一体化铰链机构.pdf

一体化铰链机构，属于机械制造技术领域。本发明公开了一种一体化铰链机构，包括在回转轴轴线方向上依次设置的万向铰十字轴、万向铰上轴、万向铰下轴、圆螺母、顶环、回转轴轴承、回转轴挡盖和回转轴，在所述万向铰十字轴两个轴向上分别设置的十字轴轴承和十字轴挡盖，以及用来实现回转铰链、万向铰链或球铰功能的锁紧销钉；通过在所述铰链机构的不同位置设置锁紧销钉锁紧相应的轴，实现回转铰链、万向铰链或球铰功能。此机构可以用于需要重构的装备中，减少了铰链的数量并降低了成本，以满足机构快速变化的需求；且其构成的球铰与传统球铰相比具有更易对旋转中心进行标定的特点。

1.  一体化铰链机构，其特征在于：该铰链机构包括在回转轴轴线方向上依次设置的万向铰十字轴(1)、万向铰上轴(2)、万向铰下轴(3)、圆螺母(4)、顶环(5)、回转轴轴承(6和7)、回转轴档盖(8)和回转轴(9)，在所述万向铰十字轴(1)两个轴向上分别设置的十字轴轴承和十字轴档盖，以及用来实现回转铰链、万向铰链或球铰功能的锁紧销钉；所述回转轴(9)的轴线通过万向铰十字轴(1)的两个轴的交点；所述万向铰十字轴(1)的一个轴两端分别设有位于与所述轴的轴线平行但不重合的一根轴线上的锥销孔，所述万向铰十字轴(1)的另一个轴两端也分别设有位于与所述轴的轴线平行但不重合的一根轴线上的锥销孔，所述十字轴档盖上设有与所述万向铰十字轴(1)上锥销孔相对应的锥孔；所述回转轴(9)的一端设有位于与回转轴轴线平行但不重合的两根轴线上的两个锥孔，所述回转轴档盖(8)上设有与所述回转轴上锥孔相对应的锥销孔；通过在所述铰链机构的如下位置设置锁紧销钉实现不同功能：
所述各锥销孔处均不设置锁紧销钉，实现球铰功能；
在所述回转轴的锥孔和回转轴档盖上相应锥销孔中设置锁紧销钉，锁紧回转轴实现万向铰链功能；
在所述万向铰十字轴两个轴轴端上的锥销孔和十字轴档盖上相应锥孔中设置锁紧销钉，锁紧万向铰十字轴的两个轴实现绕回转轴转动的回转铰链功能；
在所述万向铰十字轴一个轴轴端上的锥销孔和十字轴档盖上相应锥孔中设置锁紧销钉，锁紧该轴，并在所述回转轴的锥孔和回转轴档盖上相应锥销孔中设置锁紧销钉，锁紧回转轴，从而实现绕万向铰十字轴轴端未锁紧的一个轴转动的回转铰链功能。

2.  根据权利要求1所述的铰链机构，其特征在于：所述万向铰下轴是由万向铰的下轴和所述回转轴的外壳组成的。

3.  根据权利要求1所述的铰链机构，其特征在于：所述十字轴轴承和十字轴档盖的数量各为四个。

一体化铰链机构
技术领域
本发明属于机械制造、机器人技术领域，涉及一种集成回转铰链、万向铰链和球铰功能的铰链机构。
背景技术
随着经济的全球化进程日益加快，制造业面临着激烈的国际竞争，因此企业必须快速而有效地响应市场变化，推出满足市场的新产品。为了利用有限的资源提高企业的生产能力就要求有效地利用现有的生产装备，通过对装备的重构而改变产品的工艺、产量、质量等。
在制造装备中，大量使用了回转铰链、万向铰链和球铰这类基本的运动副部件，其中回转铰链允许两个构件绕一根轴进行相对的旋转运动；万向铰链两个构件绕两根相互垂直的轴进行相对的旋转运动；球铰则允许两个构件绕三根相互垂直的轴进行相对的旋转运动。在根据需要对装备进行重构时，不可避免地将涉及回转铰链、万向铰链和球铰的需要相互更换的场合。
发明内容
本发明的目的是设计一种集成回转铰链、万向铰链和球铰功能的铰链机构，可以用于需要重构的装备中，减少了铰链的数量并降低了成本，以满足机构快速变化的需求。
本发明公开了一种集成回转铰链、万向铰链和球铰功能的一体化铰链机构，其特征在于：该铰链机构包括在回转轴轴线方向上依次设置的万向铰十字轴、万向铰上轴、万向铰下轴、圆螺母、顶环、回转轴轴承、回转轴档盖和回转轴，在所述万向铰十字轴两个轴向上分别设置地十字轴轴承和十字轴档盖，以及用来实现回转铰链、万向铰链或球铰功能的锁紧销钉；所述回转轴的轴线通过万向铰十字轴的两个轴的交点；所述万向铰十字轴的一个轴两端分别设有位于与所述轴的轴线平行但不重合的一根轴线上的锥销孔，所述万向铰十字轴的另一个轴两端也分别设有位于与所述轴的轴线平行但不重合的一根轴线上的锥销孔，所述十字轴档盖上设有与所述万向铰十字轴上锥销孔相对应的锥孔；所述回转轴的一端设有位于与回转轴轴线平行但不重合的两根轴线上的两个锥孔，所述回转轴档盖上设有与所述回转轴上锥孔相对应的锥销孔；通过在所述铰链机构的如下位置设置锁紧销钉实现不同功能：
所述各锥销孔处均不设置锁紧销钉，实现球铰功能；
在所述回转轴的锥孔和回转轴档盖上相应锥销孔中设置锁紧销钉，锁紧回转轴实现万向铰链功能；
在所述万向铰十字轴两个轴轴端上的锥销孔和十字轴档盖上相应锥孔中设置锁紧销钉，锁紧万向铰十字轴的两个轴实现绕回转轴转动的回转铰链功能；
在所述万向铰十字轴一个轴轴端上的锥销孔和十字轴档盖上相应锥孔中设置锁紧销钉，锁紧该轴，并在所述回转轴的锥孔和回转轴档盖上相应锥销孔中设置锁紧销钉，锁紧回转轴，从而实现绕万向铰十字轴轴端未锁紧的一个轴转动的回转铰链功能。
本发明所述万向铰下轴是由万向铰的下轴和所述回转轴的外壳组成的。
本发明所述十字轴轴承和十字轴档盖的数量各为四个。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：通过使用适当的锁紧方式，该铰链机构可以实现回转铰链、万向铰链和球铰功能，在需要重构的装备中，减少了铰链的数量并降低了成本，满足机构快速变化的需求；另外其构成的球铰与传统球铰相比具有更易对旋转中心进行标定的特点。
附图说明
图1为本发明所述铰链机构的结构分解图。
图2a为本发明所述铰链机构的平面结构示意图。
图2b为图2a的A-A剖视图。
图2c为图2a的C向视图。
图2d为图2a的B-B剖视图。
图3为本发明所述铰链机构的锁紧销钉位置分解图。
图4a为万向铰十字轴的结构示意图。
图4b为图4a的左视图。
图5a为回转轴档盖的结构示意图。
图5b为图5a的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图，详细阐述本发明所述的集成回转铰链、万向铰链和球铰功能的铰链机构的结构及其工作原理。
如图1所示，本发明所述铰链机构包括在回转轴轴线方向上依次设置的万向铰十字轴1、万向铰上轴2、万向铰下轴3、圆螺母4、顶环5、回转轴轴承6和7、回转轴档盖8和回转轴9，在所述万向铰十字轴两个轴向上分别设置的十字轴轴承(标号10表示其中之一)和十字轴档盖(标号11表示其中之一)，以及用来实现回转铰链、万向铰链或球铰功能的锁紧销钉(标号12表示其中之一)。万向铰下轴3是由万向铰的下轴和所述回转轴的外壳组成的。十字轴轴承和十字轴档盖的数量各为四个。万向铰十字轴置于四个十字轴轴承上实现两个轴的转动以合成万向铰功能，回转轴置于回转轴轴承上实现回转铰链的功能。回转轴档盖8和十字轴档盖分别通过螺钉固定在万向铰下轴3和万向铰上轴2的相应位置上，以实现回转轴轴承6、7及万向铰十字轴轴承的定位。
如图2a-2d所示，回转轴9的轴线通过万向铰十字轴1的两个轴的交点，即万向轴的中心；所述万向铰十字轴1的一个轴两端分别设有位于与所述轴的轴线平行但不重合的一根轴线上的锥销孔20和22，所述万向铰十字轴1的另一个轴两端也分别设有位于与所述轴的轴线平行但不重合的一根轴线上的锥销孔19和21，所述十字轴档盖上设有与所述万向铰十字轴上锥销孔相对应的锥孔；所述回转轴9的一端设有位于与回转轴轴线平行但不重合的两根轴线上的两个锥孔，所述回转轴档盖8上设有与所述回转轴上锥孔相对应的锥销孔23和24；通过在所述铰链机构的不同位置设置锁紧销钉实现不同功能。
所述锁紧销钉为内螺纹圆锥销，可用相应的拔销螺钉(标号13表示其中之一)将锁紧的锁紧销钉(标号14表示其中之一)拔出以解锁。
将锁紧销钉14和16分别插入十字轴1的与其对应的锥销孔20和22时，绕十字轴1与锁紧销钉14和16平行的轴的转动被锁死，同理，将锁紧销钉12和15分别插入十字轴1的与其对应的锥销孔19和21时，绕十字轴1与锁紧销钉12和15平行的轴的转动被锁死，而将锁紧销钉17和18分别插入回转轴挡盖8的与其对应的锥销孔23和24时，绕回转轴的转动被锁死。
万向铰上轴2上的六个环形均布的孔(标号25表示其中之一)和回转轴9上六个环形分布的孔(标号26表示其中之一)作为所述铰链机构与其他机构或构件的接口。
图3为本发明所述铰链机构的锁紧销钉位置分解图。本发明的铰链机构实现球铰功能时，所述各锥销孔处均不设置锁紧销钉；该铰链机构实现万向铰链功能时，将所述回转轴9的锥孔和回转轴档盖上相应锥销孔中设置锁紧销钉17和18，锁紧回转轴9；本发明的铰链机构实现回转铰链功能时，有以下3种方式：
1)在万向铰十字轴1两个轴轴端上的锥销孔19、20、21和22，及十字轴档盖上相应锥孔中设置锁紧销钉12、14、15和16，锁紧万向铰十字轴1的两个轴实现绕回转轴9转动的回转铰链功能；
2)在万向铰十字轴1的一个轴轴端上的锥销孔19和21，及十字轴档盖上相应锥孔中设置锁紧销钉12和15，锁紧该轴，并在所述回转轴9的锥孔和回转轴档盖8上相应锥销孔中设置锁紧销钉17和18，锁紧回转轴9，从而实现绕万向铰十字轴轴端未锁紧的一个轴转动的回转铰链功能；
3)在万向铰十字轴1的另一个轴轴端上的锥销孔20和22，及十字轴档盖上相应锥孔中设置锁紧销钉14和16，锁紧该轴，并在所述回转轴9的锥孔和回转轴档盖8上相应锥销孔中设置锁紧销钉17和18，锁紧回转轴9，从而实现绕万向铰十字轴轴端未锁紧的一个轴转动的回转铰链功能。
本发明所述铰链机构作为提供两个机构绕三根相互垂直的轴进行相对的旋转运动而作为球铰使用时，由于三根轴所在的位置均可通过轴所在轴孔进行测量，因此其构成的球铰与传统球铰相比具有更易对旋转中心进行标定的特点。
图4a和图4b中表示了万向铰十字轴1上的用于锁紧的四个锥销孔19、20、21和22的示意位置。
图5a和图5b中表示了回转轴档盖8上用于锁紧的两个锥销孔23和24的示意位置。