一种新型虎克铰的制作方法

1.本发明属于铰链机构技术领域，尤其涉及一种新型虎克铰。


背景技术：

2.虎克铰作为一种二自由度铰链，广泛应用于机械臂、传动等领域，是各类运动机构不可缺少的一种传动部件，其承载能力及工作可靠性直接影响设备的质量。
3.传统的虎克铰，其中心块及销轴一般为一体式成型结构，安装时，通过弹簧挡圈将销轴固定于基座上，或者使用螺钉固定的端盖将销轴顶紧。盖内结构，中心块不与基座发生接触，两个基座之间的力通过销轴传递，当沿销轴轴向力过大时，可能导致弹簧挡圈失效或端盖脱出，导致结构损坏。同时，对于螺钉固定的端盖，销轴对端盖的作用力方向与螺钉固定方向相同，更容易引发螺钉松脱，导致虎克铰失效。


技术实现要素：

4.本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种新型虎克铰，在保证结构运动灵活性不受影响的前提下，利用结构设计，增强虎克铰的承载能力；同时通过精简结构，消除沿销轴轴向的作用力，提高了虎克铰整体的可靠性。
5.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种新型虎克铰，包括：上基座、下基座、中心块、y向销轴、x向销轴ⅰ、x向销轴ⅱ和台阶螺钉；
6.上基座和下基座正交、上下对接设置；
7.中心块设置在上基座与下基座形成的腔体结构内；
8.y向销轴沿y向贯穿下基座和中心块；
9.x向销轴ⅰ和x向销轴ⅱ分别沿x向贯穿上基座和中心块；
10.台阶螺钉沿z向贯穿上基座、x向销轴ⅰ、y向销轴和x向销轴ⅱ后与中心块螺接固定，防止x向销轴ⅰ、y向销轴和x向销轴ⅱ从中心块脱出。
11.在上述新型虎克铰中，上基座，包括：上基座底座、耳片ⅰ和耳片ⅱ；
12.上基座底座上设置有上基座通孔；
13.耳片ⅰ和耳片ⅱ对称垂直设置在上基座底座上，位于上基座通孔两侧，形成u型结构；
14.耳片ⅰ上设置有耳片通孔ⅰ，耳片ⅱ上设置有耳片通孔ⅱ；其中，耳片通孔ⅰ与耳片通孔ⅱ同轴。
15.在上述新型虎克铰中，下基座，包括：下基座底座、耳片ⅲ和耳片ⅳ；
16.耳片ⅲ和耳片ⅳ对称垂直设置在下基座底座两侧，形成u型结构；
17.耳片ⅲ上设置有耳片通孔ⅲ，耳片ⅳ上设置有耳片通孔ⅳ；其中，耳片通孔ⅲ与耳片通孔ⅳ同轴。
18.在上述新型虎克铰中，中心块上设置有x向通孔、y向通孔和z向阶梯螺钉孔；其中，x向通孔、y向通孔和z向阶梯螺钉孔两两正交设置。
19.在上述新型虎克铰中，
20.上基座和下基座正交、上下对接设置后，耳片ⅰ、耳片ⅱ、耳片ⅲ和耳片ⅳ围成一个腔体结构；
21.中心块位于腔体结构内；
22.x向通孔、耳片通孔ⅰ、耳片通孔ⅱ同轴；
23.y向通孔、耳片通孔ⅲ、耳片通孔ⅳ同轴；
24.z向阶梯螺钉孔和上基座通孔同轴。
25.在上述新型虎克铰中，
26.y向销轴为圆柱结构，圆柱中间切削有上下对称的两个凹槽：上凹槽和下凹槽；其中，上凹槽和下凹槽共用一个凹槽底面，凹槽底面中心位置处设置有销轴孔ⅰ；
27.x向销轴ⅰ一端为圆柱结构，另一端为扁平的矩形悬臂ⅰ；其中，矩形悬臂ⅰ上设置有销轴孔ⅱ；
28.x向销轴ⅱ一端为圆柱结构，另一端为扁平的矩形悬臂ⅱ；其中，矩形悬臂ⅱ上设置有销轴孔ⅲ。
29.在上述新型虎克铰中，
30.矩形悬臂ⅰ嵌套安装在y向销轴的上凹槽内；
31.矩形悬臂ⅱ嵌套安装在y向销轴的下凹槽内；
32.销轴孔ⅰ、销轴孔ⅱ、销轴孔ⅲ、z向阶梯螺钉孔、上基座通孔同轴。
33.在上述新型虎克铰中，
34.中心块为等边四方棱柱结构；
35.耳片ⅰ和耳片ⅱ之间的间距与耳片ⅲ和耳片ⅳ之间的间距相同，均与中心块的宽度相同。
36.在上述新型虎克铰中，
37.上基座可绕x向销轴ⅰ和x向销轴ⅱ转动；
38.下基座可绕y向销轴转动。
39.在上述新型虎克铰中，
40.作用于上基座的各向作用力，通过中心块传递至下基座；
41.作用于下基座的各向作用力，通过中心块传递至上基座。
42.本发明具有以下优点：
43.(1)本发明公开了一种新型虎克铰，在保证结构运动灵活性不受影响的前提下，利用结构设计，增强虎克铰的承载能力；同时通过精简结构，消除沿销轴轴向的作用力，提高了虎克铰整体的可靠性。
44.(2)本发明公开了一种新型虎克铰，使作用于虎克铰基座的各向作用力可直接通过中心块传递至另一端的基座，作用力传递链路短，结构刚度高，适用于需要承载较大传递力矩或侧向作用力的场合。
45.(3)本发明公开了一种新型虎克铰，能够承受各个方向的作用力，且在各方向上无较大差异性变化，特别是在承载沿销轴方向的作用力时，由于作用力直接通过中心块传递，承载能力明显优于传统使用弹簧卡销固定销轴的虎克铰。
46.(4)本发明公开了一种新型虎克铰，各销轴均不承受沿轴向作用力，使用台阶螺钉
垂直轴向固定后，无脱出风险，可有效提高设备可靠性。
附图说明
47.图1是本发明实施例中一种新型虎克铰的分解示意图；
48.图2是本发明实施例中一种新型虎克铰的三视图；
49.图3是本发明实施例中一种新型虎克铰的侧向横截面及水平中位横截面图；
50.图4是本发明实施例中一种上基座的结构示意图；
51.图5是本发明实施例中一种下基座的结构示意图；
52.图6是本发明实施例中一种中心块的结构示意图；
53.图7是本发明实施例中一种y向销轴的结构示意图。
具体实施方式
54.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
55.如图1～3，在本实施例中，该新型虎克铰，包括：上基座1、下基座2、中心块3、y向销轴4、x向销轴ⅰ5、x向销轴ⅱ6和台阶螺钉7。
56.上基座1和下基座2正交、上下对接设置；中心块3设置在上基座1与下基座2形成的腔体结构内；y向销轴4沿y向贯穿下基座2和中心块3；x向销轴ⅰ5和x向销轴ⅱ6分别沿x向贯穿上基座1和中心块3；台阶螺钉7沿z向贯穿上基座1、x向销轴ⅰ5、y向销轴4和x向销轴ⅱ6后与中心块3螺接固定，防止x向销轴ⅰ5、y向销轴4和x向销轴ⅱ6从中心块3脱出。
57.在本实施例中，如图4，上基座1具体可以包括：上基座底座11、耳片ⅰ12和耳片ⅱ13。其中，上基座底座11上设置有上基座通孔111；耳片ⅰ12和耳片ⅱ13对称垂直设置在上基座底座11上，位于上基座通孔111两侧，形成u型结构；耳片ⅰ12上设置有耳片通孔ⅰ121，耳片ⅱ13上设置有耳片通孔ⅱ131，耳片通孔ⅰ121与耳片通孔ⅱ131同轴。
58.在本实施例中，如图5，下基座2具体可以包括：下基座底座21、耳片ⅲ22和耳片ⅳ23。其中，耳片ⅲ22和耳片ⅳ23对称垂直设置在下基座底座21两侧，形成u型结构；耳片ⅲ22上设置有耳片通孔ⅲ221，耳片ⅳ23上设置有耳片通孔ⅳ231，耳片通孔ⅲ221与耳片通孔ⅳ231同轴。
59.在本实施例中，如图6，中心块3上设置有x向通孔31、y向通孔32和z向阶梯螺钉孔33。其中，x向通孔31、y向通孔32和z向阶梯螺钉孔33两两正交设置。
60.优选的，上基座1和下基座2正交、上下对接设置后，耳片ⅰ12、耳片ⅱ13、耳片ⅲ22和耳片ⅳ23围成一个腔体结构；中心块3位于腔体结构内，实现中心块3与上基座1和下基座2的装配。其中，x向通孔31、耳片通孔ⅰ121、耳片通孔ⅱ131同轴；y向通孔32、耳片通孔ⅲ221、耳片通孔ⅳ231同轴；z向阶梯螺钉孔33和上基座通孔111同轴；中心块3与上基座1和下基座2之间为精密间隙配合。
61.在本实施例中，y向销轴4、x向销轴ⅰ5、x向销轴ⅱ6三者采用楔形结构在中心块3内部相互配合，并通过台阶螺钉7紧固于中心块3内。具体的：如图7，y向销轴4为圆柱结构，圆柱中间切削有上下对称的两个凹槽：上凹槽41和下凹槽42；其中，上凹槽41和下凹槽42共用一个凹槽底面，凹槽底面中心位置处设置有销轴孔ⅰ。进一步的，x向销轴ⅰ5一端为圆柱结
构，另一端为扁平的矩形悬臂ⅰ，矩形悬臂ⅰ上设置有销轴孔ⅱ；x向销轴ⅱ6一端为圆柱结构，另一端为扁平的矩形悬臂ⅱ，矩形悬臂ⅱ上设置有销轴孔ⅲ。装配时，矩形悬臂ⅰ嵌套安装在y向销轴4的上凹槽内，矩形悬臂ⅱ嵌套安装在y向销轴4的下凹槽内，且销轴孔ⅰ、销轴孔ⅱ、销轴孔ⅲ、z向阶梯螺钉孔33、上基座通孔111同轴。
62.在本实施例中，中心块3为等边四方棱柱结构，且等边四方棱柱结构上切削有圆弧倒角，用于增加该新型虎克铰的运动范围，防止发生结构干涉。进一步的，耳片ⅰ12和耳片ⅱ13之间的间距与耳片ⅲ22和耳片ⅳ23之间的间距相同，且均与中心块3的宽度相同。
63.在本实施例中，上基座1可绕x向销轴ⅰ5和x向销轴ⅱ6转动，下基座2可绕y向销轴4转动。
64.在本实施例中，上基座1和下基座2之间的力主要通过中心块3传递，进而可以增强新型虎克铰整体结构的刚度。进一步的，y向销轴4、x向销轴ⅰ5和x向销轴ⅱ6上的作用力全部垂直于轴向(z向)，不存在沿轴向的作用力，可有效防止y向销轴4、x向销轴ⅰ5和x向销轴ⅱ6因外界作用力而脱出。
65.在本实施例中，作用于上基座1的各向作用力，通过中心块3传递至下基座2；作用于下基座2的各向作用力，通过中心块3传递至上基座1；作用力传递链路短，结构刚度高，适用于需要承载较大传递力矩或侧向作用力的场合。
66.在本实施例中，上基座底座11可以是一方形连接法兰ⅰ，方形连接法兰ⅰ中心设置有上基座通孔111，上基座通孔111四周设置有四个安装孔ⅰ，上基座1可以通过四个安装孔ⅰ与外部设备安装固定。下基座底座21可以是一方形连接法兰ⅱ，方形连接法兰ⅱ四周设置有四个安装孔ⅱ，下基座2可以通过四个安装孔ⅱ与外部设备安装固定。其中，需要说明的是，上基座1除了比下基座2多一个上基座通孔111之外，其他结构均与下基座2相同；上基座1和下基座2的各直角部分均到有圆角，以防出现应力集中。
67.例如，在一具体应用场景中：
68.对于上基座1，有：方形连接法兰ⅰ的边长可以为60mm，耳片ⅰ12和耳片ⅱ13之间的间距为26mm，耳片ⅰ12和耳片ⅱ13的宽度为24mm，耳片通孔ⅰ121和耳片通孔ⅱ131的直径为12mm。下基座2的尺寸参数与上基座1相同，在此不再赘述。
69.中心块3可选择长宽均为26mm、高为32mm的等边四方棱柱，在中心块3在顶部及底部的棱边均切削有45
°
圆锥面，防止与其它结构发生干涉。中心块3上的x向通孔31和y向通孔32的直径为12mm。
70.y向销轴4的最大直径为12mm，长度为44mm；上凹槽41和下凹槽42的宽度相同，均为10mm；销轴孔ⅰ的直径为6mm。此外，y向销轴4的圆柱结构两侧端面打有m4螺纹孔ⅰ，用于辅助该y向销轴4的拆卸。
71.x向销轴ⅰ5的最大直径为12mm，长度为28mm；矩形悬臂ⅰ的宽度为10mm；销轴孔ⅱ的直径为6mm，用于台阶螺钉7的固定。此外，x向销轴ⅰ5圆柱端的一侧面上打有m4螺纹孔ⅱ，用于辅助该x向销轴ⅰ5的拆卸。对于x向销轴ⅱ6，与x向销轴ⅰ5的尺寸参数相同，在此不再赘述。
72.其中，需要说明的是，在本实施例公开的新型虎克铰基础上，还可以根据需求，在轴销与基座之间增加轴承，以减小零件之间的硬摩擦，适用于高速运行环境。又或者，根据需求，在中心块与各基座的接触面上增加聚四氟乙烯垫片、橡胶圈等弹性材料，进一步减小
安装时的间隙，提高该新型虎克铰的安装精度。
73.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
74.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。