專利名稱：三軸匯交等效復合球鉸的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種三軸匯交等效復合球鉸，屬于一類剛性連接元件，可以應用于各種需要使用球鉸的機構，如并聯(lián)機構等。
背景技術：
球鉸是一類常用的空間運動副，一般來說有兩種構型，一是基本型，即所謂“球-球窩”型；另外可用三個旋轉副組合而成以實現(xiàn)球鉸功能，稱為等效球鉸。
在某些應用場合，如“6-3”型的Stewart平臺，要求六條支桿在動平臺上兩兩一組，分別匯交到三個點，這就需要所謂復合球鉸，這種復合球鉸可以理解為“重合”的球鉸，或者“并聯(lián)”球鉸。然而這種復合球鉸的工程實現(xiàn)有較大的困難，許多應用中將兩對球鉸布置得很接近，形成準“6-3”型。這種結構不能在鉸點實現(xiàn)三軸匯交，會帶來一些欠缺，如造成附加力矩等。
參見“張立杰等，一種新型運動副及其在并聯(lián)機床上的應用，機械工程學報，V14(12)P216-221”提出一種新型運動副，由兩個復合球鉸(文獻中分別稱為二重球鉸和三重球鉸)組成。參見“專利號為00114876.1的中國專利”將該復合球鉸設計應用在無動平臺式五條腿虛擬軸機床。這種復合球鉸采用“球-球窩”式結構，具有轉動范圍較小、間隙較大，結構復雜，制造困難的缺點。
通過多個旋轉副的組合可以實現(xiàn)復合球鉸的功能，稱為等效復合球鉸。與“球-球窩”式復合球鉸相比轉動范圍大，結構簡單，容易加工。但是為了避免干涉，往往體積較大，且不易實現(xiàn)準確的三軸匯交。
技術方案本發(fā)明的目的在于提供一種結構緊湊的三軸匯交等效復合球鉸，一方面能保證其轉動范圍大、結構簡單，容易加工的優(yōu)點，另一方面最大限度地克服體積大的缺點。
一種三軸匯交等效復合球鉸，其特征在于由單耳、單耳軸、內耳、雙耳軸、外耳組成，內耳及外耳均為雙耳結構；所述的雙耳軸中間沿軸向開有通槽，且在垂直于通槽壁的方向開有軸孔；所述單耳分為支桿、耳臂、耳環(huán)三部分，在耳環(huán)中嵌有軸承；耳環(huán)插入雙耳軸的通槽并通過單耳軸相連；所述的內耳通過嵌入的軸承安裝于雙耳軸上；所述的外耳通過嵌入的軸承安裝于雙耳軸上并在內耳外側；在雙耳軸的兩端還裝有軸向固定螺母，實現(xiàn)外耳、內耳等部件的軸向固定。
上所述的單耳耳臂如果設計成偏離支桿與耳環(huán)中心連線?？墒沟脝味詥味S為轉軸旋轉時，雙向最大旋轉角度不對稱，適用于不同的場合。
上述三軸匯交等效復合球鉸，內耳與外耳轉軸重合。這限制了兩耳繞轉軸以外的相對轉動，特別適合于需要限定滾珠絲杠軸向轉動自由度的應用場合。
本發(fā)明的等效復合球鉸由多個轉動副實現(xiàn)的，經(jīng)過特殊設計，結構緊湊、簡單，剛性大，轉動范圍大，容易加工?？梢詰迷谛枰獜秃锨蜚q的各種機構，如并聯(lián)機器人、并聯(lián)機床、運動模擬器等以及其他適用場合。


圖1是三軸匯交等效復合球鉸的結構示意圖。
圖2是三軸匯交等效復合球鉸的正視圖。
圖3是單耳及單耳上的軸承安裝示意圖。
圖4是雙耳軸示意圖。
圖5是三軸匯交等效復合球鉸的A-A剖面圖。
圖1中標號名稱1.單耳，2.單耳軸，3.內耳，4.外耳，5.雙耳軸。
圖3中標號名稱6.支桿，7.深溝球軸承(支桿)，8.平面軸承，9.雙列深溝球軸承，10.耳環(huán)。
圖4中標號名稱11.耳臂，12.通槽，13.通槽壁，14.雙耳軸軸端螺紋，15.軸孔。
圖5中標號名稱16.隔離環(huán)，17.單耳軸軸端螺紋，18.深溝球軸承(內耳)，19.角接觸球軸承，20.墊片。
具體實施方案如圖1～5所示，本發(fā)明所實現(xiàn)的三軸匯交等效復合球鉸，主要由單耳1、單耳軸2、內耳3、外耳4、雙耳軸5以及若干軸承等部件組成，內耳及外耳均為雙耳結構。
雙耳軸5中間沿軸向開有通槽12，且在垂直于通槽壁13的方向開有軸孔15。
單耳1可以分為支桿6、耳環(huán)10和耳臂11三個部分，在耳環(huán)10中嵌入雙列深溝球軸承9，軸承9外圈與耳環(huán)10孔間采用緊配合，耳環(huán)10寬度和軸承9寬度相同，并插入雙耳軸5的通槽12，通過單耳軸2連接；軸承9內圈端面與通槽壁13之間用墊片20隔離，以軸向固定軸承9內圈。
單耳軸2大部分位于雙耳軸5內，兩者形成十字節(jié)結構；單耳1的耳環(huán)10位于雙耳軸5內，這種設計保證了復合球鉸繞雙耳軸5的大范圍轉動以及準確的三軸匯交。
以單耳軸2為旋轉軸心，可以實現(xiàn)單耳1沿雙耳軸5正負軸向的雙向旋轉；設計耳臂11偏離支桿6與耳環(huán)10中心連線，使得雙向最大旋轉角度不對稱。對于一些應用場合，如“6-3”型Stewart平臺，由于其實際運動過程中，雙向工作角度是不對稱的，這種設計可以有效擴展平臺的運動范圍。內耳3、外耳4的轉軸重合，限制了兩耳繞轉軸以外的相對轉動，特別適合于需要限定滾珠絲杠軸向轉動自由度的應用場合。
單耳軸2軸端加工螺紋17，通過螺母緊固實現(xiàn)單耳軸2及單耳軸2上部件軸向固定；單耳軸2與雙耳軸軸孔15之間微過盈配合。
所述支桿6處安裝有軸承(根據(jù)需要可以是成對角接觸球軸承、平面軸承+深溝球軸承+角接觸球軸承等型式)，整個三軸匯交等效復合球鉸可以支桿6的軸線為軸做360度旋轉。
所述的內耳3通過嵌入的深溝球軸承18安裝于雙耳軸5上；所述的外耳4通過嵌入的角接觸球軸承19安裝于雙耳軸5上并在內耳3外側；內耳3內軸承18與外耳4內軸承19的內圈用隔離環(huán)16隔開；通過軸承18和軸承19，外耳4和內耳3可以分別以雙耳軸5為旋轉軸旋轉。雙耳軸5的兩端加工螺紋14，通過螺母緊固實現(xiàn)內耳3、外耳4等雙耳軸5軸上部件的軸向定位。
雙耳軸5外徑小于內耳3和外耳4孔徑，可以穿過內耳3和外耳4安裝。外耳4孔徑大于內耳3孔徑，便于分別安裝嵌入的軸承19和軸承18。
權利要求
1.一種三軸匯交等效復合球鉸，其特征在于由單耳(1)、單耳軸(2)、內耳(3)、外耳(4)、雙耳軸(5)組成，內耳及外耳均為雙耳結構；所述的雙耳軸(5)中間沿軸向開有通槽，且在垂直于通槽壁(13)的方向開有軸孔(15)；所述單耳(1)分為支桿(6)、耳臂(11)、耳環(huán)(10)三部分，在耳環(huán)(10)中嵌有軸承(9)；耳環(huán)(10)插入雙耳軸(5)的通槽(12)并通過單耳軸(2)相連；所述的內耳(3)通過嵌入的軸承安裝于雙耳軸(5)上；所述的外耳(4)通過嵌入的軸承安裝于雙耳軸(5)上并在內耳(3)外側；在雙耳軸(5)的兩端安裝有軸向固定螺母。
2.根據(jù)權利要求1所述的等效復合球鉸，其特征在于所述的單耳耳臂(11)偏離支桿(6)與耳環(huán)(10)中心連線。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的三軸匯交等效復合球鉸，其特征在于內耳(3)與外耳(4)轉軸重合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三軸匯交等效復合球鉸，屬于剛性連接元件技術領域。主要由單耳(1)、單耳軸(2)、內耳(3)、外耳(4)、雙耳軸(5)以及若干軸承等部件組成。其中雙耳軸(5)中間開有通槽，槽壁開有軸孔，單耳(1)的耳環(huán)插入其中并通過單耳軸(2)連接；內耳(3)、外耳(4)通過嵌入的軸承分別安裝于雙耳軸(5)。本發(fā)明具有結構緊湊、簡單，剛性大，轉動范圍大，容易加工的優(yōu)點，可準確實現(xiàn)三軸匯交?？梢詰迷谛枰獜秃锨蜚q的各種并聯(lián)機構，如并聯(lián)機器人、并聯(lián)機床、運動模擬器等以及其他適用場合。
文檔編號F16C11/06GK101033773SQ20071002140
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權日2007年4月10日
發(fā)明者顧宏斌, 劉暉, 陳大偉 申請人:南京航空航天大學