一种圆柱凸轮压簧式关节平衡机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种圆柱凸轮压簧式关节平衡机构，主要由压簧和圆柱凸轮组成，关节臂转动导致滚子和圆柱凸轮之间相对运动，压缩压簧产生平衡关节臂及与之相连部件重量的力矩。本发明结构简单，可用于关节臂式坐标测量机。
【专利说明】
一种圆柱凸轮压簧式关节平衡机构
技术领域
[0001]本发明涉及关节臂式坐标测量机领域，具体是一种圆柱凸轮压簧式关节平衡机构。
【背景技术】
[0002]关节臂式坐标测量机又被称之为柔性坐标测量机。关节臂式坐标测量机依据仿生学原理，模拟人体手臂的结构，是一种具有六个自由度的非正交坐标测量机。这种坐标测量机携带方便、测量范围大，其对测量环境要求不像正交坐标测量机那样严格，同时，由于具有六个自由度，可以实现空间复杂形状的测量，应用范围广泛。
[0003]关节臂式坐标测量机是一种手动测量仪器。假如没有平衡机构，无论关节臂式坐标测量机是否使用，都会带来不利影响。在测量工件时，需要操作人员手持测头和测量臂进行测量，即测头、测量臂以及部分关节的重量需要由操作人员负担，当进行长时间测量操作时，操作人员会产生疲劳感。尽管可以通过选用新型轻便的材料来减轻测量机的重量，然而并不能从本质上解决上述问题。当不进行测量，坐标测量机静止放置时，由于受到地心引力的作用，关节机构会在重力作用下产生下垂的现象，导致仪器倾斜，严重时可能损坏仪器。因此，在商品关节臂式坐标测量机上都安装有平衡装置。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种圆柱凸轮压簧式关节平衡机构，用于关节臂式坐标测量机。
[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种圆柱凸轮压簧式关节平衡机构，其特征在于:包括圆柱凸轮，所述圆柱凸轮的外轮廓由完全相同的两部分组成，圆柱凸轮上呈轴对称布置有两个滚子，两个滚子分别与关节臂固定在一起，还包括关节轴，圆柱凸轮通过导向装置沿轴向滑动安装在关节轴上，关节轴上套有压簧，压簧一端固定在圆柱凸轮上，压簧另一端固定在关节上；当转动关节臂时，滚子推动圆柱凸轮压缩压簧，压簧产生的反作用力作用于滚子，反作用力可以分解成轴向分力和与轴向垂直的分力，与轴向垂直的分力距离关节轴的距离为滚子中心至关节轴的距离，因此产生一个力矩。。
[0006]所述的一种圆柱凸轮压簧式关节平衡机构，其特征在于:所述圆柱凸轮直接与关节臂固定在一起，此时关节轴上沿轴向滑动安装有滑块，圆柱凸轮上滚子与关节轴上滑块固定在一起，关节轴上套有压簧，压簧一端固定在滑块上，压簧另一端固定在关节上；当转动关节臂时，圆柱凸轮推动滚子并通过滑块压缩压簧，压簧产生的反作用力通过滚子作用于圆柱凸轮，反作用力可以分解成轴向分力和与轴向垂直的分力，与轴向垂直的分力距离关节轴的距离为滚子中心至关节轴的距离，因此产生一个力矩。
[0007]本发明中，当转动关节臂时，滚子与圆柱凸轮相对运动，压缩压簧产生反作用力，反作用力分解成轴向分力和与轴向垂直的分力，与轴向垂直的分力距离关节轴不为零，因此产生一个力矩。当弹簧选择合理、凸轮设计合理时，该力矩可以抵消关节臂及与之相连部件的重量，起到平衡效果。
[0008]本发明的局限性:圆柱凸轮压簧式关节平衡机构所在关节的关节臂与轴之间的最大转动角度不能超过180度。
[0009]本发明的有益效果:由圆柱凸轮和压簧组成平衡机构，在关节转动过程中，由平衡机构产生的作用于轴上的力为沿轴向的拉力，由平衡机构产生的作用于轴上的力矩为绕轴向的扭矩，对关节臂式坐标测量机测量精度的不利影响小；同时，由于圆柱凸轮压簧式关节平衡机构简单，可以置于关节内部，使仪器外形简洁、美观。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的滚子与关节臂固定在一起时的圆柱凸轮压簧式关节平衡机构示意图。
[0011]图2是本发明的凸轮与关节臂固定在一起时的圆柱凸轮压簧式关节平衡机构示意图。
[0012]图3是本发明的圆柱凸轮曲线示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，一种圆柱凸轮压簧式关节平衡机构，包括圆柱凸轮3，圆柱凸轮3的外轮廓由完全相同的两部分组成，圆柱凸轮3上呈轴对称布置有两个滚子4，两个滚子4分别与关节臂5固定在一起，还包括关节轴I，圆柱凸轮3通过导向装置沿轴向滑动安装在关节轴I上，关节轴I上套有压簧2，压簧2—端固定在圆柱凸轮3上，压簧2另一端固定在关节上；当转动关节臂5时，滚子4推动圆柱凸轮3压缩压簧2，压簧2产生的反作用力作用于滚子4，反作用力可以分解成轴向分力和与轴向垂直的分力，与轴向垂直的分力距离关节轴I的距离为滚子4中心至关节轴I的距离，因此产生一个力矩。。
[0014]如图2所示，本发明结构还可以是:圆柱凸轮3直接与关节臂5固定在一起，此时关节轴I上沿轴向滑动安装有滑块6，圆柱凸轮3上滚子4与关节轴I上滑块6固定在一起，关节轴I上套有压簧2，压簧2—端固定在滑块6上，压簧2另一端固定在关节上；当转动关节臂5时，圆柱凸轮3推动滚子4并通过滑块6压缩压簧2，压簧2产生的反作用力通过滚子作用于圆柱凸轮3，反作用力可以分解成轴向分力和与轴向垂直的分力，与轴向垂直的分力距离关节轴I的距离为滚子4中心至关节轴I的距离，因此产生一个力矩。
[0015]本发明中，圆柱凸轮3上的滚子4与关节臂5固定在一起，圆柱凸轮3与轴I之间有导向装置，圆柱凸轮3可以沿轴向滑动，不能转动。当转动关节臂5时，滚子4推动圆柱凸轮3压缩压簧2，压簧2产生的反作用力作用于滚子4，反作用力可以分解成轴向分力和与轴向垂直的分力，与轴向垂直的分力距离轴I的距离为滚子中心至轴I的距离，因此产生一个力矩。
[0016]图2给出了本发明的另外一种实施方式的机构运动简图。圆柱凸轮3与关节臂5固定在一起，滚子4与轴I上的滑块6固定在一起，滑块5可以沿轴向滑动，不能转动。当转动关节臂5时，圆柱凸轮3推动滚子4并通过滑块6压缩压簧2，压簧2产生的反作用力通过滚子4作用于圆柱凸轮3，反作用力可以分解成轴向分力和与轴向垂直的分力，与轴向垂直的分力距离轴I的距离为滚子中心至轴I的距离，因此产生一个力矩。
[0017]图3给出了本发明的凸轮曲线设计示意图，由两段完全相同的曲线组成，因此，平衡机构所在关节的关节臂与轴之间的最大转动角度不能超过180度。
[0018]在圆柱凸轮曲线设计合理并选择相应合适弹簧的条件下，在关节臂转动时，圆柱凸轮压簧式关节平衡机构产生的力矩可以抵消关节臂及与之相连部件的重量，起到平衡效果ο
【主权项】
1.一种圆柱凸轮压簧式关节平衡机构，其特征在于:包括圆柱凸轮，所述圆柱凸轮的外轮廓由完全相同的两部分组成，圆柱凸轮上呈轴对称布置有两个滚子，两个滚子分别与关节臂固定在一起，还包括关节轴，圆柱凸轮通过导向装置沿轴向滑动安装在关节轴上，关节轴上套有压簧，压簧一端固定在圆柱凸轮上，压簧另一端固定在关节上；当转动关节臂时，滚子推动圆柱凸轮压缩压簧，压簧产生的反作用力作用于滚子，反作用力可以分解成轴向分力和与轴向垂直的分力，与轴向垂直的分力距离关节轴的距离为滚子中心至关节轴的距离，因此产生一个力矩。2.根据权利要求1所述的一种圆柱凸轮压簧式关节平衡机构，其特征在于:所述圆柱凸轮直接与关节臂固定在一起，此时关节轴上沿轴向滑动安装有滑块，圆柱凸轮上滚子与关节轴上滑块固定在一起，关节轴上套有压簧，压簧一端固定在滑块上，压簧另一端固定在关节上；当转动关节臂时，圆柱凸轮推动滚子并通过滑块压缩压簧，压簧产生的反作用力通过滚子作用于圆柱凸轮，反作用力可以分解成轴向分力和与轴向垂直的分力，与轴向垂直的分力距离关节轴的距离为滚子中心至关节轴的距离，因此产生一个力矩。
【文档编号】G01B21/00GK105865385SQ201610380386
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】李维诗, 于连栋, 夏豪杰, 潘成亮
【申请人】佛山市天目工业测量科技有限公司