專利名稱：復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可用于并聯(lián)機(jī)床的大角度球鉸關(guān)節(jié)，更特別地是指一種可實(shí)現(xiàn)大范圍偏轉(zhuǎn)的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)床是一種加工設(shè)備，是并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)和機(jī)床技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。在理論上，并聯(lián)機(jī)構(gòu)相對于串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有許多優(yōu)勢，比如剛度高、精度好、運(yùn)動速度快而靈活等。因此，近些年來出現(xiàn)了多種并聯(lián)機(jī)床產(chǎn)品。但隨著研究的不短深入，人們發(fā)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)床的高精度和高剛度很難體現(xiàn)出來，再加上這種機(jī)構(gòu)本身工作空間比較小，因此并聯(lián)機(jī)床的發(fā)展受到了一些阻礙，這其中，缺乏高精度和高剛性的并聯(lián)機(jī)床專用鉸鏈關(guān)鍵部件是重要原因之一。
并聯(lián)機(jī)床含有大量的關(guān)節(jié)，這些關(guān)節(jié)的精度和剛性直接影響到整機(jī)的性能。球鉸型關(guān)節(jié)在各類并聯(lián)機(jī)床中應(yīng)用非常廣泛。目前用于并聯(lián)機(jī)床的球鉸形式一般有兩種，一種是由球和球窩組成的直接球鉸；另外一種是由三個轉(zhuǎn)動副間接形成的等效球鉸。這兩種形式中，第一種球鉸由于是直接采用球和球窩結(jié)構(gòu)，其擺動范圍一般都很小，在45度以下，因此大大限制了并聯(lián)機(jī)床的工作空間。第二種球鉸的擺動空間雖然有所改善，但球鉸體積相對較大，實(shí)現(xiàn)三個轉(zhuǎn)軸共點(diǎn)和相互垂直都有很高的難度，而且零件多易產(chǎn)生裝配誤差，結(jié)構(gòu)剛性弱，不利于精度的提高。所以目前的球鉸結(jié)構(gòu)很難同時滿足擺動角度大、精度高、剛性好、易于制造等特點(diǎn)。研究開發(fā)可實(shí)現(xiàn)大角度偏轉(zhuǎn)、高精度、高剛性并且易于實(shí)現(xiàn)的球鉸對于推動并聯(lián)機(jī)床的發(fā)展具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)大范圍偏轉(zhuǎn)的適用于并聯(lián)機(jī)床使用的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，球鉸連桿的球頭可在球窩內(nèi)實(shí)現(xiàn)繞球鉸連桿自身軸線的自由轉(zhuǎn)動以及在限位槽中實(shí)現(xiàn)偏擺運(yùn)動；球鉸連桿與球窩整體可繞底座的軸線實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動。
本實(shí)用新型的一種復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，由球鉸連桿、球窩端蓋、球窩底部和底座構(gòu)成，所述球鉸連桿為采用機(jī)械加工方法一次加工成型，其一端為球頭，另一端為連桿，球頭與連桿接合處為滑柱；所述球窩端蓋由左端蓋和右端蓋組成，左端蓋和右端蓋的結(jié)構(gòu)相同，且采用機(jī)械加工方法一次加工成型，左端蓋的內(nèi)部為球面，右端蓋的內(nèi)部為球面，左端蓋和右端蓋上分別設(shè)有固定槽，左端蓋和右端蓋與球窩底部的支撐面的固定形成有一間隙；
所述球窩底部為采用機(jī)械加工方法一次加工成型，其上端部內(nèi)部是一球面，端部是支撐面，支撐面上設(shè)有螺紋孔，在球窩底部的上部對稱位置開設(shè)有第一槽口和第二槽口，球窩底部的下部是軸，軸穿過底座的軸孔且套接一鎖緊螺母；所述底座由固定套、深溝球軸承和角接觸球軸承構(gòu)成，固定套為采用機(jī)械加工方法一次加工成型，固定套的中心是孔，固定套的固緊面上設(shè)有安裝孔，深溝球軸承和角接觸球軸承固定在固定套上，角接觸球軸承的一端與軸卡合，另一端與深溝球軸承軸動配合連接；球窩端蓋的左端蓋內(nèi)部的球面和右端蓋球面與球窩底部的球面共同構(gòu)成球窩；球窩底部上部對稱開設(shè)的第一槽口和第二槽口與球窩端蓋的左端蓋和右端蓋與球窩底部的支撐面的固定形成的間隙共同構(gòu)成限位槽。
本實(shí)用新型復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)(1)偏轉(zhuǎn)范圍大這種球鉸的三個轉(zhuǎn)動中，有兩個可實(shí)現(xiàn)360度的無限制轉(zhuǎn)動，另外一個可實(shí)現(xiàn)最大可達(dá)±130度的偏轉(zhuǎn)，因此，該球鉸可以在任意方向最大偏轉(zhuǎn)為130度，這遠(yuǎn)大于目前球鉸的偏轉(zhuǎn)范圍；(2)結(jié)構(gòu)緊湊，易于實(shí)現(xiàn)這種球鉸采用了球體與球窩的結(jié)構(gòu)，避免了三個轉(zhuǎn)軸的同心問題，加工難度大大降低。另外，去掉中心轉(zhuǎn)軸以后，整個球鉸的尺寸得以減小，易于在各種并聯(lián)機(jī)床上應(yīng)用；(3)精度高球窩的結(jié)構(gòu)是由頂部的端蓋和底部球窩兩部分用螺栓連接而成的，這種連接方式最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以調(diào)整由于配合而產(chǎn)生的球與球窩之間的間隙。同時，球鉸底座部分采用成對使用的角接觸球軸承和兩個鎖緊螺母來調(diào)整沿底座軸線方向的間隙，提高其運(yùn)動精度；(4)剛性好該球鉸的剛性主要體現(xiàn)為球窩底部的剛性以及球和球窩的接觸剛度，由于這種球鉸結(jié)構(gòu)緊湊，因此易于實(shí)現(xiàn)整個球鉸的高剛性。
圖1是本實(shí)用新型球鉸關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是球鉸連桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3A是球窩端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3B是球窩端蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是球窩底部的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5A是底座的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5B是底座的剖視圖。
圖中 1.球鉸連桿11.球頭 12.連桿13.滑柱2.球窩端蓋 21.間隙 22.球面 23.球面24.右端蓋25.左端蓋 26.固定槽 3.球窩底部 31.球面32.支撐面33.鎖緊螺母34.軸 35.第一槽口 36.第二槽口37.螺紋孔4.底座 41.固定套 42.深溝球軸承43.角接觸球軸承44.固緊面 45.軸孔 5.限位槽具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型是一種可實(shí)現(xiàn)大范圍偏轉(zhuǎn)的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，該球鉸主要由球鉸連桿1、球窩端蓋2、球窩底部3和底座4構(gòu)成。其中，球鉸連桿1與球窩通過球頭與球窩直接配合來實(shí)現(xiàn)球鉸連桿1繞其自身軸線的360度轉(zhuǎn)動，同時，球鉸連桿1可在限位槽5內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大可達(dá)±130度的擺動，另外球窩端蓋2和球窩底部3可繞底座4實(shí)現(xiàn)360度的旋轉(zhuǎn)。這樣該球鉸可以實(shí)現(xiàn)在任意方向最大偏轉(zhuǎn)為130度，遠(yuǎn)大于目前球鉸的偏轉(zhuǎn)范圍。此外，該球鉸通過螺栓預(yù)緊的方法調(diào)整球鉸連桿1與球窩之間以及球鉸沿底座4軸線方向的間隙，有利于提高球鉸的運(yùn)動精度。本球鉸還具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、易于制造的特點(diǎn)，非常適于用作并聯(lián)機(jī)床的球鉸型關(guān)節(jié)，這對于擴(kuò)大并聯(lián)機(jī)床的工作空間以及提高機(jī)床的精度和剛度具有重要意義。
本實(shí)用新型的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，其球窩是由球窩端蓋2的左端蓋25內(nèi)部的球面23和右端蓋24球面22與球窩底部3的球面31共同構(gòu)成的。
本實(shí)用新型的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，其限位槽5是由在球窩底部3上對稱開設(shè)的槽口即第一槽口35和第二槽口36，以及球窩端蓋2的左端蓋25和右端蓋24與球窩底部3的支撐面32的固定形成的間隙21共同構(gòu)成的。
請參見圖1所示，本實(shí)用新型復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)由球鉸連桿1、球窩端蓋2、球窩底部3和底座4構(gòu)成，球鉸連桿1放置在由球窩端蓋2和球窩底部3內(nèi)部形成的球窩內(nèi)，球窩端蓋2和球窩底部3通過螺釘固定連接，球窩底部3通過軸34與底座4的深溝球軸承42和角接觸球軸承43軸動連接，底座4上設(shè)有安裝孔，其安裝孔通過螺釘用于將本實(shí)用新型球鉸關(guān)節(jié)與所需的一個安裝基面固定。
請參見圖2所示，在本實(shí)用新型中，球鉸連桿1為采用機(jī)械加工方法一次加工成型，其一端加工為球頭11，另一端加工為連桿12，球頭11與連桿12接合處加工成滑柱13，滑柱13的直徑比連桿12直徑小5～25mm，并且滑柱13的直徑與球窩端蓋2的左端蓋25與右端蓋24之間的間隙21的寬度大小適配。
請參見圖3A和圖3B所示，在本實(shí)用新型中，球窩端蓋2由左端蓋25和右端蓋24組成，左端蓋25和右端蓋24的結(jié)構(gòu)相同，且采用機(jī)械加工方法一次加工成型。左端蓋25的內(nèi)部為球面23結(jié)構(gòu)，右端蓋24的內(nèi)部為球面22結(jié)構(gòu)，左端蓋25和右端蓋24上分別設(shè)有固定槽26，通過螺釘將固定槽26與球窩底部3的支撐面32上設(shè)有的螺紋孔37相配合連接使左端蓋25與右端蓋24之間中間形成一間隙21，且間隙21寬度與球窩底部3上的第一槽口35和第二槽口36的寬度相等。
請參見圖4所示，在本實(shí)用新型中，球窩底部3為采用機(jī)械加工方法一次加工成型，球窩底部3上部內(nèi)部是一球面31，球窩底部3上部端部是支撐面32，支撐面32上設(shè)有螺紋孔37，在球窩底部3的上部對稱位置開設(shè)有第一槽口35和第二槽口36，球窩底部3的下部是軸34，軸34穿過底座4的軸孔45且套接一鎖緊螺母33。球窩端蓋2和球窩底部3采用螺釘固定連接后，通過軸34與深溝球軸承42和角接觸球軸承43的軸動連接，可以使球窩端蓋2和球窩底部3繞底座4實(shí)現(xiàn)360度的旋轉(zhuǎn)。進(jìn)而推導(dǎo)得到，球鉸連桿1、球窩端蓋2和球窩底部3可以繞底座4實(shí)現(xiàn)360度的旋轉(zhuǎn)。球窩端蓋2的球面22和球面23與球窩底部3的球面31構(gòu)成球鉸連桿1的球頭11運(yùn)動的球窩。
請參見圖5A和圖5B所示，在本實(shí)用新型中，底座4由固定套41、深溝球軸承42和角接觸球軸承43構(gòu)成，固定套41為采用機(jī)械加工方法一次加工成型，固定套41的中心是孔，固定套41的固緊面44上設(shè)有安裝孔，安裝孔通過螺釘用于將本實(shí)用新型復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)與所需的一個安裝基面固定。深溝球軸承42和角接觸球軸承43固定在固定套41上，角接觸球軸承43的一端與軸34卡合，另一端與深溝球軸承42軸動配合連接，即深溝球軸承42放置在角接觸球軸承43的下方。
本實(shí)用新型球鉸關(guān)節(jié)的運(yùn)動關(guān)系為(一)球鉸連桿1的球頭11在球窩端蓋2和球窩底部3構(gòu)成的球窩中實(shí)現(xiàn)繞其自身軸線方向360度的轉(zhuǎn)動；(二)球鉸連桿1在限位槽5內(nèi)實(shí)現(xiàn)±130度偏轉(zhuǎn)，解決了現(xiàn)有球鉸連桿只能在小范圍內(nèi)進(jìn)行的偏轉(zhuǎn)缺陷；(三)由于球窩底部3的軸34與底座4的深溝球軸承42和角接觸球軸承43的軸動配合，又因球窩端蓋2和球窩底部3通過螺釘固定連接，所以球鉸連桿1、球窩端蓋2和球窩底部3可以繞底座4實(shí)現(xiàn)360度的旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，其特征在于由球鉸連桿(1)、球窩端蓋(2)、球窩底部(3)和底座(4)構(gòu)成，所述球鉸連桿(1)為采用機(jī)械加工方法一次加工成型，其一端為球頭(11)，另一端為連桿(12)，球頭(11)與連桿(12)接合處為滑柱(13)；所述球窩端蓋(2)由左端蓋(25)和右端蓋(24)組成，左端蓋(25)和右端蓋(24)的結(jié)構(gòu)相同，且采用機(jī)械加工方法一次加工成型，左端蓋(25)的內(nèi)部為球面(23)，右端蓋(24)的內(nèi)部為球面(22)，左端蓋(25)和右端蓋(24)上分別設(shè)有固定槽(26)，左端蓋(25)和右端蓋(24)與球窩底部(3)的支撐面(32)的固定形成有一間隙(21)；所述球窩底部(3)為采用機(jī)械加工方法一次加工成型，其上端部內(nèi)部是一球面(31)，端部是支撐面(32)，支撐面(32)上設(shè)有螺紋孔(37)，在球窩底部(3)的上部對稱位置開設(shè)有第一槽口(35)和第二槽口(36)，球窩底部(3)的下部是軸(34)，軸(34)穿過底座(4)的軸孔(45)且套接一鎖緊螺母(33)；所述底座(4)由固定套(41)、深溝球軸承(42)和角接觸球軸承(43)構(gòu)成，固定套(41)為采用機(jī)械加工方法一次加工成型，固定套(41)的中心是孔，固定套(41)的固緊面(44)上設(shè)有安裝孔，深溝球軸承(42)和角接觸球軸承(43)固定在固定套(41)上，角接觸球軸承(43)的一端與軸(34)卡合，另一端與深溝球軸承(42)軸動配合連接；球窩端蓋(2)的左端蓋(25)內(nèi)部的球面(23)和右端蓋(24)球面(22)與球窩底部(3)的球面(31)共同構(gòu)成球窩；球窩底部(3)上部對稱開設(shè)的第一槽口(35)和第二槽口(36)與球窩端蓋(2)的左端蓋(25)和右端蓋(24)與球窩底部(3)的支撐面(32)的固定形成的間隙(21)共同構(gòu)成限位槽(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，其特征在于球鉸連桿(1)的滑柱(13)直徑比連桿(12)直徑小5～25mm，并且滑柱(13)的直徑與間隙(21)的寬度大小適配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，其特征在于間隙(21)寬度與球窩底部(3)上的第一槽口(35)和第二槽口(36)的寬度相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，其特征在于球鉸連桿(1)的球頭(11)在球窩中實(shí)現(xiàn)繞其自身軸線方向360度的轉(zhuǎn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，其特征在于球鉸連桿(1)在限位槽(5)內(nèi)實(shí)現(xiàn)±130度偏轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，其特征在于球鉸連桿(1)、球窩端蓋(2)和球窩底部(3)繞底座(4)實(shí)現(xiàn)360度的旋轉(zhuǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可實(shí)現(xiàn)大范圍偏轉(zhuǎn)的復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)，它由球鉸連桿、球窩端蓋、球窩底部和底座構(gòu)成，球鉸連桿與球窩通過球頭與球窩直接配合來實(shí)現(xiàn)球鉸連桿繞其自身軸線的360度轉(zhuǎn)動，同時，球鉸連桿可在限位槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大可達(dá)±130度的擺動，另外球窩端蓋和球窩底部可繞底座實(shí)現(xiàn)360度的旋轉(zhuǎn)。本復(fù)合球鉸關(guān)節(jié)具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、易于制造的特點(diǎn)，非常適于用作并聯(lián)機(jī)床的球鉸型關(guān)節(jié)，這對于擴(kuò)大并聯(lián)機(jī)床的工作空間以及提高機(jī)床的精度和剛度具有重要意義。
文檔編號B23Q1/25GK2810871SQ20052010380
公開日2006年8月30日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者陳五一, 白志富 申請人:北京航空航天大學(xué)