一体计算机显示屏悬停机构及包含该机构的一体计算机的制作方法

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一体计算机显示屏悬停机构及包含该机构的一体计算机。

背景技术：

一体计算机是将计算机的主机和显示器集成为一个整体设备，与传统台式机相比具有连线少、体积小的优势，其集成度更高，价格也并无明显变化；一体计算机的外形可塑性强，厂商可以设计出极具个性的产品，因此占据了一定的市场份额，是与笔记本电脑、传统台式电脑并列发展的一种新兴计算机产业。

目前市场上销售的一体计算机，其显示屏大多是固定式的；在已公开的文献中，也有可调节式的；如申请号为201420388168.X的中国专利公开的“移动医疗工作站中计算机显示屏或一体机的多向调节支架”，其设有自动升降机构和多向调节机构，其中多向调节机构中设有水平旋转板与竖直旋转板，使计算机显示屏或一体机能够调节角度和高度；但是其结构复杂，还需要配备专门的驱动装置，大大增加了一体机的重量。申请号为201720318541.8的中国专利公开了一种“主机屏幕一体化计算机”，其显示屏与主机之间铰接，显示屏可相对主机折叠，其目的主要是减小占用空间，方便收纳。

长期以不正确的姿势使用电脑会引起例如持续背痛、肩周炎、手腕痛以及颈痛等后果，随着用户使用要求的不断提高，市场上已经出现了针对笔记本脑或电脑显示器的多功能调节架，以帮助用户在使用电脑时找到一个比较舒服的姿势；但是对于一体计算机目前还没有类似产品出现。

技术实现要素：

本发明提供了一种一体计算机显示屏悬停机构及包含该机构的一体计算机，一体计算机的显示屏能够在一定范围内旋转、移动并停止在任意位置，从而方便用户在使用一体计算机时将显示屏调整到适合的位置及角度，给用户带来更好的使用体验。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一体计算机显示屏悬停机构，包括四杆机构单元、阻尼单元、弹簧单元、长扭簧单元和短扭簧单元；四杆机构单元由显示屏连接板、支架、连杆一和主机底座组成，显示屏连接板、支架、连杆一和主机底座组成平面四杆机构，主机底座作为平面四杆机构中的机架，支架和连杆一作为连架杆，显示屏连接板作为连杆；显示屏连接板用于连接一体计算机的显示屏；长扭簧单元中设长扭簧，短扭簧单元中设短扭簧，阻尼单元中设摩擦片，长扭簧、短扭簧及摩擦片均用于显示屏连接板和支架之间相对转动时的限位；弹簧单元中设多个压缩弹簧；长扭簧单元和弹簧单元配合，用于平衡显示屏相对于竖直方向后倾时的重力实现自锁，短扭簧单元用于平衡显示屏相对于竖直方向前倾时的重力实现自锁，阻尼单元用于调节自锁力的大小；主机底座用于与一体计算机的主机连接；在四杆机构单元、阻尼单元、弹簧单元、长扭簧单元和短扭簧单元的共同作用下，显示屏能够在限定范围内旋转、移动并停止在任意位置，即实现悬停；显示屏悬停时，显示屏重力产生的力矩、长扭簧/短扭簧产生的力矩、压缩弹簧产生的力矩及摩擦片产生的摩擦力矩之和为零。

所述支架由对称设置的左支架、右支架组成，左支架和右支架分别设于显示屏连接板的两侧，左支架和右支架之间设有支架上转轴，支架上转轴与支架之间固定连接；显示屏连接板两端设轴环套装在支架上转轴上，使显示屏连接板能够绕支架上转轴转动。

所述长扭簧单元由长扭簧、压块一和固定法兰一组成，固定法兰一与支架上转轴固定连接，长扭簧套设在支架上转轴上，长扭簧的一端通过压块一与显示屏连接板固定连接，另一端伸进固定法兰一上的固定槽中。

所述短扭簧单元由短扭簧、压块二、固定法兰二组成，固定法兰二与支架上转轴固定连接，短扭簧套设在支架上转轴上，短扭簧的一端通过压块二与显示屏连接板固定连接，另一端伸进固定法兰二上的滑槽中，滑槽中设限位板。

所述阻尼单元由摩擦片、固定板和调节螺栓组成，摩擦片为Ω形，套设在支架上转轴上，与支架上转轴之间形成转动摩擦副；摩擦片的开口处作为调节缝，其一端通过固定板和螺栓与显示屏连接板固定连接，另一端通过调节螺栓改变调节缝的开口度实现对转动摩擦副摩擦阻力的调节。

所述主机底座由左底座和右底座组成，左底座与左支架之间、右底座与右支架之间分别设支架下转轴；支架下转轴与左支架/右支架固定连接，支架下转轴与左底座/右底座可转动地连接；左底座和右底座中分别设有弹簧单元，弹簧单元由多个压缩弹簧、轴套及弹簧压杆组成，压缩弹簧的一端顶紧在左底座/右底座上，另一端通过弹簧压杆与轴套的一端铰接，轴套的另一端与支架下转轴固定连接。

一体计算机显示屏悬停机构，还设有连杆二，连杆二作为平面四杆机构中的虚约束；左支架、右支架的外侧分别设凹槽，凹槽中设连杆一和连杆二；连杆一、连杆二的上端分别与上连接块铰接，且铰接点以支架上转轴的轴线为对称轴；上连接块与显示屏连接板固定连接并能够随之转动；连杆一、连杆二的下端分别与下连接块铰接，且铰接点以支架下转轴的轴线为对称轴，下连接块与左底座/右底座固定连接。

一体计算机，包含有以上所述任意一种一体计算机显示屏悬停机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)一体计算机的显示屏能够在一定范围内旋转、移动并停止在任意位置，从而方便用户在使用一体计算机时将显示屏调整到适合的位置及角度，给用户带来更好的使用体验；

2)结构简单，使用方便，设计巧妙，外形美观；

3)设有阻尼单元，可根据显示屏重量调节摩擦力大小，适用性强。

附图说明

图1是本发明所述一体计算机显示屏悬停机构的立体结构示意图。

图2是图1的正视图。

图3是图1的侧视图。

图4是本发明所述平面四杆机构的原理示意图。

图5是本发明所述弹簧单元的局部放大图。

图6是本发明所述一体计算机的结构示意图。

图中：1.支架 2.长扭簧 3.摩擦片 4.短扭簧 5.显示屏连接板 6.支架上转轴7.压缩弹簧 8.支架下转轴 9.主机底座 10.轴套 11.弹簧压杆 12.压块一 13.压块二 14.连杆一 15.连杆二 16.显示屏 17.主机 18.固定法兰一 19.固定法兰二20.上连接块 21.下连接块

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图6所示，本发明所述一体计算机显示屏悬停机构，包括四杆机构单元、阻尼单元、弹簧单元、长扭簧单元和短扭簧单元；四杆机构单元由显示屏连接板5、支架1、连杆一14和主机底座9组成，如图4所示，显示屏连接板5、支架1、连杆一14和主机底座9组成平面四杆机构，主机底座9作为平面四杆机构中的机架，支架1和连杆一14作为连架杆，显示屏连接板5作为连杆；如图1、图2所示，显示屏连接板5用于连接一体计算机的显示屏16；长扭簧单元中设长扭簧2，短扭簧单元中设短扭簧4，阻尼单元中设摩擦片3，长扭簧2、短扭簧4及摩擦片3均用于显示屏连接板5和支架1之间相对转动时的限位；弹簧单元中设多个压缩弹簧7；长扭簧单元和弹簧单元配合，用于平衡显示屏16相对于竖直方向后倾时的重力实现自锁，短扭簧单元用于平衡显示屏16相对于竖直方向前倾时的重力实现自锁，阻尼单元用于调节自锁力的大小；主机底座9用于与一体计算机的主机17连接；在四杆机构单元、阻尼单元、弹簧单元、长扭簧单元和短扭簧单元的共同作用下，显示屏16能够在限定范围内旋转、移动并停止在任意位置，即实现悬停；显示屏16悬停时，显示屏16重力产生的力矩、长扭簧2/短扭簧4产生的力矩、压缩弹簧7产生的力矩及摩擦片3产生的摩擦力矩之和为零。

所述支架1由对称设置的左支架、右支架组成，左支架和右支架分别设于显示屏连接板5的两侧，左支架和右支架之间设有支架上转轴6，支架上转轴6与支架1之间固定连接；显示屏连接板5两端设轴环套装在支架上转轴6上，使显示屏连接板5能够绕支架上转轴6转动。

所述长扭簧单元由长扭簧2、压块一12和固定法兰一18组成，固定法兰一18与支架上转轴6固定连接，长扭簧2套设在支架上转轴6上，长扭簧2的一端通过压块一12与显示屏连接板5固定连接，另一端伸进固定法兰一18上的固定槽中。

所述短扭簧单元由短扭簧4、压块二13、固定法兰二19组成，固定法兰二19与支架上转轴6固定连接，短扭簧4套设在支架上转轴6上，短扭簧4的一端通过压块二13与显示屏连接板5固定连接，另一端伸进固定法兰二19上的滑槽中，滑槽中设限位板。

所述阻尼单元由摩擦片3、固定板和调节螺栓组成，摩擦片3为Ω形，套设在支架上转轴6上，与支架上转轴6之间形成转动摩擦副；摩擦片3的开口处作为调节缝，其一端通过固定板和螺栓与显示屏连接板5固定连接，另一端通过调节螺栓改变调节缝的开口度实现对转动摩擦副摩擦阻力的调节。

所述主机底座9由左底座和右底座组成，左底座与左支架之间、右底座与右支架之间分别设支架下转轴8；支架下转轴8与左支架/右支架固定连接，支架下转轴8与左底座/右底座可转动地连接；左底座和右底座中分别设有弹簧单元，弹簧单元由多个压缩弹簧7、轴套10及弹簧压杆11组成，压缩弹簧7的一端顶紧在左底座/右底座上，另一端通过弹簧压杆11与轴套10的一端铰接，轴套10的另一端与支架下转轴8固定连接。

如图3所示，本发明所述一体计算机显示屏悬停机构中还设有连杆二15，连杆二15作为平面四杆机构中的虚约束；左支架、右支架的外侧分别设凹槽，凹槽中设连杆一14和连杆二15；连杆一14、连杆二15的上端分别与上连接块20铰接，且铰接点以支架上转轴6的轴线为对称轴；上连接块20与显示屏连接板5固定连接并能够随之转动；连杆一14、连杆二15的下端分别与下连接块21铰接，且铰接点以支架下转轴8的轴线为对称轴，下连接块21与左底座/右底座固定连接。

如图6所示，本发明所述一体计算机，包含有以上所述任意一种一体计算机显示屏悬停机构。

本发明所述一体计算机显示屏悬停机构的工作原理如下，如图4所示，四杆机构单元中所构成的平面四杆机构的自由度为1，长扭簧2的一端作用在显示屏连接架5上，另一端作用在支架1上，长扭簧2的中心线与显示屏连接板5和支架1的铰链轴(支架上转轴6)的轴线重合。短扭簧4的一端作用在显示屏连接架5上，另一端作用在支架1上，短扭簧4的中心线与显示屏连接板5和支架1的铰链轴(支架上转轴6)的轴线重合。压缩弹簧7的一端作用在主机底座9上，另一端作用在支架下转轴8上，当支架1的下支点绕着支架1与主机底座9的铰链轴(支架下转轴8)向特定方向旋转时，压缩弹簧7被压缩。当施加外力使显示屏16旋转时，由于平面四杆机构只有一个自由度，支架1、连杆一14会发生相对运动，当旋转至任意角度，外力撤销时，显示屏16的重力与长扭簧2/短扭簧4产生的力、压缩弹簧7产生的力、摩擦片3产生的摩擦力相抵消，此时整个系统的受力平衡，显示屏16保持静止状态，从而实现显示屏16的悬停。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所采用的技术手段如无特别说明均为常规技术手段。

【实施例】

如图6所示，显示屏16通过螺栓与显示屏连接板5固定连接。此时显示屏16为竖直状态(垂直于水平面)，系统在显示屏16的重力和短扭簧4提供的扭矩下保持平衡。

短扭簧4一端通过压块二13固定在显示屏连接板5上。一端伸进固定法兰二19上的滑槽中，支架上转轴6与支架1通过螺栓固定连接。固定法兰二19上的滑槽中设限位板实现单侧封闭，当显示屏16以支架上转轴6的轴线为中心逆时针旋转时，滑槽中的限位板对短扭簧4的转动起限位作用，产生扭转力矩；顺时针旋转时，短扭簧4沿滑槽滑动，不产生扭转力矩。本发明中，短扭簧单元主要起限位作用，使显示屏16保持竖直状态且不能逆时针转动(显示屏逆时针转动不符合常规使用习惯)，只可顺时针转动。

当使用者调节显示屏16角度时，可以向显示屏16施加外力，使显示屏16绕支架上转轴6顺时针(按图6所示位置)旋转一个角度，此时，支架1的下支点会以支架下转轴8的轴线为中心逆时针旋转对应的角度；如图1所示，由于长扭簧2的一端通过压块一12固定连接在显示屏连接板5上，另一端固定在固定法兰一18的安装槽中，支架上转轴6与支架1通过螺栓固定连接，当显示屏16和支架1发生相对运动时，长扭簧2会产生一个扭转力矩，该扭转力矩会阻止显示屏16顺时针旋转。

如图5所示，支架1与支架下转轴8通过螺栓固定连接，压缩弹簧7的一端固定主机底座9上，另一端与弹簧压杆11固定，弹簧压杆11与支架下转轴8上的轴套10铰接，形成一个旋转副，轴套10与支架下转轴8固定连接。主机底座9与主机17通过螺栓固定连接在一起，在实际应用中主机17和主机底座9是静止不动的，所以在平面四杆机构中主机底座9作为该机构的机架是固定的。当显示屏16以支架上转轴6的轴线为中心顺时针旋转时，由于平面四杆机构只有一个自由度，支架1下支点就会以支架下转轴8的轴线为中心逆时针旋转，并带动支架下转轴8及其上的轴套10旋转，从而使压缩弹簧7被压缩，产生的力矩用于阻止支架1逆时针旋转，也就是阻止显示屏16顺时针旋转。

如图1所示，摩擦片3套在支架上转轴6上，两者形成摩擦副，摩擦片3的一个开口端通过连接板和螺栓固定在显示屏连接板5上，另一个开口端通过调节螺栓穿过摩擦片3的两个开口端夹紧在支架上转轴6上，通过调节螺栓可以调整摩擦片3与支架上转轴6之间摩擦阻尼的大小。无论显示屏16顺时针旋转还是逆时针旋转，该摩擦力始终用于阻止显示屏16转动。

当使用者将显示屏16调整到适合的角度，并撤去外力后，整个系统保持静止，即显示屏16重力产生的力矩+长扭簧2产生力矩+压缩弹簧7产生的力矩+摩擦片3产生摩擦力矩＝零。随着旋转角度的不同，显示屏16重力产生的力矩、长扭簧2产生力矩、压缩弹簧7产生的力矩都是变化的，但也是可计算的。由于摩擦片3产生的摩擦力矩是一个范围值，可以用于抵消上述三种力矩相加的合力。这样抵消后，合力为零，使得显示屏16在任意一个角度都可以停下来，从而满足显示屏悬停的使用要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。