專利名稱：一種牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸的制作方法
技術領域：
本發明涉及空間構型裝備及并聯機器人領域，更具體的說，是涉及一種牙嵌式鎖
緊無間隙虎克鉸。
背景技術：
空間并聯構型裝備及先進數字化制造裝備不斷向高智能化發展，對制造裝備各功能部件的要求也越來越高。虎克鉸作為機械裝備運動位姿調節機構，可以實現空間坐標內的俯仰、偏擺和旋轉運動。 現有虎克鉸通常采用一個十字軸及兩個相互垂直的節叉構成，其中的上節叉和下節叉常做成整體式，工藝性差，尤其是裝配工藝不好保證。而且，這類結構不能完全消除轉動過程中的間隙，很難實現高精度轉動。同時，這類機構還存在結構尺寸偏大的缺陷，無法用于那些對結構尺寸有約束要求的場合。
發明內容
本發明是為了克服現有技術中的不足之處，提供一種結構緊湊、無間隙、工藝性有保障，能夠滿足高精度的運動傳遞的虎克鉸。
本發明通過下述技術方案實現 —種牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸，其特征在于，包括上半節叉、下半節叉和十字軸，所述上半節叉由兩個結構相同且對稱設置的上半節叉單元組成，每個上半節叉單元包括一體的上半圓柱形軸體和上半節叉體、上牙嵌齒，兩個上半圓柱形軸體合并后上端裝入上傳動軸內孔中并通過上定位銷與上傳動軸固定連接，所述上傳動軸的同一端面上與兩個半圓柱形軸體相對應的位置分別設置有凹槽，兩個上牙嵌齒分別裝入兩個凹槽中，所述上牙嵌齒的周向側面為與上半圓柱形軸體相應的平面，所述上牙嵌齒的徑向側面為錐面；所述上傳動軸退刀槽處的螺紋上連接有上調節螺母，所述上調節螺母與所述上牙嵌齒相應處的內孔為與所述上牙嵌齒徑向齒側面相應的錐臺，與所述上牙嵌齒相應位置的兩個上半圓柱形軸體之間設置有上調節間隙；所述下半節叉由兩個結構相同且對稱設置的下半節叉單元組成，每個下半節叉單元包括一體的下半圓柱形軸體和下半節叉體、下牙嵌齒，兩個下半圓柱形軸體合并后下端裝入下傳動軸內孔中并通過下定位銷與下傳動軸固定連接，所述下傳動軸的同一端面上與兩個下半圓柱形軸體相對應的位置分別設置有凹槽，兩個下牙嵌齒分別裝入兩個凹槽中，所述下牙嵌齒的周向側面為與下半圓柱形軸體相應的平面，所述下牙嵌齒的徑向側面為錐面，所述下傳動軸退刀槽處的螺紋上連接有下調節螺母，所述下調節螺母與所述下牙嵌齒相應處的內孔為與所述下牙嵌齒徑向齒側面相應的錐臺，與所述下牙嵌齒相應位置的兩個下半圓柱形軸體之間設置有下調節間隙；所述十字軸包括相交成十字的兩根軸，兩根軸的端部分別為圓錐狀，所述十字軸中的一根軸的兩個圓錐端分別插入上半節叉的兩個上半節叉體上的兩個錐孔中，另一根軸的兩個圓錐端分別插入下半節叉的兩個下半節叉體上的兩個錐孔中。
所述上牙嵌齒的徑向側面為錐頂角為12-20°的錐面，所述下牙嵌齒的徑向側面為錐頂角為12-20°的錐面。 所述十字軸中兩根軸的端部分別為錐頂角為55° -75°的圓錐。 所述兩個上半圓柱形軸體合并后上調節間隙以上部分的兩個半圓柱形軸體與所
述上傳動軸內孔之間為過盈配合，所述兩個下半圓柱形軸體合并后下調節間隙以下部分的
兩個半圓柱形軸體與所述下傳動軸內孔之間為過盈配合。 所述上調節螺母與所述上牙嵌齒相應處的內孔為錐頂角與上牙嵌齒的徑向齒側面的錐頂角角度相同的錐臺，所述下調節螺母與所述下牙嵌齒相應處的內孔為錐頂角與下牙嵌齒的徑向齒側面的錐頂角角度相同的錐臺。
本發明具有下述技術效果 1、本發明的牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸的上半節叉和下半節叉分別由兩個結構相同且對稱設置的單元組成，通過兩個上半節叉單元和兩個下半節叉單元與錐端十字軸所形成的兩個傳動副，使得兩個上半節叉單元的合并體和兩個下半節叉單元的合并體沿著兩個獨立的軸旋轉，傳動精度高，工藝性好，裝配方便，精度高。 2、本發明的牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸的十字軸的端部為圓錐狀，通過與上半節叉和下半節叉連接的兩個相對的錐面接觸實現傳動，并通過調節螺母鎖緊端面牙嵌齒，消除上半節叉或下半節叉與十字軸之間的間隙，實現無間隙精密兩自由度關節傳動，保證傳動的平穩性、靈活性，而且，在局部上用多件簡單零部件實現了單個復雜零件的功能，有效縮小了外形尺寸，具有結構簡單緊湊、無間隙、外形小、運動平穩、活動自如，傳動精度高等優點，工藝性有保障。同時由于改變了結構，使得系統的裝配與調整也非常方便，可用于高精度兩自由度轉動傳動。
圖1為本發明一種牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸的整體 圖2為圖1的A-A剖視 圖3為圖1的B-B剖視圖。
具體實施例方式
以下結合具體實施例對本發明詳細說明。 本發明一種牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸的示意圖如圖l至圖3所示，包括上半節叉1、下半節叉2和十字軸3，上半節叉1由兩個結構相同且對稱設置的上半節叉單元1-1、1-2組成，上半節叉單元1-1包括一體的上半圓柱形軸體10-1和上半節叉體11-1、上牙嵌齒13-1，上半節叉單元1-2包括一體的上半圓柱形軸體10-2和上半節叉體11-2、上牙嵌齒13-2，兩個上半圓柱形軸體10-1、 10-2合并后上端裝入上傳動軸4內孔中并通過上定位銷6與上傳動軸固定連接，上傳動軸4的同一端面上與兩個半圓柱形軸體10-l、10-2相對應的位置分別設置有凹槽12，兩個上牙嵌齒13-l、13-2分別裝入兩個凹槽12中，上牙嵌齒13-l、13-2的周向側面為與半圓柱形軸體相應的平面，上牙嵌齒13-l、13-2的徑向側面為錐頂角為12-20°的錐面。所述上傳動軸退刀槽14處的螺紋上連接有上調節螺母5，上調節螺母5與上牙嵌齒13-l、13-2相應處的內孔為錐頂角與上牙嵌齒的徑向齒側面的錐頂角角
4度相同的錐臺，與上牙嵌齒13-1、13-2相應位置的兩個上半圓柱形軸體10-1、10-2之間設 置有上調節間隙15。下半節叉2由兩個結構相同且對稱設置的下半節叉單元2-1、2-1組成， 下半節叉單元2-1包括一體的下半圓柱形軸體16-1和下半節叉體17-1、下牙嵌齒19-1，下 半節叉單元2-2包括一體的下半圓柱形軸體16-2和下半節叉體17-2、下牙嵌齒19-2，兩個 下半圓柱形軸體16-l、16-2合并后下端裝入下傳動軸7內孔中并通過下定位銷9與下傳 動軸7固定連接，下傳動軸7的同一端面上與兩個下半圓柱形軸體16-l、16-2相對應的位 置分別設置有凹槽18，兩個下牙嵌齒19-1 、19-2分別裝入兩個凹槽18中，下牙嵌齒19-1、 19-2的周向側面為與下半圓柱形軸體16-1、16-2相應的平面，下牙嵌齒16-1、 16-2的徑向 側面為錐頂角為12-20°的錐面。下傳動軸退刀槽20處的螺紋上連接有下調節螺母8，下 調節螺母8與下牙嵌齒19-l、19-2相應處的內孔為錐頂角與下牙嵌齒的徑向齒側面的錐頂 角角度相同的錐臺，與下牙嵌齒19-1、19-2相應位置的兩個下半圓柱形軸體16-1、16-2之 間設置有下調節間隙21。所述十字軸3包括相交成十字的兩根軸3-l、3-2，兩根軸的端部 分別為錐頂角為60°的圓錐狀，十字軸中的一根軸3-1的兩個圓錐端分別插入上半節叉的 兩個上半節叉體11-1 、 11-2上的兩個錐孔中，另一根軸3-2的兩個圓錐端分別插入下半節 叉的兩個下半節叉體17-1、17-2上的兩個錐孔中。 為了提高調整的精度，所述兩個上半圓柱形軸體合并后上調節間隙以上部分的兩
個半圓柱形軸體與所述上傳動軸內孔之間為過盈配合，所述兩個下半圓柱形軸體合并后下
調節間隙以下部分的兩個半圓柱形軸體與所述下傳動軸內孔之間為過盈配合。 當旋緊上調節螺母5時，調節螺母5端面處的內部錐孔壓緊上牙嵌齒13-l、13-2
的錐面處，從而收縮上半節叉單元l-l、l-2的兩軸合并處的調節間隙15的間距，徑向收縮
上半節叉單元l-l、l-2的兩上半節叉體11-l、ll-2與十字軸中軸3-1兩端圓錐狀的間隙。
當旋緊下調節螺母8時，調節螺母8端面處的內部錐孔壓緊下牙嵌齒19-1 、 19-2的錐面處，
從而收縮下半節叉單元2-l、2-2的兩軸合并處的調節間隙21的間距，徑向收縮下半節叉單
元2-l、2-2的兩下半節叉體17-l、17-2與十字軸中軸3-2兩端圓錐狀的間隙。本發明的牙
嵌式鎖緊無間隙虎克鉸通過四個獨立的錐面進行傳動，運動平穩、活動自如，傳動精度高。
在實際應用時，將上傳動軸或下傳動軸與機構的一個部件相連接，將另一傳動軸與第二個
部件相連接，在動力裝置的驅動下兩個部件即可發生兩個自由度的相對旋轉，可用于高精
度兩自由度轉動傳動，例如機器人及精密機械的精密傳動等。
權利要求
一種牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸，其特征在于，包括上半節叉、下半節叉和十字軸，所述上半節叉由兩個結構相同且對稱設置的上半節叉單元組成，每個上半節叉單元包括一體的上半圓柱形軸體和上半節叉體、上牙嵌齒，兩個上半圓柱形軸體合并后上端裝入上傳動軸內孔中并通過上定位銷與上傳動軸固定連接，所述上傳動軸的同一端面上與兩個半圓柱形軸體相對應的位置分別設置有凹槽，兩個上牙嵌齒分別裝入兩個凹槽中，所述上牙嵌齒的周向側面為與上半圓柱形軸體相應的平面，所述上牙嵌齒的徑向側面為錐面；所述上傳動軸退刀槽處的螺紋上連接有上調節螺母，所述上調節螺母與所述上牙嵌齒相應處的內孔為與所述上牙嵌齒徑向齒側面相應的錐臺，與所述上牙嵌齒相應位置的兩個上半圓柱形軸體之間設置有上調節間隙；所述下半節叉由兩個結構相同且對稱設置的下半節叉單元組成，每個下半節叉單元包括一體的下半圓柱形軸體和下半節叉體、下牙嵌齒，兩個下半圓柱形軸體合并后下端裝入下傳動軸內孔中并通過下定位銷與下傳動軸固定連接，所述下傳動軸的同一端面上與兩個下半圓柱形軸體相對應的位置分別設置有凹槽，兩個下牙嵌齒分別裝入兩個凹槽中，所述下牙嵌齒的周向側面為與下半圓柱形軸體相應的平面，所述下牙嵌齒的徑向側面為錐面，所述下傳動軸退刀槽處的螺紋上連接有下調節螺母，所述下調節螺母與所述下牙嵌齒相應處的內孔為與所述下牙嵌齒徑向齒側面相應的錐臺，與所述下牙嵌齒相應位置的兩個下半圓柱形軸體之間設置有下調節間隙；所述十字軸包括相交成十字的兩根軸，兩根軸的端部分別為圓錐狀，所述十字軸中的一根軸的兩個圓錐端分別插入上半節叉的兩個上半節叉體上的兩個錐孔中，另一根軸的兩個圓錐端分別插入下半節叉的兩個下半節叉體上的兩個錐孔中。
2. 根據權利要求1所述的牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸，其特征在于，所述上牙嵌齒的徑向側面為錐頂角為12-20°的錐面，所述下牙嵌齒的徑向側面為錐頂角為12-20°的錐面。
3. 根據權利要求1所述的牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸，其特征在于，所述兩個上半圓柱形軸體合并后上調節間隙以上部分的兩個半圓柱形軸體與所述上傳動軸內孔之間為過盈配合，所述兩個下半圓柱形軸體合并后下調節間隙以下部分的兩個半圓柱形軸體與所述下傳動軸內孔之間為過盈配合。
4. 根據權利要求1所述的牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸，其特征在于，所述上調節螺母與所述上牙嵌齒相應處的內孔為錐頂角與上牙嵌齒的徑向齒側面的錐頂角角度相同的錐臺，所述下調節螺母與所述下牙嵌齒相應處的內孔為錐頂角與下牙嵌齒的徑向齒側面的錐頂角角度相同的錐臺。
全文摘要
本發明公開了一種牙嵌式鎖緊無間隙虎克鉸，旨在提供一種結構緊湊、無間隙、工藝性有保障，能夠滿足高精度運動傳遞的虎克鉸。包括帶牙嵌齒的上半節叉和下半節叉、十字軸。上半節叉由兩個結構相同且對稱設置的上半節叉單元組成，每個上半節叉單元包括一體的上半圓柱形軸體和上半節叉體、上牙嵌齒，上傳動軸上有兩個凹槽，兩個上牙嵌齒分別裝入兩個凹槽中，上傳動軸上裝有上調節螺母。下半節叉的結構與上半節叉結構相同。十字軸的端部為圓錐狀。本發明通過十字軸與上半節叉和下半節叉組成的兩對相對的錐面接觸實現傳動，通過調節螺母與牙嵌齒配合調節兩叉頭與十字軸的間隙，結構緊湊，傳動精度高，便于裝配和調整，可用于高精度兩自由度轉動傳動。
文檔編號F16D3/26GK101737433SQ201010108709
公開日2010年6月16日 申請日期2010年2月11日 優先權日2010年2月11日
發明者寇金寶, 梁艷書, 洪林, 郭桂梅 申請人:天津商業大學