los dos puntos mínimos están en
los lados opuestos de la bola.
En realizaciones preferidas la bola está fija o
mantenida en la posición mediante al menos cuatro puntos de
contacto o, alternativamente, mediante un rebaje cónico en al menos
un punto de contacto.
Las articulaciones de pivote de acuerdo con la
invención permiten la producción de articulaciones de (alta)
precisión a un coste bajo.
Los cojinetes de bola con grandes superficies
esféricas pueden ser utilizados para producir un movimiento suave y
preciso entre dos estructuras que no han sido sometidas a un proceso
de mecanizado de precisión muy caro. Una de las razones por las
cuales las articulaciones de pivote son tan precisas es porque la
bola puede ser mantenida o fijada en su posición sin necesidad de
utilizar un perno roscado que afectaría la forma esférica y la
uniformidad de la superficie de la bola y el movimiento de la
articulación.
A continuación se describirán realizaciones de
la invención por medio de ejemplos y mediante referencia a los
dibujos que se acompañan en los que:
la Figura 1 es una perspectiva isométrica de una
máquina de medición de coordenadas que utiliza la articulación de
pivote de la invención;
la Figura 2 es una vista isométrica de la parte
superior de la máquina de medición de coordenadas, mostrando las
articulaciones de pivote;
la Figura 3 es una vista en planta de un extremo
de una columna de la máquina de medición de coordenadas;
la Figura 4 es una vista en planta de la parte
superior de la máquina de medición de coordenadas, mostrando la
articulación de pivote;
la Figura 5 es una sección a lo largo de la
línea A-A de la Figura 4;
la Figura 6 es una vista en planta de un extremo
de una columna alternativa de la máquina de medición de
coordenadas;
las Figuras 7 y 8 son ilustraciones esquemáticas
de disposiciones de sujeción alternativas de una bola en una
articulación de pivote; y
la Figura 9 es una vista isométrica de la parte
superior de la máquina de medición de coordenadas, mostrando unas
articulaciones de pivote alternativas.
Se muestra en la Figura 1 una máquina de
medición de coordenadas. La máquina de medición de coordenadas
comprende una parte fija inferior 10 y una parte superior móvil 12.
Las partes superior e inferior están unidas mediante columnas
telescópicas 14, estando conectada cada columna a las partes
superior e inferior por sus extremos superior e inferior
respectivamente mediante articulaciones de pivote. Cada columna
tiene un motor 16 que aumenta o disminuye su longitud.
Debido a que la parte superior 12 está soportada
únicamente por tres columnas telescópicas 14 que están conectadas a
las partes superior e inferior mediante articulaciones de pivote,
esta parte puede rotar alrededor de tres ejes perpendiculares en
relación a la parte inferior 10. Para evitar esto, se proveen tres
dispositivos anti-rotacionales 20 que eliminan
estos tres grados de libertad rotacional permitiendo el movimiento
de traslación. Estos dispositivos son pasivos, esto es, no tienen
motor u otro actuador. Las articulaciones entre los dispositivos
anti-rotacionales 20 y las partes superior e
inferior 10, 12 son también articulaciones de pivote.
Una articulación de pivote entre la parte
superior 12 y un dispositivo anti-rotacional 20 se
muestra con más detalle en las Figuras 2, 4 y 5. La parte superior
12 está provista con cortes mecanizados 30. Una bola 32 de la
articulación de pivote está sujeta dentro del corte 30 mediante las
superficies que define la periferia del corte 30. En la Figura 2 se
muestran dos cortes 30, uno de ellos con los otros componentes de la
articulación de rótula colocados y el otro sin ellos.
La bola 32 está soportada por dos superficies
opuestas 34, 36 del corte 30. Una primera superficie curva 34
contacta con un lado de la bola 32, y una segunda superficie curva
36 contacta con una superficie inferior de la bola 32 con dos
puntos de contacto 36A, 36B. La posición de la bola 32 está definida
por estos tres puntos de contacto 34, 36A, 36B y un cuarto punto de
contacto provisto por una fijación 38, 42.
En este ejemplo la fijación comprende una
arandela 38 y un dispositivo de fijación 42, como por ejemplo un
tornillo o una tuerca. La arandela 38 se apoya en una superficie 41
provista en el corte 30 de la parte superior 12, con un borde de su
superficie inferior en contacto con la bola 32. La parte superior 12
está provista con un orificio 40 alineado con el centro de la
arandela 38 para recibir el dispositivo de fijación 42 que sujeta
al arandela 38 contra la bola 32. La bola es así mantenida
rígidamente en una posición fija en cuatro lugares alrededor de su
superficie por la primera superficie curva 34, por dos puntos de
contacto 36A, 36 B en la segunda superficie curva 36, y por la
arandela 38.
Una articulación de pivote alternativa entre la
parte superior 12 y una columna 14 se muestra en la Figura 9. La
parte superior 12 está provista con unos cortes estructurados 130.
Una bola 32 de la articulación de pivote está soportada dentro del
corte 130 mediante las superficies definidas por la periferia del
corte 130. Los cortes 130 se muestran en la Figura 9, uno con el
resto de los componentes de la articulación de rótula colocados y el
otro sin ellos.
La bola 32 está soportada por dos superficies
opuestas 134, 136 del corte 130. Una primera superficie curva 134
contacta con una superficie inferior de la bola 32, y una segunda
superficie curva 136 contacta con un lateral de la bola 32 en dos
puntos de contacto 136A, 136B. La posición de la bola 32 está
definida por estos tres puntos de contacto 134, 136A, 136B y un
cuarto punto de contacto provisto mediante una sujeción 38, 42.
La orientación de las superficies de contacto,
para los cortes 130 están giradas con respecto al corte 30 debido a
que la orientación de la columna 14 está girada con respecto al
dispositivo anti-rotacional 20. Esto se puede ver en
la Figura 1.
Cada extremo de cada una de las columnas
telescópicas 14 y de los dispositivos
anti-rotacionales 20 está provista con un orificio
45 que ajusta sobre una bola 32 de una articulación de pivote
respectiva. Cada orificio 45 está formado para tener tres
superficies de deslizamiento 43A, B, C, separados entre sí 120, como
se muestra en la Figura 3. Solamente las tres superficies de
deslizamiento están en contacto con la bola 32.
Estas superficies de deslizamiento tienen
pequeñas áreas de contacto con la bola 32 para maximizar el
deslizamiento entre las superficies. Estas pequeñas áreas de
contacto proporcionan también un posicionamiento repetible de la
columna 14 o del dispositivo anti-rotacional 20 con
respecto a la bola 32.
Aunque el ejemplo muestra la segunda estructura
14, 20 rodeando la bola 32, esto no es esencial. Así, la segunda
estructura puede rodear sustancialmente la bola con una separación
en la estructura (el tamaño límite de cualquier separación es
función del diámetro de la bola y de la posición de las superficies
de deslizamiento de la segunda estructura).
Se debe notar que mientras que es preferible que
tanto las columnas 14 como los dispositivos
anti-rotacionales 20 tengan articulaciones de
pivote de acuerdo con la invención, esto no es esencial.
La Figura 6 muestra una disposición alternativa
de las superficies de deslizamiento. En esta disposición el
orificio 45 es ovalado con solamente dos superficies de
deslizamiento 46A, 46B. A medida que las superficies de
deslizamiento se gastan, se asientan más hacia abajo sobre la
superficie de la bola reduciendo así las holguras entre las
superficies de contacto y la bola. Esta disposición es
particularmente adecuada cuando la fuerza sobre las superficies de
deslizamiento es paralela a un eje perpendicular al plano de las
superficies de deslizamiento (por ejemplo si la articulación de
rótula se utiliza en una conexión).
Las columnas 14 y los dispositivos
anti-rotacionales 20 están hechos de un buen
material de deslizamiento, como por ejemplo bronce fosforado. La
columna 14 puede ser tratada con un decapante y a continuación
mecanizada o estampada para formar los orificios 45 controlando de
manera precisa la longitud y geometría de los orificios 45.
Una vista lateral de la parte superior 12 con un
dispositivo anti-rotacional 20 montado sobre una
articulación de pivote se muestra en la Figura 5, que es una
sección a lo largo de la línea A-A de la Figura 4.
La bola 32 se puede ver que se mantiene en posición mediante tres
de los cuatro puntos de contacto. Estas son las primeras
superficies curvas 34 y dos puntos de contacto sobre la segunda
superficie curva 36 provista sobre la parte 12 y la superficie 37
de la arandela 38. Estas superficies se muestran separadas alrededor
de la circunferencia de la bola 32. La superficie 37 de la arandela
38 en contacto con la bola 32 es un borde achaflanado entre las
superficies inferior y lateral de la arandela 38 y se extiende a lo
largo de toda la circunferencia de la arandela 38 de manera que
esta superficie 37 se presenta a la bola 32 cualquiera que sea la
orientación de la arandela 38.
En esta Figura el dispositivo
anti-rotacional 20 está en posición y se puede ver
una superficie de deslizamiento 43 en contacto con la bola 32. Las
otras dos superficies de deslizamiento no se pueden ver en esta
Figura.
La localización de los cuatro puntos de contacto
entre la bola 32 y la parte superior 12 y la arandela 38 permite un
espacio suficiente para que el extremo del dispositivo
anti-rotacional 20 se mueva alrededor de la bola
32. Además, los cortes mecanizados 30 tienen lóbulos cortados 31 a
cada lado de la bola 32 para permitir un espacio suficiente para
que el extremo del dispositivo anti-rotacional 20
pueda maniobrar. Las tres superficies de deslizamiento 43A, B, C
permanecen en contacto con la bola a la vez que se mueven sobre la
bola para permitir que el brazo del dispositivo
anti-rotacional 20 gire alrededor de la bola 32.
En el caso de una sacudida las superficies de
deslizamiento se separarán de la bola, que golpeará con un tope
sólido (por ejemplo los bordes de la estructura en corte 30) y
retornarán a su posición sobre la bola. Así la articulación de
rótula se autoprotege.
Cuando se requieren articulaciones de rótula de
alta precisión, se pueden utilizar muelles helicoidales, por
ejemplo entre las dos partes de un dispositivo
anti-rotacional 20, para forzar la superficie de
deslizamiento o superficies de deslizamiento contra la bola 32.
Tales muelles asistirán al retorno de las superficies de
deslizamiento sobre la bola después de una sacudida y añaden rigidez
a la estructura. Las personas versadas en la técnica apreciarán que
los medios de desviación pueden ser ventajosos en otras posiciones
en un aparato que incorpora una articulación de rótula de acuerdo
con la invención.
Un modo alternativo de presionar las superficies
de deslizamiento sobre la bola 32 es desviando la segunda
estructura 14, 20. Una manera de conseguir esto es proporcionar una
placa que tiene un extremo fijado a la segunda estructura 14, 20 y
el otro extremo presionando contra la bola 32. La placa actúa así
como un muelle de ballesta. La fijación es preferiblemente una
fijación removible mediante, por ejemplo, un tornillo para permitir
retirar la bola 32 para su mantenimiento o para reemplazarla. La
palabra placa pretende incluir todas las variadas formas y
estructuras que son adecuadas para proporcionar una presión, como
por ejemplo una arandela. Dicha placa puede ser utilizada en
conjunción con una arandela 38 o como un repuesto.
La bola utilizada en la articulación de pivote
puede estar hecha de cualquier material duro de baja fricción o
alternativamente puede estar hecha de cualquier material recubierto
de un material duro de baja fricción.
Aunque el ejemplo anterior describe la
utilización de una articulación de pivote en una máquina de medición
de coordenadas, esta articulación de pivote no está limitada al uso
con dichas máquinas y puede ser utilizada en otras aplicaciones.
Más aún, la invención no se limita al método de
situar una bola como se describe anteriormente. Aunque la
realización describe cuatro puntos de contacto con la bola, uno de
los cuales es ajustable, es posible disponer de más que un total de
cuatro puntos de contacto con la bola. Adicionalmente es posible
tener más de un punto de contacto ajustable, por ejemplo los cuatro
puntos de contacto podrían ser ajustables.
Un método alternativo de fijar una bola
rígidamente en una posición precisa se muestra en la Figura 7. La
bola 32 está situada en un rebaje cónico 48 y se mantiene en su
lugar mediante un dispositivo de fijación 52 (por ejemplo un
tornillo) con un punto de contacto 54 con la bola 32. Por supuesto
el dispositivo de fijación 52 puede tener más de un punto de
contacto con la bola 32 (por ejemplo una arandela en v).
La Figura 8 muestra otro método de fijar una
bola rígidamente en una posición precisa. La bola 32 está situada
sobre una superficie plana 50 y se mantiene en su lugar mediante un
dispositivo de fijación 52 que tiene un rebaje cónico 56 en
contacto con la superficie de la bola 32.
La bola puede también ser mantenida en posición
mediante métodos permanentes como por ejemplo el fundido, pegado o
soldadura. Sin embargo estos métodos tienen la desventaja de que la
bola ya no es sustituible.
Esta articulación de pivote tiene la ventaja de
que es tanto barata de fabricar como fácil de ensamblar.
La estructura en corte que mantiene la bola es
fácil de mecanizar. La colocación repetible de una bola libre
dentro de esta estructura permite que la bola sea fácilmente
reemplazable. Más aún, el uso de esferas precisas disponibles
comercialmente (por ejemplo bolas de cojinete) combinado con la
situación precisa en la estructura produce una articulación de
rótula de alta precisión.
La utilización de la palabra pivote en la frase
articulación de pivote a lo largo de esta memoria se define como
que incluye articulaciones de pivote con uno, dos o tres grados de
libertad así como articulaciones universales que tienen dos o tres
grados de libertad.
Claims (10)
1. Una articulación de pivote que comprende una
bola (32) montada sobre una primera estructura (10, 12) y una
segunda estructura (14, 20) montada sobre la misma y móvil con
respecto a la bola;
caracterizada porque la bola (32)
permanece estacionaria por, y en una posición fija con respecto a,
la primera estructura (10, 12);
y porque la segunda estructura (14, 20)
comprende una abertura (45) que tiene una superficie periférica que
proporciona al menos dos superficies de deslizamiento (43, 46) en
contacto deslizante con la bola (32), definiendo las al menos dos
superficies de deslizamiento (43, 46) la posición de la segunda
estructura (14, 20) en relación con la bola (32), en la que áreas
de la segunda estructura (14, 20) entre las al menos dos superficies
de deslizamiento (43, 46) no están en contacto con la bola.
2. Una articulación de pivote de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que la bola (32) se mantiene en la posición
fija mediante el contacto con la primera estructura (10, 12) en al
menos dos posiciones.
3. Una articulación de pivote de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la
abertura (45) de la segunda estructura tiene una superficie
periférica que proporciona al menos tres superficies de
deslizamiento (43, 36) en contacto deslizante con la bola.
4. Una articulación de pivote de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que cada
superficie de deslizamiento (43, 46) proporciona una pequeña área de
contacto con al bola (32) para maximizar el deslizamiento entre las
al menos dos superficies de deslizamiento (43, 46) y la bola
(32).
5. Una articulación de pivote de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la
segunda estructura (14, 20) está forzada en contacto con la bola
(32).
6. Una articulación de pivote de acuerdo con la
reivindicación 5, en la que se provee un muelle, imán, vacío o
bandas elásticas para forzar la segunda estructura (14, 20) en
contacto con la bola (32).
7. Una articulación de pivote de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la
primera estructura comprende un rebaje cónico (48), en el que la
bola (32) está situada en dicha posición fija mediante contacto con
el rebaje cónico (48) y al menos un punto de contacto (54).
8. Una articulación de pivote de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la
segunda estructura (14, 20) está contendida entre la primera
estructura (10, 12) y la bola (32).
9. Un articulación de pivote de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la bola
(32) es una bola de cojinete que tiene una superficie altamente.
10. Una articulación de pivote de acuerdo con la
reivindicación 9, en la que la bola (32) se mantiene en posición en
relación con la primera estructura (10, 12) por medios que aseguran
que la esfericidad y el acabado superficial de la superficie de la
bola no se ve afectado.
Applications Claiming Priority (2)
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