专利名称：枢轴接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种枢轴接头，特别是一种高精度的球接头。
背景技术：
已知包括位于轴上的球的枢轴接头。在这种枢轴接头中，球形物位于轴上的球窝内，轴从球窝突出来。这些枢轴接头的缺点是精度不高，特别是由于球形物部件不是精确的球形。另一个缺点是当这些部件损坏时，替换的代价不低廉。
利用精研工艺可以制造出非常精确的精密球形部件(即，球轴承)。
发明内容
本发明提供了一种枢轴接头，包括球形物，安装在第一结构内，其中，相对于第一结构保持球形物的定位；第二结构，安装在球形物之上并且可相对于球形物移动，其中，第二结构具有至少一个支撑表面，限定其相对于球形物的位置。
该球形物优选通过与第一结构在至少两个位置接触而被保持在位。
优选该至少两个接触位置位于球形物的相对侧面。这两个位置可以沿直径相对，但这不是必要的，在某些情况下，例如当要求精密接合时，优选该接触位置形成三角形的顶点，三角形中心经过该球形物。
优选地，第二结构夹在第一结构和球形物之间。因此，第一和第二结构通过球形物相互连接。以这种构造，至少一个接触位置位于第二结构的任一侧上，即，在限定第二结构相对于球形物之位置的支撑表面每一侧上至少有一个接触位置。
在优选实施例中，至少其中一个接触位置是可以调节的。
优选利用至少四个与第一结构接触的接触点将球形物保持或固定在位。
当将球形物保持在位时，然后球形物可以相对于第一结构和第二结构移动。但是，当要求高精度的接合时，球形物需要相对于第一结构固定，并且因而固定在位。通过具有一个可以调节的接触位置，根据需要可以采用前述状态中的任何一个。
或者，利用锥形凹槽和至少一个接触点，将球形物相对于第一结构保持在位或予以固定。
优选地，第二结构具有三个支撑表面。或者，第二结构可以具有两个支撑表面。
在优选实施例中，第二结构受到偏压而与球形物接触。这种偏压可以由弹簧、磁体、真空部件或弹性带提供。
本发明的第二方面提供了一种将球形物相对于一结构保持在一个位置的方法，其中，通过球形物在至少两个位置与该结构接触而将球形物定位在该位置内。
优选地，所述至少两个位置位于球形物的相对两侧。
在优选实施例中，利用至少四个接触点将球形物保持或固定在位，或者，采用另一方式，利用锥形凹槽和至少一个接触点将球形物保持或固定在位。
本发明的第三方面提供了一种将一个结构定位于球形物上的方法，其中，该结构相对于球形物可以移动，该结构包括具有外围表面的孔口，用于将球形物容于其中，其中，所述外围表面的至少一个区域构造成与球形物滑动接触。
优选地，外围表面的至少两个区域构造成与球形物滑动接触，并且位于所述至少两个区域之间的外围表面区域构造成不与球形物接触。
根据本发明的枢轴接头能够以低成本制造出(高)精度的接头。具有精确球形表面的球轴承可以用于在两个结构之间产生光滑和精密的运动，而不需要高昂的精确机加工工艺。这些枢轴接头如此精确的其中一个原因是不需要使用螺纹支柱就可以将球形物保持或固定在位，而该支柱将会影响球形物表面的球形度和光滑性以及接合动作。
附图简要说明以示例方式并参照附图来说明本发明的实施例，在附图中
图1为使用本发明枢轴接头的座标量测量仪的立体图；图2为座标量测量仪上部的立体图，示出枢轴接头；图3为座标量测量仪的一个支柱的一端的平面图；图4为座标量测量仪上部的平面图，示出枢轴接头；图5为沿图4中A-A线的剖面图；图6为座标量测量仪的另一个支柱的一端的平面图；图7和图8示出枢轴接头内球形物的另一种夹持布置；和图9为座标量测量仪上部的立体图，示出另一种枢轴接头。
具体实施例方式
图1中示出一种座标量测量仪。该座标量测量仪包括下部的固定台10和上部的可移动台12。上部可移动台和下部固定台通过可伸缩支柱14连接，每个支柱的上端和下端通过枢轴接头连接到上台和下台。每个支柱都具有电机16以便增长和缩短其长度。
由于上台12仅由三个可伸缩支柱14支撑，该支柱通过枢轴接头与上台和下台连接，该上台可以围绕三个垂直轴线相对于下台10转动。为防止这一点，设有三个防转动装置20，该装置消除了三度的自由旋转，同时允许直线移动。该装置是被动的，即，没有电机或其他致动器。防转动装置20与上台、下台12、10之间的接头也是枢轴接头。
图2、4和5更详细地示出上台12与防转动装置20之间的枢轴接头。上台12设有结构切除部30。枢轴接头的球32由限定切除部30的外围的表面将其支承在切除部30内。图2中示出两个切除部30，其中一个与球接头的其他部件保持在位，而另一个没有。
球32由切除部30的两个相对表面34、36支承。第一弯曲表面34与球32的一侧接触，第二弯曲表面36利用两个接触点36A和36B与球32的下表面接触。由三个接触点34、36A和36B及由夹持件38、42提供的第四接触点来限定球32的定位。
在这一实施例中，夹持件包括垫片38和固定件42，例如螺钉或螺栓。垫片38位于上台12内切除部30提供的搁架41上，其下表面的边缘与球32接触。上台12设有孔40，该孔与垫片38的中心对齐，以便容纳抵靠球32而对垫片39予以保持的固定件42。因此，利用第一弯曲表面34、第二弯曲表面36上的两个接触点36A、36B和垫片38，将球32严格保持在位于其表面周围的四个位置处的固定位置。
图9中示出设在上台12和支柱14之间的另一个枢轴接头。上台12设有结构切除部130。枢轴接头的球32由切除部130的外围形成的表面支承在切除部130内。图9中示出两个切除部130，其中一个与球接头的其他部件保持在位，而另一个没有。
球32由切除部130的两个相对表面134、136支承。第一弯曲表面134与球32的下表面接触，第二弯曲表面136利用两个接触点136A和136B与球32的一侧接触。由三个接触点134、136A和136B及由夹持件38、42提供的第四接触点来限定球32的定位。
由于支柱14的定向是相对于防转动装置20转动，切除部130的接触表面的定向是相对于切除部30转动。这可从图1中看出。
可伸缩支柱14和防转动装置20的每一端都设有孔45，该孔配合在相应枢轴接头的球32之上。每个孔45的形状为具有三个间距120度的支撑表面43A、43B、43C，如图3所示。只有这三个支撑表面与球32接触。这些支撑表面与球32接触的区域很小，以便使表面之间的滑动最小化。这些小的接触区域也提供了支柱14或防转动装置20相对于球32的可重复定位。
尽管实施例示出包围球32的第二结构14、20，这不是必要的。因此，第二结构可以基本围绕着球，且结构内留有间隙(任何间隙的极限尺寸是球直径与第二结构支撑表面位置的函数)。
应当注意，尽管根据本发明，优选支柱14和防转动装置20都具有枢轴接头，但这不是必不可少的。
图6示出支撑表面的另一种布置。在此布置中，孔45为椭圆形，只有两个支撑表面46A和46B。由于支撑表面磨损，其更向下位于球的表面上，因此减少支撑表面与球之间的吓吱声音。当作用在支撑表面上的力平行于与支撑表面的平面相垂直的轴线时，这一布置特别合适(例如，如果在传动装置中使用球接头)。
支柱14和防转动装置20由良好的轴承材料制成，例如磷青铜。可以通过蚀刻然后加工或冲切出孔45来制造支柱14，以准确控制孔45的深度和几何形状。
图5中示出具有安装在枢轴接头上的防转动装置20的上台12的侧视图，图5是图4中A-A线的剖面图。可以看出，四个接触点中的三个将球32保持在位。这些接触点是第一弯曲表面34和设在上台12上的第二弯曲表面36上的两个接触点和垫片38的表面37。示出这些表面间隔设在球32的圆周周围。与球32接触的垫片38的表面37是位于垫片38的下表面与侧表面之间的削边，并且在垫片38的圆周表面周围延伸，因此无论垫片38怎样取向，表面37都会出现在球32面前。
在此图中，防转动装置20在适当位置，可以看到一个支撑表面43将与球32接触。在该图中看不到其他两个支撑表面。
球32与上台12和垫片38之间的四个接触点的定位使得防转动装置20的端部有足够的空间来围绕球32移动。另外，每个结构切除部30都具有切除凸起31，在球32的任一侧，以便为防转动装置20的端部提供出足够的机动空间。三个支撑表面43A、43B、43C与球保持接触，但在球上移动，以便使防转动装置20的臂围绕球32转动。
如果出现晃动，支撑表面弹开球，碰撞固体拦挡件(即切除结构30的边缘)，并返回到其在球上的位置。因此球接头进行自我保护。在需要高精度球接头的情况下，可以设置圆簧，例如，设在防转动装置20的两部分之间，以将支撑表面压迫到球32上。这种弹簧将有助于出现任何晃动后都把支撑表面返回到球上，并对结构增加刚性。本领域的技术人员会认识到，偏压装置在包括有本发明球接头的设备上的其他定位也会是有益的。
另一种将支撑表面压到球32上的方法是通过偏压第二结构14、20实现的。实现这一点的一种方式是提供一个板，板的一端夹在第二结构14、20上，另一端压迫球32。因此板像板簧一样作用。优选夹持端以可移动方式固定，例如利用螺钉来固定，以便可以移动球32来进行维修或更换。“板”一词包括适于提供偏压力的所有不同的形状和结构，例如垫片。这种板可以与垫片38配合使用或作为替换。
在枢轴接头中使用的球可以由任一种高/低摩擦材料或其他涂有高/低摩擦材料的其他材料制成。
尽管上述实施例说明了枢轴接头在座标量测量仪中的应用，这种枢轴接头不局限于在这种仪器中的应用，并且可以有其他应用。
而且，本发明不局限于上述将球进行定位的方法。尽管所述实施例描述了与球的四个接触点，其中一个接触点是可以调节的，可以与球有四个以上的接触点。另外，可以具有一个以上的可调接触点，例如四个接触点全都可以调节。
另一个将球牢固夹持在精确位置的方法示于图7中。球32位于锥形凹槽48内并且由固定装置52(如螺钉)保持在位，与球32具有一个接触点54。当然，固定装置52也可以与球32具有多个接触点(例如V形槽)。
图8示出将球牢固固定在一个精确位置的另一个方法。球32位于平表面52上，并且由固定装置52保持在位，所述固定装置具有锥形凹槽56与球32的表面接触。
球还可以由永久性方法保持在位，例如粘接、编住和焊接。但是，这些方法的缺点是球不能再移动。
枢轴接头的优点在于制造成本低并且易于组装。
将球予以保持的切除结构容易进行加工。自由球在这一结构内的可重复定位能够使球易于替换。而且，可以商业获得的精确球形物(例如，球轴承)在这一结构内的精确定位能够产生高精度的球接头。
在说明书全文中的短语“枢轴接头”中，“接头”一词的使用定义为包括具有一度、二度和三度自由度的枢轴接头，还包括具有两个或四个自由度的万向节。
权利要求
1.一种枢轴接头，包括安装在第一结构内的球形物，其中，保持球形物相对于第一结构的定位；和第二结构，安装在球形物上并且可以相对于球形物移动，其中，第二结构具有至少一个支撑表面，所述支撑表面限定第二结构相对于球形物的定位。
2.如权利要求1所述的枢轴接头，其中，该球形物通过与第一结构在至少两个位置接触而被保持在位。
3.如权利要求2所述的枢轴接头，其中，该至少两个接触位置位于球形物的相对侧面。
4.如权利要求3所述的枢轴接头，其中，第二结构夹持在第一结构和球形物之间
5.如权利要求2到4中任一项所述的枢轴接头，其中，至少一个接触位置是可以调节的。
6.如前述任一项权利要求所述的枢轴接头，其中，利用至少四个与第一结构接触的接触点将球形物保持或固定在位。
7.如权利要求1到5中任一项所述的枢轴接头，其中，利用锥形凹槽和至少一个接触点，将球形物相对于第一结构保持在位或予以固定在位。
8.如前述任一项权利要求所述的枢轴接头，其中，第二结构具有三个支撑表面。
9.如前述任一项权利要求所述的枢轴接头，其中，第二结构受到偏压而与球形物接触。
10.一种相对于一个结构将球形物保持在一个位置的方法，其中，通过球形物在至少两个位置与该结构接触，而将球形物定位在该位置内。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述至少两个位置位于球形物的相对两侧。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中，通过球形物在四个接触点与该结构接触，而将球形物定位在所述位置。
13.如权利要求10或11所述的方法，其中，通过在锥形凹槽内和至少一个接触点处与该结构接触，而将球形物定位在所述位置。
14.一种将一个结构定位在球形物上的方法，其中，该结构相对于球形物可以移动，该结构包括具有外围表面的孔口，用于接收球形物，其中，所述外围表面的至少一个区域构造成可以与球形物滑动接触。
15.如权利要求14所述的方法，其中，外围表面的至少两个区域构造成与球形物滑动接触，并且位于所述至少两个区域之间的外围表面区域构造成不与球形物接触。
16.一种枢轴接头，包括安装在第一结构内的球形物，其中，在至少两个位置，保持球形物相对于第一结构的定位，所述至少两个位置位于球形物的相对侧面；和第二结构，安装在球形物上并且可以相对于球形物移动，其中，第二结构具有至少一个支撑表面，所述支撑表面限定第二结构相对于球形物的定位，并且第二结构夹持在第一结构与球形物之间。
全文摘要
一种枢轴接头，具有安装在第一结构(30)内并且相对于第一结构被保持在位的球形物(32)，和第二结构(20)，该第二结构安装在球形物上并且可以相对于球形物移动。该第二结构具有限定其相对于球形物的位置的支撑表面(31，36)。通过与第一结构在至少两个位置接触而可以将球形物保持在位，所述至少两个接触位置可以在球形物的相对两侧，因此第二结构夹持在第一结构和球形物之间。接触位置可以是可调节的。
文档编号G01B3/00GK1527910SQ02814120
公开日2004年9月8日 申请日期2002年7月15日 优先权日2001年7月13日
发明者大卫·罗伯茨·麦克默特里, 大卫 罗伯茨 麦克默特里 申请人:瑞尼斯豪公司