一种滑轮钢丝绳T型换向器的制作方法

本发明属于机械产品技术领域，涉及一种机械T型换向器，具体为一种滑轮钢丝绳T型换向器。

背景技术：

目前现有的机械T型换向器，大多是锥齿轮、蜗轮蜗杆、螺旋伞齿等齿轮传动方式。齿轮式换向器精度较高，但加工工艺复杂，价格昂贵，且用于类人机器人关节处的T型换向，大多都是有限角度的换向运动，不需要无限角度换向。故目前市场上缺少一种更易实现、成本低廉的机械换向器，以满足不同用户不同使用场合的市场需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足或缺陷，提供一种滑轮钢丝绳T型换向器，解决了齿轮换向器成本较高的问题，适用于有限角度的T型换向，尤其适用于类人机器人关节运动，且价格上较传统的换向器优势高，传递动力可媲美齿轮换向方式。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种滑轮钢丝绳T型换向器，其特征在于，包括箱体和位于所述箱体正下方的换向体，所述换向体与箱体之间通过纵向支撑座间接相连；

所述箱体上分别设有横向连接孔和纵向连接孔；所述箱体的横向连接孔与包括置于箱体外的横向滑轮在内的横向滑轮轴组件活动相连；

所述换向体的纵向设有换向体定位内圆面，所述纵向支撑座活动穿设在箱体的纵向连接孔与换向体定位内圆面之间，所述纵向支撑座与包括置于纵向支撑座外部的纵向滑轮在内的纵向滑轮轴组件活动相连；

所述换向体上水平设有与换向体定位内圆面的轴线相垂直的换向支撑孔、两个换向滑轮间隔平行设置在与所述换向支撑孔相垂直的换向体上，所述换向支撑孔内设有同时穿过所述两个换向滑轮的换向支撑轴组件；

所述纵向滑轮轴组件与横向滑轮轴组件通过两根途经所述两个换向滑轮且分别绕设在所述纵向滑轮与横向滑轮上的等长钢丝绳活动相连。

上述滑轮钢丝绳T型换向器，其中，

所述两根钢丝绳分别为第一钢丝绳和第二钢丝绳，所述第一钢丝绳上依次设有第一钢丝绳头、第一纵向圆弧、第一换向圆弧和第一钢丝绳尾；所述第二钢丝绳上依次设有第二钢丝绳头、第二横向圆弧、第二换向圆弧和第二钢丝绳尾。

所述横向滑轮与纵向滑轮上分别设有第一钢丝绳头槽、第二钢丝绳头槽及槽钢丝绳线槽；所述第一、第二钢丝绳上的第一、第二钢丝绳头对应配合搭接在横向滑轮上的第一钢丝绳头槽、第二钢丝绳头槽内；第一、第二钢丝绳上的第一、第二钢丝绳尾对应配合搭接在纵向滑轮上的第一钢丝绳头槽、第二钢丝绳头槽内。

所述纵向支撑座的外壁从上至下依次设有支撑座定位圆周面、支撑座紧固螺纹、换向体定位外圆面；

所述换向体上设有与纵向支撑座上的换向体定位外圆面配合连接的换向体定位内圆面，支撑座紧固螺纹的下端面即为换向体定位面，支撑座紧固螺纹的下部径向对称均布有两对扳手卡紧面。

所述横向滑轮轴组件包括由所述横向滑轮与横向轴杆一体组成的横向滑轮轴和间隔套设在横向轴杆上的两个横向支撑轴承以及连接在横向轴杆外螺纹上的横向紧固螺母；

所述纵向滑轮轴组件包括由所述纵向滑轮与纵向轴杆一体组成的纵向滑轮轴和间隔套设在纵向轴杆上的两个纵向支撑轴承以及连接在纵向轴杆外螺纹上的纵向紧固螺母。

所述换向支撑轴组件包括穿设在两个换向滑轮孔中的换向支撑轴和配合连接在该支撑轴与换向滑轮之间的两个活动轴承以及卡设在换向支撑轴伸出端上的轴用弹性挡圈。

进一步，

所述箱体上位于横向滑轮的上方设有控制横向滑轮轴旋转角度的限位机构。

所述横向滑轮轴组件的旋转角度限位机构包括弧形分布于箱体横向连接孔上方的若干个螺钉孔和通过螺钉连接在螺钉孔上的弧形限位块；

所述横向滑轮轴上设有与所述限位块的下端面紧密贴设的限位面。

更进一步，

所述箱体与换向体之间设有换向体相对于纵向支撑座的定位机构。

所述换向体上的定位机构包括：

对称分布在所述箱体的纵向连接孔外围且从箱体顶部垂直贯通的一个定位孔和若干个连接孔，对称分布在所述换向体定位内圆面外围的一个定位孔和若干个连接螺纹孔，以及同时穿设于所述箱体与换向体上的定位孔和连接孔及连接螺纹孔内的定位销轴螺栓及连接螺栓。

所述定位销轴螺栓及连接螺栓的底部至所述换向体的定位孔和螺栓孔约半个孔深的位置，其余孔位为与外部机械装置相连接的接口。

与所述换向支撑孔的轴线相垂直的换向体上设有两个换向滑轮槽，所述两个换向滑轮对应活动设置在向滑轮槽内；

所述两个滑轮槽分别第一滑轮槽与第二滑轮槽，所述第一滑轮槽与第二滑轮槽内的换向滑轮分别为第一换向滑轮与第二换向滑轮。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明采用滑轮钢丝绳换向技术，成本较传统的T型机械换向器优势高，在传统的锥齿轮换向、蜗轮蜗杆换向之下，增加和拓宽了机械T型换向器的领域，增大了机械T型换向器的应用范围。

2.本发明尤其适用于类人机器人关节、机械手臂关节，实现固定角度范围的换向运动。

3.本发明在箱体与换向体之间设有换向体的定位机构，将换向体定位在纵向支撑座上，换向体上的换向滑轮、纵向滑轮轴就可以作为一个整体，旋转纵向支撑座时，三者就可以一起沿轴向移动，从而可有效地起到减小钢丝绳传动间隙的作用。

4.本发明换向器传动动力方面可媲美同等尺寸的齿轮换向器。

总之，本发明通过对两根钢丝绳的间隙调节实现输入与输出的准确换向，尤其是可以使换向角度间的误差范围调节到最佳状态。

附图说明

图1是本发明涉及的一种滑轮钢丝绳T型换向器立体结构示意图；

图2是图1向后适度倾斜的立体结构示意图；

图3是图1中滑轮钢丝绳T型换向器的横向滑轮轴组件与纵向滑轮轴组件的与箱体及换向体之间的装配剖切结构立体图；

图4是图1中滑轮钢丝绳T型换向器的换向支撑轴组件与换向体之间的装配剖切结构立体图；

图5是图1、2中涉及的箱体结构示意图；

图6是图5中的箱体剖切结构示意图；

图7是图1、2中涉及的横向滑轮轴立体结构示意图；

图8是图1中涉及的换向体顶面投影立体结构示意图；

图9是图8的底面投影立体结构示意图；

图10是本发明图1-4中涉及的纵向支撑座的立体结构示意图；

图11是本发明T型换向器的爆炸图；

图12是本发明T型换向器的换向原理示意图。

图中：1-第一钢丝绳；1a-绳头；1b-换向圆弧；1c-纵向圆弧，1d-绳尾；

2-第二钢丝绳；2a-绳头；2b-横向圆弧；2c-换向圆弧；2d-绳尾；

3-螺钉；4-限位块；4a-限位面；5-横向支撑轴承；

6-横向滑轮轴；61-横向滑轮；62-横向轴杆；62d-横向滑轮轴外螺纹；

61a-横向滑轮第一绳头槽；61b-横向滑轮第二绳头槽；61c-横向滑轮钢丝绳线槽；61d-外螺纹，61e-限位面；

7-箱体；71-横向连接孔；72-纵向连接孔；7a-横向轴线，7b-纵向轴线，7c-纵向支撑座定位圆周面，7d-纵向连接孔内螺纹；7e-定位孔，7f-螺栓孔；7g-螺钉孔；

8-横向紧固螺母；9-纵向紧固螺母；10-纵向支撑轴承；

11-纵向支撑座，11a-支撑座定位圆周面，11b-支撑座紧固螺纹，11c-换向体定位外圆面，11d-扳手卡紧面，11e-换向体定位面；

12-纵向支撑座紧固螺母；

13-换向体；13a-换向体定位内圆面；13b-换向支撑孔；13c-定位孔，13d-连接螺纹孔；

13e-第一换向滑轮槽；13f-第二换向滑轮槽；13g-环形槽；

14-定位销轴螺栓；

15-纵向滑轮轴，151-纵向滑轮；152-纵向轴杆；152a-纵向滑轮轴外螺纹；151b-纵向滑轮轴第一钢丝绳头槽，151c-纵向滑轮轴钢丝绳线槽，151d-纵向滑轮轴第二钢丝绳头槽；

16-换向支撑轴；

17-第一换向滑轮，17a-第一换向滑轮换向绳槽；

18-滚针轴承；

19-第二换向滑轮，19a-第二换向滑轮换向绳槽；

20-轴用弹性挡圈；21-连接螺栓。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参见图1、2，配合参见图3-图12，本发明涉及一种滑轮钢丝绳T型换向器，其所采用的关键技术方案在于：

包括箱体7和位于箱体7正下方的换向体13，换向体13与箱体7之间通过纵向支撑座11间接相连。箱体7上分别设有横向连接孔71和纵向连接孔72；箱体7的横向连接孔71与包括置于箱体7外的横向滑轮61在内的横向滑轮轴组件活动相连。

所述换向体13的纵向设有换向体定位内圆面13a，纵向支撑座11活动穿设在箱体7的纵向连接孔72与换向体定位内圆面13a之间，纵向支撑座11与包括置于纵向支撑座11外部的纵向滑轮151在内的纵向滑轮轴组件15活动相连；

本实施例中，换向体定位内圆面13a的下方同轴设有向外扩展的环形槽13g，纵向滑轮151活动设置在换向体环形槽13g内。

如图11所示，本发明换向器上的横向滑轮轴组件包括由横向滑轮61与横向轴杆62一体组成的横向滑轮轴6和间隔套设在横向轴杆62上的两个横向支撑轴承5以及连接在横向滑轮轴外螺纹62d上的横向紧固螺母8。

本发明换向器上的纵向滑轮轴组件包括由纵向滑轮151与纵向轴杆152一体组成的纵向滑轮轴15和间隔套设在纵向轴杆152上的两个纵向支撑轴承10以及连接在纵向滑轮轴外螺纹151a上的纵向紧固螺母9。

进一步，如图1-3、11所示，箱体7上位于横向滑轮61的上方设有控制横向滑轮轴6旋转角度的限位机构；该限位机构包括弧形分布于箱体7横向连接孔71上方的若干个螺钉孔7g和通过螺钉3连接在螺钉孔7g上的弧形限位块4；横向滑轮轴6上设有与限位块4的下端面4a紧密贴设的限位面61e。

结合图2、图3，横向滑轮轴6由两个横向支撑轴承5支撑，横向支撑轴承5套设在箱体7内，横向滑轮轴6上设有外螺纹6d，横向紧固螺母8旋进外螺纹6d内，将横向滑轮轴6与横向支撑轴承5的内圈固定在一起；横向滑轮轴6可沿横向轴线7a做圆周运动，且被限位块4和螺钉3限定轴向位移；限位块4通过螺钉3固定在箱体7上，横向滑轮轴6上有限位面61e，横向滑轮轴6上的限位面61e和限位块4上的限位面4a贴合后，横向滑轮轴6无法转动，即横向滑轮轴6的旋转角度被限位块4限定，防止换向器在换向过程中第二钢丝绳2从横向滑轮61上脱离。

参见图8、9、11，箱体7与换向体13之间设有换向体13相对于纵向支撑座11的定位机构，该定位机构包括：对称分布在箱体7的纵向连接孔72外围且从箱体7顶部垂直贯通的一个定位孔7e和若干个连接孔7f，对称分布在换向体定位内圆面13a外围的一个定位孔13c和若干个连接螺纹孔13d，以及同时穿设于箱体7与换向体13上的定位孔7e、13c和连接孔7f、连接螺纹孔13d内的定位销轴螺栓14及连接螺栓21。

为了有效地拓展换向器的应用范围，本发明涉及的上述定位销轴螺栓14及连接螺栓21的底部仅至换向体13的定位孔13c和连接螺纹孔13d约半个孔深的位置，其余孔位为与外部机械结构或机械装置相连接的接口(图中未示出)。

如图8、9所示，换向体13上水平设有与换向体定位内圆面13a的轴线相垂直的换向支撑孔13b、与换向支撑孔13b的轴线相垂直的第一、第二换向滑轮槽13e、13f，第一、第二换向滑轮槽13e、13f内设有第一、第二换向滑轮17、19，换向体13的换向支撑孔13b内设有同时穿过第一、第二换向滑轮17、19的换向支撑轴组件。

如图2、3所示，纵向滑轮轴组件与横向滑轮轴组件通过途经第一换向滑轮17、第二换向滑轮19且分别绕设在纵向滑轮151与横向滑轮61上等长的第一钢丝绳1、第二钢丝绳2活动相连。

第一钢丝绳1上依次设有第一钢丝绳头1a、第一换向圆弧1b、第一纵向圆弧1c和第一钢丝绳尾1d；第二钢丝绳2上依次设有第二钢丝绳头2a、第二横向圆弧2b、第二换向圆弧2c和第二钢丝绳尾2d。

横向滑轮61与纵向滑轮151上分别设有第一、第二钢丝绳头槽61a、61b和第一、第二钢丝绳尾槽151b、151d及槽钢丝绳线槽61c、151c；其中，第一、第二钢丝绳1、2上的第一、第二钢丝绳头1a、2a对应配合搭接在横向滑轮61上的第一、第二钢丝绳头槽61a、61b内；第一、第二钢丝绳12上的第一、第二钢丝绳尾1d、2d对应配合搭接在纵向滑轮151上的第一、第二钢丝绳头槽151b、151d内。

参见图10、11，纵向支撑座11的外壁从上至下依次设有支撑座定位圆周面11a、支撑座紧固螺纹11b、换向体定位外圆面11c。

换向体13上设有与纵向支撑座11上的换向体定位外圆面11c配合连接的换向体定位内圆面13a，支撑座紧固螺纹11b的下端面即为换向体定位面11e，支撑座紧固螺纹11b的下部径向对称均布有两对扳手卡紧面11d。如图3、11所示，纵向滑轮轴15由两个纵向支撑轴承10支撑，纵向支撑轴承10套设在纵向支撑座11内，纵向滑轮轴15上开有外螺纹15a，纵向紧固螺母9旋进外螺纹15a内，将纵向滑轮轴15与纵向支撑轴承10的内圈固定在一起；纵向滑轮轴可沿纵向轴线7b做圆周运动，且被限定轴向位移；

纵向支撑座11上设有定位圆周面11a，定位圆周面11a与支撑座定位圆周面7c为配合关系，将纵向支撑座11定位在箱体7上；纵向支撑座11上开有支撑座紧固螺纹11b，箱体7上开有内螺纹7d，将纵向支撑座11旋进箱体7内，旋紧支撑座紧固螺母12，即可将纵向支撑座11固定在箱体7上。

如图8、9、11所示，换向体13上设有支撑孔13b，换向支撑轴16套设在支撑孔13b内，第一换向滑轮17、第二换向滑轮19通过滚针轴承18套设在换向支撑轴16上；第一换向滑轮17、第二换向滑轮19可沿换向支撑轴16的轴线做圆周运动；轴用弹性挡圈20卡在换向支撑轴16上，限制换向支撑轴16的轴向位移；换向体13上有换向体定位内圆面13a，换向体定位内圆面13a与换向体定位外圆面11c是配合关系；纵向支撑座11上设有换向体定位面11e，用于限定换向体13在箱体的纵向轴线7b上向内旋转时的轴向位移；换向体13上有定位孔13c，定位孔13c面向箱体7方向有一段为销孔，与定位销轴螺栓14为配合关系，定位销轴螺栓14与定位孔7e为配合关系，从而将换向体13定位在箱体7上，定位孔13c背向箱体7方向有一段螺纹孔，定位销轴螺栓14头部有一段外螺纹，可旋进螺纹孔内；换向体13上有连接螺纹孔13d，连接螺栓21与连接螺纹孔13d连接，将换向体13固定在箱体7上；纵向支撑座11上有扳手卡紧面11d，旋转纵向支撑座11即可带动换向体13在纵向轴线7b上轴向移动。

第一钢丝绳1的绳头1a套设在横向滑轮轴6的第一钢丝绳头槽6a内，换向圆弧1b贴合换向绳槽17a，纵向圆弧1c贴合钢丝绳线槽15c，绳尾1d套设在第一钢丝绳头槽15b内；第二钢丝绳2的绳头2a套设在第二钢丝绳头槽6b内，横向圆弧2b贴合钢丝绳线槽6c，换向圆弧2c贴合换向绳槽19a，绳尾2d套设在第二钢丝绳头槽15d内。

如图11所示，当横向滑轮轴6按箭头A的方向做圆周运动时，在第一钢丝绳头槽6a的带动下，第一钢丝绳1将贴合在钢丝绳线槽6c上，即第一钢丝绳1在钢丝绳线槽6c上贴合的长度增加；第一钢丝绳的运动带动第一换向滑轮17沿箭头C的方向转动；绳尾1d套设在第一钢丝绳尾槽15b内，由于钢丝绳在承载范围内长度变化量非常小，可认为是长度不变，第一钢丝绳1在钢丝绳线槽6c上增加的长度等于第一钢丝绳1在钢丝绳线槽15c上减少的长度，这样即可带动纵向滑轮轴15沿箭头B的方向转动；纵向滑轮轴15的转动使套设在第二钢丝绳尾槽15d内的绳尾2d运动，继而带动第二钢丝绳2贴合钢丝绳线槽15c；第二钢丝绳2的长度变化使第二换向滑轮19沿箭头D的方向转动；第二钢丝绳2的绳头2a套设在第二钢丝绳头槽6b内，即可使横向滑轮轴6沿箭头A的方向转动；第二钢丝绳2在钢丝绳线槽15c上增加的长度等于第二钢丝绳2在钢丝绳线槽6c上减少的长度；这样换向器即完成了某一瞬间的运动。

如图1所示，换向支撑轴16、第一换向滑轮17、第二换向滑轮19的中心线和纵向滑轮轴15的中心间距是固定不变的，但是第一换向滑轮17、第二换向滑轮19和纵向滑轮轴15相对于横向滑轮轴6的距离是可以变化的，间隙调节就是在这里。

换言之，所谓间隙调节就是把两个换向滑轮17、19、纵向滑轮轴15作为一个整体，相对于横向滑轮轴线的距离发生变化，从而达到预紧钢丝绳的目的，消除钢丝绳线头中心线间距误差。

如图1-4中所示，纵向滑轮轴15、横向滑轮轴6上均设有键槽(图中未示出)，分别用于连接输入与输出的；换向器的作用就是有一个方向的运动输入进来，然后经过换向输出另一个与其垂直的方向的运动。

此时便可在纵向键槽与横向键槽内分别安装输入件与输出件，在实现换向功能的同时，更进一步，通过第一钢丝绳1、第二钢丝绳2的间隙调节实现输入与输出的换向，尤其是输入与输出换向角度间的误差调节，使得本发明换向器的传递动力可媲美齿轮换向方式。

图12为本发明滑轮钢丝绳T型换向器的原理图，其换向原理大致如下：

图中的DS与圆a相切于S点，DS与圆e相切与D点；GR与圆b相切与R点，GR与圆e相切与G点；BC与圆a相切与B点，BC与圆f相切于C点；HU与圆b相切于U点，HU与圆f相切于H点；圆a、圆b直径相等，圆e、圆f的直径相等；圆e位于SD、GR共同决定的平面内，圆f位于AC、HU共同决定的平面内；BSDGR为第一钢丝绳，KUHCA为第二钢丝绳；第一钢丝绳的尾部R固定在圆b的圆弧上，可随圆b做圆周运动；第一钢丝绳的头部B固定在圆a的圆弧上，可随圆a做圆周运动；第二钢丝绳的头部K固定在圆b的圆弧上，可随圆b做圆周运动；第二钢丝绳的尾部A固定在圆a的圆弧上，可随圆a做圆周运动；M为圆a的圆心，N为圆b的圆心，过M做垂直于a面的垂线，过N做垂直于b面的垂线，相交于0点，∠MON＝90°；E为圆e的圆心，F为圆f的圆心；P、V、Q、T为固定支撑，圆可绕固定支撑在各自圆所在的平面内做圆周运动，无其他的自由度。

当圆a按照箭头1的方向绕P做圆周运动时，第一钢丝绳、第二钢丝绳在圆1、2上贴合的长度发生变化，第一钢丝绳在圆a上贴合长度的变化量与第二钢丝绳在圆a上贴合长度的变化量相同，第一钢丝绳在圆a、圆b上贴合长度的变化量相等，第二钢丝绳在圆a、圆b上贴合长度的变化量相等。

当圆a运动使第二钢丝绳的绳尾由A运动到A’时，第二钢丝绳在圆a上贴合长度的变化使圆f沿箭头4的方向做圆周运动，同时带动圆b旋转，使第二钢丝绳的绳头由K运动到K’；圆b的运动使第一钢丝绳的绳尾由R运动到R’，第一钢丝绳在圆b上贴合长度的变化使圆e沿箭头3做圆周运动，同时第一钢丝绳的绳头由A运动到A’，至此即完成某一瞬间的换向运动。

由此可知，换向运动的角度为90°；传动比为圆a、圆b直径比，即1∶1；传动角度范围为∠BMS。

本发明换向器所具备的张紧功能，其原理大致如下：

参见图6、11，旋转纵向支撑座11即可使旋转纵向支撑座11在纵向轴线7b上轴向移动，亦可使换向体13沿纵向轴线7b轴向移动；纵向支撑座11的轴向移动可使纵向滑轮轴15、第一换向滑轮17、第二换向滑轮19整体相对横向滑轮轴6在纵向轴线7b上轴向移动，即可起到张紧钢丝绳的作用；张紧调节完成后，旋转支撑座紧固螺母12，即可将纵向支撑座11固定在箱体7上，即可将纵向滑轮轴15、第一换向滑轮17、第二换向滑轮19相对横向滑轮轴6固定；由于定位销轴螺栓14将换向体13和箱体7相对定位，故在张紧调节的过程中，换向体13只有沿纵向轴线7b轴向移动这一个自由度；拧紧定位销轴螺栓14、连接螺栓21，即可固定换向体13。

换向体13上的连接螺纹孔13d既起到将换向体13固定在纵向支撑座11和箱体7上的作用，也起到连接外部机械结构、机械装置的作用。

本发明的换向器具有以下参数：传动比1∶1；换向角度90°；传动角度160°；传递动动力可媲美同等尺寸的齿轮换向器。