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CN102261372B - 球头关节 - Google Patents

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赵智明
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Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

一种球头关节，其包括球头及包覆于球头上的球壳，球头为椭球形，该球头关节还包括与球头连接且与球头的长轴垂直的连接部，球壳形成球窝，该球头关节还包括连接于球壳且与椭球形的球窝的长轴垂直的连接臂，球头相对球壳具有绕椭球形的球头的长轴和垂直于连接部的一个短轴旋转的两个旋转自由度，该椭球形的球头收容于该椭球形的球窝以使该球头远离所述连接部的一端与所述球窝内壁之间具有间隙。该球头关节可传递扭矩且结构简单。

Description

球头关节
技术领域
本发明涉及一种关节，尤其涉及一种球头关节。
背景技术
为实现多方向的枢转，玩具、机械手等结构中常采用万向节进行铰接。传统的万向节是由两个连接块和十字轴组成，十字轴的应用使万向节的运动角度小，工作不够平稳，且还会存在刚性较低、大角度运转时寿命短等缺点。
为克服以上缺点，球头关节得到广泛应用。然而，球头关节中，球头与包覆该球头的球壳仅可相对转动，而不可传递扭矩，故若要通过该球头关节传递扭矩，则需加设销钉等元件限制该球头关节于某一方向之转动，如此既增加了元件，使结构复杂，同时由于球头上需开设相应的销孔等配合结构，也破坏了球头的光滑球面，使球头与球壳相对转动时较易磨损。
发明内容
鉴于上述情况，有必要提供一种可传递扭矩且结构简单的球头关节。
一种球头关节，其包括球头及包覆于球头上的球壳，球头为椭球形，该球头关节还包括与球头连接且与球头的长轴垂直的连接部，球壳形成椭球形的球窝，该球头关节还包括连接于球壳且与椭球形的球窝的长轴垂直的连接臂，球头相对球壳具有绕椭球形的球头的长轴和垂直于连接部的一个短轴旋转的两个旋转自由度，该椭球形的球头收容于该椭球形的球窝以使该球头远离所述连接部的一端与所述球窝内壁之间具有间隙。
另一种球头关节，其包括球头及包覆于球头上的球壳，球头具有相互垂直的第一回转轴线和第二回转轴线，通过球头的中心且垂直第一回转轴的截面的面积与通过球头的中心且垂直于第二回转轴的截面的面积相异，球头关节还包括连接于球头并垂直于第一回转轴线和第二回转轴线的连接部，球壳形成球窝，球窝具有与球头相应的形状，球头相对球壳具有绕着第一回转轴线和第二回转轴线旋转的两个旋转自由度，该球窝及该球头均为椭球形，该第一回转轴为球头的长轴，该第二回转轴为球头的短轴，该椭球形的球头收容于该椭球形的球窝以使该球头远离所述连接部的一端与所述球窝内壁之间具有间隙。
该球头关节中，因过球头的中心且垂直第一回转轴的截面的面积与过球头的中心且垂直于第二回转轴的截面的面积相异，故球头相对球壳不可绕连接部转动，进而达到传递扭矩的目的，此结构无需增加额外的元件，结构简单，且也无需在球头上开孔，保证球头的表面光滑，减小了球头相对球壳转动时的磨损。
附图说明
图1为本发明实施方式的球头关节的组装图。
图2为图1中球头关节的零件分解图。
图3为图1中球头关节沿III-III的剖面图。
图4为图1中球头关节沿IV-IV的剖面图。
图5为图1中球头关节沿V-V的剖面图。
主要元件符号说明
球头关节 100
第一枢转体 10
第二枢转体 30
球头 11
颈部 13
连接部 15
长轴 a
短轴 b
环槽 151
连接孔 153
球壳 31
连接臂 33
第一壳体 311
第二壳体 313
紧固件 315
容置腔 3111
开口 3113
安装部 3115
结合面 3131
容置腔 3133
槽口 3135
安装部 3137
球窝 317
环槽 331
连接孔 333
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式对本发明的铰链结构作进一步的详细说明。
请参阅图1及图2，球头关节100包括第一枢转体10和与第一枢转体10可转动地连接的第二枢转体30。
请同时参阅图3至图5，第一枢转体10包括球头11、连接于该球头11的颈部13和连接于该颈部13的连接部15。本实施方式中，球头11为椭球形，其于周长最大处且垂直于连接部15的截面为椭圆形且具有相互垂直的长轴a和短轴b，其垂直于该长轴a的截面为圆形。其中长轴a的长度为L1，短轴b的长度为L2，L1大于L2，垂直于长轴a的截面为半径等于L2的圆形。颈部13具有小于球头11及连接部15的外径尺寸。连接部15为一空心的回转轴，其上开设有两个环槽151及两个开设于连接部15相对两侧的连接孔153，该两个连接孔153与其中一个环槽151相通。第一枢转体10中，颈部13和连接部15均与球头11的长轴a和短轴b所在的平面垂直。当然，球头11垂直于长轴a的截面也可为一个长轴等于L2的椭圆形。可以理解，环槽151的数目不限于两个，也可为一个、三个等其他数目。环槽151用于容纳密封元件（图未示）或润滑剂，连接孔153用于与将第一枢转体10与其他元件连接。
第二枢转体30包括球壳31及连接于球壳31的连接臂33。球壳31为分体结构，其包括第一壳体311、第二壳体313及紧固件315。紧固件315用于将第一壳体311连接至第二壳体313。
第一壳体311为部分的半球壳，其一侧凹陷形成容置腔3111，且另一侧开设开口3113，该开口3113与容置腔3111连通。第一壳体311外侧形成用于安装紧固件315的安装部3115。第二壳体313基本为一个半圆球壳，其具有结合面3131，第二壳体313还开设有容置腔3133，该容置腔3133于结合面3131形成槽口3135，且第二壳体313外侧也形成用于安装紧固件315的安装部3137。第二壳体313的槽口3135为一个椭圆且其长轴和短轴的长度分别等于第一枢转体10的球头11的长轴a和短轴b的长度L1、L2。球壳31中，第一壳体311扣合于第二壳体313的结合面3131，第一壳体311的容置腔3111和第二壳体313的容置腔3133共同组成椭球形的球窝317，且该球窝317通过第一壳体311的开口3113与外界相通。该本实施方式中，紧固件315包括两个螺钉3151和两个销钉3153，相应地，第一壳体311和第二壳体313的外侧面分别形成四个安装部3115、3137，且安装部3115和安装部3137分别于第一壳体311外侧和第二壳体313外侧沿圆周方向均匀排布。螺钉3151和销钉3153间隔地安装于安装部3115和安装部3137。
连接臂33为空心回转轴，其连接于球壳31并垂直于球窝317的长轴和短轴，该连接臂33上开设有环槽331和位于连接臂33相对的两侧的两个连接孔333，且连接孔333与一个环槽331相通。可以理解，环槽331的数目不限于两个，也可为一个、三个等其他数目。环槽331用于容纳密封元件（图未示）或润滑剂，连接孔333用于与将第二枢转体30与其他元件连接。
组装该球头关节100时，将第一枢转体10的球头11插入第二枢转体30的球壳31的第二壳体313的容置腔3133内，并将第二枢转体30的球壳31的第一壳体311从第一枢转体10的连接部15套于球头11上，通过紧固件315将第一壳体311和第二壳体313锁紧，完成球头关节100的组装。球头11的周缘与第一壳体311及第二壳体313靠近二者结合的缝隙处的部位紧密接触，该球头11远离连接部15的一端与第二壳体313的内壁之间具有间隙。
使用该球头关节100时，对第一枢转体10的连接部15或第二枢转体30的连接臂33施力，可使该球头11在球窝317内相对球壳31绕球头11的短轴b转动，或绕球头11的长轴a转动，实现多角度的枢接，该球头11相对球壳31具有绕短轴b和长轴a旋转的两个旋转自由度。当对第一枢转体10的连接部15或第二枢转体30的连接臂33施加扭力时，由于球头11为椭圆形，故其不可相对球壳31绕连接部15转动，进而可通过该球头关节100传递扭矩。无需增加额外的定位元件来限制其绕连接部15转动，结构简单，且该结构无需在球头11上开孔，保证球头11的表面连续光滑，有效地减少了转动时的磨损。
该球头关节100中，球壳31设置为分体式结构，可方便制造与组装。球头11远离连接部15的一端与球壳31的第二壳体313的内壁之间形成间隙，可减小球头11相对第二壳体313转动时的摩擦，保证转动顺畅，且可有效减小磨损。
第一枢转体10的球头11和连接部15通过直径较小的颈部13连接，可避免连接部15的外侧面碰到球壳31的第一壳体311的开口3113的边缘而妨碍球头11的正常转动。
连接部15上的环槽151和连接臂33上的环槽331可容纳密封件或润滑剂，保证与其他元件连接时的稳固性或保证元件转动时得到足够的润滑。连接孔153与环槽151连通，连接孔333与环槽331连通，可使润滑剂润滑连接于连接孔153和连接孔333处的元件。
可以理解，球头11也可为除椭球形外的其他形状，只需该球头11具有相互垂直的第一回转轴和第二回转轴，且通过该球头11的中心且垂直第一回转轴的截面的面积与通过该球头11的中心且垂直于所述第二回转轴的截面的面积相异即可。如一个两端加工为半球形的柱体等。
球壳31的紧固件315也可省略，而将第一壳体311和第二壳体313通过卡爪等结构扣合。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种球头关节，其包括球头及包覆于所述球头上的球壳，其特征在于：所述球头为椭球形，所述球头关节还包括与所述球头连接且与所述球头的长轴垂直的连接部，所述球壳形成椭球形的球窝，所述球头关节还包括连接于所述球壳且与所述椭球形的球窝的长轴垂直的连接臂，所述球头相对所述球壳具有绕所述椭球形的球头的长轴和垂直于所述连接部的一个短轴旋转的两个旋转自由度，所述椭球形的球头收容于所述椭球形的球窝以使所述球头远离所述连接部的一端与所述球窝内壁之间具有间隙。
2.如权利要求1所述的球头关节，其特征在于：所述球壳包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体具有容置腔，所述第二壳体也具有容置腔，所述球窝由所述第一壳体的容置腔和第二壳体的容置腔共同形成。
3.如权利要求2所述的球头关节，其特征在于：所述第一壳体远离所述第二壳体的一侧还形成开口，所述球窝通过所述开口与外界相通。
4.如权利要求2所述的球头关节，其特征在于：所述第二壳体具有结合面，所述第二壳体的容置腔于所述结合面上形成椭圆形的槽口，所述槽口的形状及尺寸与所述球头的形状及尺寸一致。
5.如权利要求1所述的球头关节，其特征在于：所述连接部和连接臂上均开设有环槽和连接孔，所述环槽和连接孔相通。
6.一种球头关节，其包括球头及包覆于所述球头上的球壳，其特征在于：所述球头具有相互垂直的第一回转轴和第二回转轴，通过所述球头的中心且垂直所述第一回转轴的截面的面积与通过所述球头的中心且垂直于所述第二回转轴的截面的面积相异，所述球头关节还包括连接于所述球头并垂直于所述第一回转轴和第二回转轴的连接部，所述球壳形成球窝，所述球窝具有与所述球头相应的形状，所述球头相对所述球壳具有绕着所述第一回转轴和第二回转轴旋转的两个旋转自由度，所述球窝及所述球头均为椭球形，所述第一回转轴为所述球头的长轴，所述第二回转轴为所述球头的短轴，所述椭球形的球头收容于所述椭球形的球窝以使所述球头远离所述连接部的一端与所述球窝内壁之间具有间隙。
7.如权利要求6所述的球头关节，其特征在于：所述球壳包括相互扣合的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体开设有容置腔，所述第二壳体也开设有容置腔，所述球窝由所述第一壳体的容置腔和第二壳体的容置腔共同形成。
8.如权利要求6所述的球头关节，其特征在于：所述球头关节还包括连接于所述球壳的连接臂。
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