夹片摩擦铰链 本发明的技术背景
本发明涉及一种产生扭矩的摩擦铰链。尤其是通过一个或多个夹片沿径向挤压杆从而在轴和夹片间产生旋转摩擦力或扭矩的铰链装置。
铰链装置用于支承构件，使其相对主体处于预定的角度位置。比如：摩擦铰链用于笔记本式电脑，使其屏幕相对电脑底座处于不同的角度位置。也可用于支承机动车的挡风玻璃，使其处于各种不同的角度位置。
有一种摩擦铰链装置应用螺旋弹簧缠绕在杆上，是弹簧铰链。在自由状态下，弹簧的内径要小，于杆的外径，这样以来，当弹簧摩擦地套到杆的表面后，杆和弹簧就有可能一起旋转。在工作时，杆同旋转构件相连接，当此旋转构件和杆一起旋转时，弹簧的一末端或称“趾端”会接触到静止机体上的制动销，通过这种接触，弹簧就会相对杆滑动，甚至转动。这就产生了力矩。这种弹簧铰链可以被设计用来提供一种在整个旋转运动过程中比较稳定的扭矩或阻力。
另一种摩擦铰链装置是轴向挤压铰链。一个轴向挤压铰链包括至少两个在轴上相互挤压的摩擦片。这种轴向挤压摩擦铰链是利用沿平行轴的轴线的挤压力来工作的。一个摩擦片同一转臂相接，另一摩擦片固定在杆上。当转臂相对杆旋转时，摩擦片间的摩擦力产生扭矩。
无论是弹簧铰链，还是轴向挤压铰链都有其局限和不足之处。拿轴向挤压铰链来说，将摩擦片连接到摆臂上以及固定在杆上都不易做到。尤其是为增大扭矩而在杆上添加了摩擦片后，更难将摩擦片连接到摆臂上。具体说来，每添加一个摩擦片，就需增加一个转臂与其连接。由于多数部件的空间限制。增加转臂的做法不切合实际。
轴向挤压铰链还需要一个装置传递足够大的轴向压力以保持摩擦片之间的摩擦存在。通常说来，要保持对摩擦片恒定的轴向压力是比较困难的，这样就会产生我们不希望看到的力矩大小不稳定的现象。
而且，摩擦片与转臂地个别连法情况会影响由轴向挤压铰链产生的整个扭矩。这样一来，摩擦效果不恒定或不可预测，也会导致扭矩的不恒定。
还有，摩擦片的制造有特定的公差要求。尺寸的变化会明显地影响整个装置的扭矩，这给零件的加工制造带来了困难。 至于弹簧铰链，如果一部件要求一较大扭矩的话，原用弹簧铰链往往整体尺寸太大。应用弹簧铰链，显著增大扭矩最有效的办法是增加在杆上弹簧的圈数。这样就显著增加了容纳整个装置所需的外包装的尺寸。由于多数部件的空间限制，增加弹簧的做法不切合实际。
而且，弹簧铰链要求弹簧的末端同支撑基座紧固或接合，这样，当杆相对于支撑基座旋转时弹簧能够保持稳定状态。可是，如果弹簧地末端被延伸从而与支撑基座上的制动部件接合时，这种接合仅仅在杆沿一个方向转动时方可发生。在另外的转动反向下，弹簧会脱离制动部件，而让弹簧随杆旋转。因而，弹簧铰链的产生力矩是单向的。双向的弹簧铰链也是有的。但这要求在弹簧的两末端同支撑基座相接合，从而在杆在任一种转向方向下，弹簧都能保持稳定。
弹簧铰链也要求很精确的机械公差。弹簧的末端必须精确地端接在支撑结构的制动部分。弹簧末端相对制动部分的难确位置，对于弹簧铰链的性能至关重要。如果弹簧末端与制动部分距离太大，弹簧装置就会自由摆动，也就是说在弹簧与制动部分接合前不产生扭矩。另一方面，如果弹簧末端与制动销的径向公差太小，制动销会使弹簧“悬浮”于杆上而不生或产生很小扭矩。
还有，弹簧铰链的整个扭矩通常受装置的制动部件影响很大。具体说来，弹簧铰链的所有扭矩受到支撑基座上的制动销的显著影响。当弹簧末端与支撑基座制动销接合时，弹簧会“松开”，也就是说，减少对杆的挤压，这样就会减小弹簧和杆的磨擦力，从而减少了弹簧铰链产生的扭矩。
本发明克服了已有技术存在的上述及其他问题。
本发明概述
本发明涉及一种由第一和第二构件及固位构件组成的产生扭矩装置。第一构件包括一臂二臂和连接件。一臂和二臂具有内外表面，并围成孔隙。一臂和二臂之间断开。当构件在自由状态下时，至少有一个内表面或外表面具有预定的直径大小。第二构件具有同第一构件的内表面或外表面相接合的表面。限位构件衔接在第一构件的连接部位，使得第二构件在作相对限位构件旋转运动的同时，相对第一构件旋转。
在本发明的一个实施例中，第二构件为一可旋转的杆。当第一构件处于自由状态时，杆的一个表面的外径大于第一构件的内表面预定直径。杆的外表面而与第一构件的内表面作静配合。限位构件同第一构件的连接部位接合，使得杆在作相对限位件转动的同时，相对第一构件转动。
在本发明的另一实施例中，第二构件是一轴套。当第一构件处在自由状态下时，轴套是有一个内径小于第一构件外表面的预定直径的表面。轴套的表面同第一构件的外表面作静配合。限位构件包括一个同第一构件的连接部位相衔接的杆，使得轴套在作相对杆转动的同时，相对第一构件转动。
附图简介
图1：本发明一个最佳实施例摩擦铰链的示意图。
图1A：本发明摩擦铰链一个最佳实施例的一端面视图。
图2：本发明摩擦铰链一个最佳实施例的部分装配示意图。
图3：本发明摩擦铰链一个最佳实施例的一块夹片机构的示意图。
图4：本发明摩擦铰链第一次改进示意图。
图5：本发明摩擦铰链第二次改进示意图。
图6：本发明摩擦铰链第二次改进后的一块夹片机构的示意图。
图7：本发明摩擦铰链第三次改进示意图。
图8：本发明摩擦铰链第三次改进后的一块夹片的示意图。
图9：本发明摩擦铰链第四次改进的示意图。
图10：本发明摩擦铰链第四次改进后的一块夹片的示意图。
图11：描述了如何自一单片材料制成多块夹片。
图12：本发明摩擦铰链第五次改进后的一块夹片的示意图。
图13：本发明摩擦铰链第六次改进后的一块夹片的示意图。
最佳实施例的详细描述
图1-3表示的是本发明所述的一种产生扭矩装置20。装置20包括：具有杆表面24的杆22，一组夹片26和限位构件28。构件26同杆22的表面24摩擦接合，限位构件28具有限位内表面29。
每一压板26都有外表面27，包括连结部位30、一臂32和二臂34。一臂32和二臂34不相接，从而形成缝隙36。一臂和二臂32和34包括内面39。由面39组成孔38(参见图3)。当构件26处于自由状态时，构件内表面39直径小于杆表面24外径。因而，当杆22穿过孔38同构件26相连时，构件内表面39同杆面24摩擦接合。构件26的臂32和34对杆22施加径向压力。
在本发明的一个最佳实施例中。一臂32和二臂34的构件外表面27形成一个环形。连接部位30包括具有沿着一臂32和二臂34所形成园周切线方向延伸的园形突出边缘的矩形突起部分。这样以来，构件外表面27的轮廓基本为圆形，带有沿圆切线以外的突出部分。该轮廓直径即为沿构件22的径向距离，从而使得臂32和34的径向厚度要比构件26的轴向厚度大得多。
在本发明的最佳实施例中，限位件28提供了较大的空间容纳构件26和杆22。限位件28具有螺旋形机体，其横截面实际上与构件外表面27轮廓相匹配，纵向一区域与外表面27的轮廓相衔接。限位内表面29形状与构件外表面27形状相同。在这个包含一臂32和二臂34的大体为圆形的区域内，限位内表面29离开构件26，从而形成沟缝35(参见图1A)。突起部分(包括连结部位30)沿远离圆环方向延伸与限位内表面29直接接合。
在操作时，装置20用来产生扭矩。限位件28安装到静止装置上，比如笔计本电脑的底部上。杆22同可旋转构件相连，比如笔计本电脑的显示屏。构件26与杆22之间的摩擦产生扭矩，从而被用来支撑显示屏使其相对于底座处于各种不同的角度位置。
当杆22旋转时，比如说，电脑显示屏被支起来，由杆表面24和构件内表面39之间产生的摩擦使构件26产生与杆22一同旋转的趋势。然而，限位内表面29同构件26的连结部分30相接合，使得构件26在杆22旋转时不能相对限位件28旋转。
在操作时，对构件26相对杆22转动的限制，导致了电脑显示屏相对底座被支起时产生对转动的阻力，也即扭矩。在上述最佳实施例中，部件20产生的阻力在杆22的任意转动方向时，大体保持不变。如果臂32和34选择不等的径向厚度或距离连结部位30不等的径向长度可以产生相反方向的不等扭矩(见图13)。
本发明装置较之在先设计可以较小的装置产生较大的扭矩。通过在杆22上添加构件26便可增大扭矩。不象前面所述的弹簧铰链，其增大扭矩时更换整个弹簧，本发明的机件相对要细一些。这样可以在不显著增大设备整体体积的情况下，应用本发明随意增大扭距。
同样，如果前述轴挤压铰链需增加连结臂以增大扭矩时，应用本发明不需要更换整个弹簧，因而，相对于在先技术而言，本方法装置的体积要小一些。
另外，应用本装置勿需费很大气力去固定或稳定弹簧下端。如前面所述，固定弹簧下端的方法会影响产生力矩。然而，应用本发明装置，产生的力矩不受防转部件的影响。具体地说，本发明的防转部件，也就是机件连接部位与摩擦机件，也就是杆的外表面和机件的内表面，是分离的。
图4表示的是本发明的另一力矩产生装置40，装置40包括具有表面24的杆22，数个夹片构件26和限位机件42。机件26同杆22的表面24摩擦接合，限位件42具有同构件外表面27相接触的内限位表面44。
杆22和构件26如同上面描述的装置20那样相互作用。但是，限位机件42仅仅包围构件26的连结部位30。固位内表面44与连结部位30的构件外表面27轮廓相似。
操作过程中，扭矩产生装置40如同上述装置20一样是用来产生扭矩的。当杆22转动时，杆22与构件26之间的摩擦使得构件26随杆22一同旋转。限位内表面44同构件26的连接部位30接合，这样当杆22旋转时，构件26就不能相对限位件42旋转，因而就产生了转动的阻力，也即扭矩。
图5和6表示的是本发明的另一种产生扭矩装置50。装置50包括具有杆表面54的杆52，数个夹片构件56和限位件58。机件56同杆52的杆表面54摩擦接合，分别具有第一连接部位60和第二连接部位62，从而构成了槽64(参见图6)。限位件58径直插入槽64中且有一个限位外表面59。这样一来，限位外表面59至少有一个部位同时与第一连接部位60及第二连接部位62同时接触。
操作过程中，装置50同上述装置20一样是用来产生扭矩的。当杆52转动时，杆52和构件56之间的摩擦导致机件56有同杆52一同旋转的趋势。然而，限位件58的外限位面59与第一连接部位60或第二连接部位62接合，使得构件56不能在杆52转动时相对限位部件58转动。
例如，如果杆52以图5所示箭头51所示方向转动，构件56也就有以相同方向转动的趋势。可是，当杆52旋转时，第一连接部位60同限位外表面59接触，从而使得构件56不能转动。同样，当杆52以图5所示箭头51的反向旋转时，构件56也会有以同样的方向转动的趋势，第二连接部位62将与限位外表面59接触面使构件56无法转动。
在任一种转动方向下，限位外表面59与第一连接部位60或第二连接部位62的静配合都会产生转动的阻力，即扭矩。装置50产生的扭矩大体上与杆52的转动方向相同。
图7和图8表示的是本发明的另一种产生扭矩的装置70，装置70包括具有杆表面74的杆72、数块夹片构件76和限位件78。构件76同杆72的杆表面74摩擦接合。限位件78具有同外表面77相接触的限位内表面79。
杆72和构件76如同上面描述的装置20那样相互作用。但是，构件76包括连接部位80，一臂82，二臂84，其形成一矩形外形。这样，表面77的外轮廓大体上为矩形(参见图8)。
限位件78只与构件76的连接部位80接合，限位内表面79的轮廓在连接部位80与构件外表面77的轮廓相同。
操作过程中，装置70同上述装置20一样能够产生扭矩。当杆72转动时，杆72与构件76之间的摩擦导致构件76有同杆72一起旋转的趋势。但是，限位内表面79同构件76的连接部分80接触，从而使构件76不能相对限位件78转动。这样就产生了扭矩。
图7和10表示的是本发明的另一产生扭矩装置90。装置90包括一非圆形杆92，具有外表面97的数个夹片构件96以及具有内表面99的套筒98。构件外表面97同套筒内表面99摩擦接合。
每一构件96都具有一外表面97和一臂102和二臂104。两臂102和104不相接，因而形成槽106，从而适于确定了连接部位100。两臂尚有内表面109确定的孔108(参见图10)。当构件106处于自由状态时，构件外表面97的直径较之套筒内表面99的直径要大。因而，当将构件96装入套筒98时，套筒内表面99与外表面97摩擦接合。
杆92有杆表面94，其上有连接着连接区100的衔接部位110。连接部分100的形状适于与接合部分110相配合，以便轴92可被插入构件96，同时将它们装入内套筒98。
操作过程，扭矩产生装置90被用来产生扭矩。套筒98安装在固定装置上。杆92同一可旋转机件相连。构件96和套筒98之间的摩擦产生扭矩，并以此使旋转机件相对于静止装置处于各种角度位置。
当杆92转动时，衔接部位110和部位100的衔接，再加上构件外表面97同套筒内表面99的静配合产生的摩擦，使倒置套筒98有随同杆92旋转的趋势。可是，由于套筒98固定在静止的装置上。构件96会相对套筒98滑动而产生摩擦，也就会产生扭矩。在杆92任意方向转动下，装置90产生大致与轴92转向相同方向的扭矩。
如图11所示，可以由一块平板材料120切制出数块夹片构件26，一些加工诸如模锻，精细冲压和EDM可以用来以相对较低成本制造高互换性的构件26。依这种方法，可以生产具有很严格公差要求的构件26用于本发明装配产生可再现的扭矩。
已有的铰链设计，比如说弹簧铰链，由白平材料依靠很复杂的加工过程制造圆形的构件。这就导致了零件制造精度不稳定，从而带来了扭矩的不恒定。通过避免这些成形工序，本发明产生了很平稳的扭矩。
利用模锻处理，可以轻而易举地改变厚材料形状而获得构件26。例如，构件56(参见图6)，构件76(参见图8)，构件96(参见图10)都可以模锻方法获得。而且，可以获得具有不同连接部位30的构件26。图12-13表示了分别相对应于连接部位132和142的构件130和140。
本发明所述的包括带有连接部位132的构件130扭矩产生装置应该具有一限位件，此限位件被加工成一定形状与连接部位132相接，用以阻止构件130与横穿其中的杆一起作相对转动。
构件140包括连接部位142和缝隙144，连接部位142邻近缝隙144而不是直接越过它。这样，本发明所述的包含带有连接部位142的构件140的扭矩产生装置就能产生不同的扭矩，依穿越构件140的杆的转动方向而定。
虽然已对本发明结合最佳实施例进行了说明，但是，本行业有经验的技术人员仍可以认识到，在不超出本发明的精神和发明范围内，还可以在形式和细节上进行变化。