水平位置指示器及其箱体的制作方法

本发明设计光学指示领域，具体而言，涉及水平位置指示器及其箱体。

背景技术：

现有技术的水平位置指示器采用力矩电机驱动齿轮，带动圆弧齿轮，驱动灯杆做摆动。由于灯杆工作范围是在一定角度内，电机和齿轮工作范围长期局限在该角度区间内工作，导致电机和齿轮局部磨损较为严重，电机在工作时需反复换向。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种驱动力输入连续的、输出摆动精度高的、使用寿命长的水平位置指示器及其箱体。

为解决上述问题，本发明提供的第一解决方案如下：

水平位置指示器箱体，包括箱体本体以及设于所述箱体本体内的输出轴，还包括设于所述箱体本体内的输入轴和连杆；

所述连杆一端转动地连接于所述输入轴的偏心轴上，所述连杆的另一端转动地连接于所述输出轴的偏心轴上；

所述连杆在所述输入轴上的偏心距离为第一距离；

所述连杆在所述输出轴和所述输入轴的连接距离为第二距离；

所述连杆在所述输出轴的偏心距离为第三距离；

所述输入轴与所述输出轴的轴心距离为第四距离；

所述第一距离和所述第二距离之和大于所述第三距离和所述第四距离之和；

所述第一距离小于所述第二距离、所述第三距离和所述第四距离。

在示例性实施例中，还包括设于所述箱体本体中的电机，所述电机驱动所述输入轴转动。

在示例性实施例中，还包括减速机，所述减速机将所述电机与所述输入轴连接。

在示例性实施例中，还包括与所述电机电性连接的编码器，所述编码器连接于所述输出轴上，用于检测所述输出轴的转角和转速。

在示例性实施例中，所述连杆两端分别通过轴承转动连接于所述输入轴和所述输出轴上。

在示例性实施例中，所述输出轴的两端分别通过轴承转动连接于所述箱体本体上。

为解决上述问题，本发明提供的第二解决方案如下：

水平位置指示器，包括条形指示灯，还包括水平位置指示器箱体，所述水平位置指示器箱体包括箱体本体以及设于所述箱体本体内的输出轴，还包括设于所述箱体本体内的输入轴和连杆；

所述连杆一端转动地连接于所述输入轴的偏心轴上，所述连杆的另一端转动地连接于所述输出轴的偏心轴上；

所述连杆在所述输入轴上的偏心距离为第一距离；

所述连杆在所述输出轴和所述输入轴的连接距离为第二距离；

所述连杆在所述输出轴的偏心距离为第三距离；

所述输入轴与所述输出轴的轴心距离为第四距离；

所述第一距离和所述第二距离之和大于所述第三距离和所述第四距离之和；

所述第一距离小于所述第二距离、所述第三距离和所述第四距离；

所述输出轴由所述箱体本体中伸出并与所述条形指示灯相连，所述条形指示灯呈条形状且其条形方向平行于水平面。

在示例性实施例中，所述水平位置指示器箱体还包括设于所述箱体本体中的电机，所述电机驱动所述输入轴转动。

在示例性实施例中，所述水平位置指示器箱体还包括减速机，所述减速机将所述电机与所述输入轴连接。

在示例性实施例中，所述水平位置指示器箱体还包括与所述电机电性连接的编码器，所述编码器连接于所述输出轴上，用于检测所述输出轴的转角和转速。

本发明的水平位置指示器及其箱体具有如下有益效果：

本发明的水平位置指示器及其箱体采用输入轴、输出轴和偏心连接于输入轴和输出轴上的连杆共同构成的曲柄摇杆机构，通过向输入轴输入连续的转动动力，驱动输出轴在一定的角度范围内反复转动，输出轴与条形指示灯连接带动条形指示灯在一定的角度范围内往复摆动，是一种驱动力输入连续的、输出摆动精度高的、使用寿命长的水平位置指示器及其箱体。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的水平位置指示器箱体的内部结构俯视图；

图2示出了本发明实施例所提供的水平位置指示器箱体的内部结构主视图；

图3示出了本发明实施例所提供的水平位置指示器箱体内部结构剖面视图a-a；

图4示出了本发明实施例所提供的水平位置指示器箱体内部结构剖面视图b-b；

图5示出了本发明实施例第三实施方式所提供的水平位置指示器的主视图；

图6示出了本发明实施例第三实施方式所提供的水平位置指示器的俯视图。

主要元件符号说明：

1-水平位置指示器；10-水平位置指示器箱体；101-箱体本体；1011-第二轴承；102-输入轴；1021-输入转轴；103-连杆；1031-第一轴承；104-输出轴；1041-输出转轴；105-电机；106-减速机；107-编码器；20-条形指示灯；l1-第一距离；l2-第二距离；l3-第三距离；l4-第四距离。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对水平位置指示器及其箱体进行更全面的描述。附图中给出了水平位置指示器及其箱体的优选实施例。但是，水平位置指示器及其箱体可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对水平位置指示器及其箱体的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在水平位置指示器及其箱体的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。

实施例1

请一并参阅图1和图2，本实施例提供水平位置指示器箱体10，包括箱体本体101、输入轴102、连杆103和输出轴104。输入轴102、连杆103和输出轴104均设于箱体本体101中。连杆103一端转动地连接于输入轴102的偏心轴上，连杆103的另一端转动地连接于输出轴104的偏心轴上。连杆103在输入轴102上的偏心距离为第一距离l1。连杆103在输出轴104和输入轴102的连接距离为第二距离l2。连杆103在输出轴104的偏心距离为第三距离l3。输入轴102与输出轴104的轴心距离为第四距离l4。第一距离l1和第二距离l2之和大于第三距离l3和第四距离l4之和。第一距离l1小于第二距离l2、第三距离l3和第四距离l4。

上述，输入轴102、输出轴104和偏心连接于输入轴102和输出轴104上的连杆103，共同构成曲柄摇杆机构。具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。通常，曲柄为主动件且等速转动，而摇杆为从动件作变速往返摆动，连杆作平面复合运动。曲柄摇杆机构中也有用摇杆作为主动构件，摇杆的往复摆动转换成曲柄的转动。

输入轴102和输出轴104为箱体本体101中位置固定的部件，位置固定的输出轴104和输入轴102可看做曲柄摇杆机构中的机架。偏心连接于输入轴102上的连杆103的偏心距离，即第一距离l1为上述的四个距离中最小的距离。连杆103与输入轴102的连接点与输入轴102的轴心的连线相当于曲柄，是曲柄摇杆机构中的整转副，整转副即为在曲柄摇杆机构连续工作可以做整周圆周运动的部件，连杆103与输入轴102的连接点不变，在输入轴102转动时，连接点的路径为圆，相当于曲柄在转动时的端点路径。连杆103与输出轴104的连接点与输出轴104的轴心的连线相当于摇杆，是曲柄摇杆机构中的摆动副，摆动副即为在曲柄摇杆机构连续工作时可以在一定的角度范围内往复摆动的部件，连杆103与输出轴104的连接点不变，在输出轴104摆动时，连接点的路径为圆弧，相当于摇杆在摆动时的端点路径。连杆103将输入轴102的连续转动传递到输出轴104上，使得输出轴104在指定的角度范围内反复转动。

请一并参阅图3和图4，连杆103为双头环连杆103，即连杆103的两端各带有一个圆环。输入轴102的端面上同轴的连接有转接盘，转接盘的直径大于输入轴102的直径。转接盘的端面上偏心的设有输入转轴1021。连杆103通过第一轴承1031转动的连接于输入转轴1021上。具体的，第一轴承1031套于输入转轴1021与连杆103之间，通过在连杆103的端面加设法兰盘将第一轴承1031与连杆103的轴向位置固定。通过在连杆103上向第一轴承1031打紧固螺钉将第一轴承1031与连杆103的径向位置固定。将连杆103的一端完全固定在输入转轴1021上。

输出轴104由于要与外界的部件连接，须具有较好抗弯、抗扭等力学特性，因而输出轴104的轴径较大。输出轴104的上套设有一个轴套，在轴套的端面上连接有一个法兰盘，顾名思义，法兰盘呈凸轮状，法兰盘上设有输出转轴1041，输出转轴1041与输出轴104偏心设置。可以理解，即使法兰盘呈圆盘状，设于法兰盘上的输出转轴1041也与输出轴104偏心。将法兰盘设置成凸轮状而不是圆盘状，在满足连接需求的同时最大程度的减小了法兰盘的尺寸，节约了法兰盘的用料和在箱体本体101中所占用的空间。

连杆103通过第一轴承1031转动的连接于输出转轴1041上。具体的，第一轴承1031套于输出转轴1041与连杆103之间，通过在连杆103的端面加设法兰盘将第一轴承1031与连杆103的轴向位置固定。通过在连杆103上向轴承打紧固螺钉将第一轴承1031与连杆103的径向位置固定。将连杆103的一端完全固定在输出转轴1041上。

通过第一轴承1031将连杆103连接在输入转轴1021和输出转轴1041上，变连杆103与输入转轴1021、输出转轴1041的滑动摩擦为滚动摩擦，一方面减少了零部件的磨损消耗，另一方面减少了驱动力的损失，提高了驱动效率。

箱体本体101呈规则的长方体状。输出轴104的两端分别通过第二轴承1011转动连接于箱体本体101上。箱体本体101上的对面上设有一个通孔，两个通孔的轴线在一条直线上，且两个通孔轴线的连线与水平面平行。箱体本体101上的两个通孔用于安装输出轴104，即输出轴104的轴线与水平面平行。输出轴104两端通过第二轴承1011与箱体本体101转动连接，并通过端盖将通孔封闭。输出轴104一端从箱体本体101中伸出。

本实施例中，输入轴102的轴线与输出轴104的轴线所形成面与水平面平行，即作为机架的输入轴102和输出轴104的轴心连线与水平面平行。

输出轴104两端通过第二轴承1011连接在箱体本体101上的优点与上述连杆103通过第一轴承1031连接在输出转轴1041和输入转轴1021上同理，在此不赘述。

上述，通过向输入轴102输入动力，即驱动输入轴102转动，即可驱动输出轴104在一定的角度范围内往复转动。

可以理解，输出轴104的转动角度范围以及输出轴104和输入轴102的速比由第一距离l1、第二距离l2、第三距离l3和第四距离l4决定。

实施例2

如图3和图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的水平位置指示器箱体10还包括设于箱体本体101中的电机105。电机105在箱体本体101中的位置固定，电机105驱动输入轴102转动。通过电机105的驱动使得输入轴102变为主动轴，输入轴102带动输入转轴1021一同转动。从而使得输入轴102和输入转轴1021的连线变为曲柄摇杆机构中的主动构件，通过连杆103带动输出轴104一同摆动。

具体的，电机105为永磁直流力矩电机。永磁式直流力矩电机是一种低速直流伺服电动机，通常使用在堵转或低速情况下，其特点是堵转力矩大，空载转速低，过载能力强。长期堵转时能产生足够大的转矩而不损坏。广泛应用于各种雷达天线的驱动、光电跟踪等高精度传动系统、以及一般仪器仪表驱动装置上。

即使永磁直流力矩电机仍具有较高的转速，不能满足水平位置指示器箱体10的低转速需求，因而水平位置指示器箱体10还包括减速机106。减速机106固定在箱体本体101中，减速机106将电机与输入轴102连接。

具体的，电机105的输出轴与减速机106的输入轴连接，减速机106的输出轴与输入轴102连接。通过减速机106的减速，电机传递到输入轴102上的转速大大降低了。本实施例中，减速机106为行星减速机，减速比为1:50。行星减速器内部齿轮采用20crmnti渗碳淬火和磨齿具有体积小、重量轻，承载能力高，使用寿命长、运转平稳，噪声低、输出扭矩大，速比大、效率高、性能安全的特点。

本实施例中，输入轴102、输出轴104和偏心连接于输入轴102和输出轴104上的连杆103共同构成的曲柄摇杆机构的平均速比为1:3，因而本水平位置指示器箱体10由电机105到输出轴104的平均减速比为1：150。

本实施例中，水平位置指示器箱体10还包括编码器107，编码器107与电机105电性连接。编码器107设于输出轴104的端部，用于检测输出轴104的转角和转速。加设有编码器107的水平位置指示器箱体10的控制为闭环控制，通过编码器107检测输出轴104的转角和转速反馈给电机105，电机105根据反馈信号做出相应的调整，从而达到对输出轴104转角转速的精确控制。由于水平位置指示器箱体10具有较高的减速比，传动误差对应的变得更小，采用精度较低编码器107即可达到较高精度的灯杆速度位置控制，电机105控制精度也大大的降低，综合成本较低。

实施例3

请一并参阅图5和图6，本实施例提供水平位置指示器1，包括条形指示灯20和实施例2中的水平位置指示器箱体10。水平位置指示器箱体10的输出轴104由箱体本体101中伸出并与条形指示灯20相连，条形指示灯20呈条形状，且其条形方向与水平面平行。

上述，通过水平位置指示器箱体10带动条形指示灯20摆动，变输入轴102的连续转动为条形指示灯20在一定的角度范围内摆动。条形指示灯20的条形方向平行于水平面设置，其发光面与水平面垂直。通过条形指示灯20的摆动从而与水平面形成不同的夹角，从而起到水平位置的指示作用。

本实施例中，条形指示灯20的摆动角度范围为±15°，即与水平面呈±15°的夹角。

可以理解，在其他的实施例中，条形指示灯20的角度摆动范围还可以是其他，根据应用环境设定不同的指示范围。

水平位置指示器箱体10中设有主控板，主控板控制电机105、编码器107和条形指示灯20工作并向它们供电。输出轴104上设有与主控板电性连接的接线端子，条形指示灯20通过接线端子接线，从而使得主控板和条形指示灯20电性连接。

顾名思义，条形指示灯20呈长条状，在水平方向放置，以条形方向与水平面的夹角作为参照，达到引导指示的作用。

上述，通过电机105和减速机106带动输入轴102转动，输入轴102带动输入转轴1021转动，通过连杆103带动输出转轴1041沿弧线往复运动，输出转轴1041带动输出轴104在±15°范围内往复转动。输出轴104连接在条形指示灯20上带动条形指示灯20在±15°范围内往复摆动。

加设的编码器107虽为检测输出轴104的转速及转角，实为检测条形指示灯20的转速及转角，实现对条形指示灯20的转速及转角的精确控制，保证水平位置指示器1精确有精确的引导作用。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。