專利名稱：一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鎖緊裝置，特別是一種回轉關節(jié)的雙向電磁鎖緊裝置。
背景技術：
電磁離合器是一般用作動力傳動軸的分離和接合，電磁制動器一般用于將旋轉軸迅速停止。它們常用摩擦片式，分別利用摩擦力傳遞扭矩以及利用摩擦發(fā)熱吸收旋轉動能。而超越離合器是單向傳遞運動或動力，亦可實現(xiàn)單向鎖定功能。而對于非傳遞動力的雙向轉動關節(jié)，如手術顯微鏡機架回轉關節(jié)及其它手動回轉關節(jié)的鎖緊，上述各裝置均不能適應。對于回轉關節(jié)的鎖緊，一般有機械式和電磁式。常見的手動機械式關節(jié)鎖緊是通過螺旋機構產生的摩擦力將旋轉軸與固定件鎖定成一體。機械式手動鎖緊方式雖然簡單可靠，但需以手動形式進行，操作麻煩、費時。失電式摩擦片電磁鎖緊機構在常態(tài)下由彈簧壓緊摩擦片產生的摩擦力實現(xiàn)鎖緊，通電后電磁鐵克服彈簧力吸合銜鐵脫開壓緊的摩擦片使關節(jié)松開。電磁鎖緊裝置由電控操作，方便快捷，提高了自動化程度。但由于摩擦片式電磁鎖緊機構的鎖緊力矩受到摩擦片材料的摩擦系數(shù)和接觸面積的限制，要增加鎖緊力矩需增大電磁鐵線圈的線圈匝數(shù)和通電電流等電參數(shù)，這必須加大電磁鐵規(guī)格尺寸來實現(xiàn)。但是，對既要鎖緊力矩較大又要求結構緊湊的場合不適用。本發(fā)明人申請的實用新型專利“帶增力式電磁鎖緊的平行四邊形四桿機構”(ZL03220972.X)中設計了一種力矩放大機構來提高電磁鎖緊的鎖定力矩，提供了一種在不增加電磁鐵尺寸的前提下增加鎖緊力矩的選擇方案，但其機構較為復雜，且不具有應用的普遍性，對結構尺寸要求緊湊的場合不便于應用。因此開發(fā)一種鎖定力矩較大、結構緊湊的非摩擦片式的電磁鎖緊機構具有重要的理論意義和推廣價值，尤其對用于顯微手術的手術顯微鏡各回轉關節(jié)的具有突出的實際意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開的一種軸向施力、徑向鎖緊的非摩擦片式回轉關節(jié)雙向電磁鎖緊裝置，其主要是解決現(xiàn)有技術所存在的不能適應鎖緊松開切換，鎖緊不牢等的技術問題。
為達到上述技術目的，本發(fā)明公開了一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置，它包括若干鎖緊彈簧3和依次套裝在芯軸1上的電磁鐵2、銜鐵5等，還包括若干鋼珠7和套裝在芯軸1上一圓形的止動套8等，還有導向銷17位于電磁鐵與銜鐵之間；所述鎖緊彈簧3設于電磁鐵端面上線圈4與芯軸孔之間的若干小孔內；所述的銜鐵一端為吸合平面5a，另一端為鎖緊錐盤5b；所述止動套8的內圓周面上設有若干軸向槽口；所述若干鋼珠7設于鎖緊錐盤5b與止動套8槽口形成的空腔內；當電磁鐵2失電時，鎖緊彈簧3頂起吸合平面5a，鎖緊錐盤5b從側向壓緊圓周布置的鋼珠7抵靠在止動套8的槽口內，并自鎖；通電后，在電磁鐵的電磁吸力作用下吸合銜鐵5，釋放鋼珠7。
作為優(yōu)選，一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置的鎖緊錐盤5b的錐度大小滿足自鎖條件。具體錐度大小根據(jù)彈簧彈力，鋼珠直徑，相接觸零件材料的摩擦系數(shù)計算得到，并可通過試驗方法驗證。鎖緊后，當施加一轉動力矩時鋼珠7與鎖緊錐盤5b的外錐面之間不會產生相對滑動。
作為優(yōu)選，一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置的止動套8的內圓周面上設有的槽口頂部為一段與鋼珠7同直徑的圓弧，兩側為與該圓弧相切并彼此成一定角度的直線，或兩段平滑過渡的圓弧，以確保鋼珠7在鎖緊狀態(tài)時不能向兩側滑動。
作為優(yōu)選，一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置的鋼珠7與止動套8的內圓周面上設有的軸向槽口數(shù)量相同，呈同心圓均布。保證鎖緊力分布均勻。
作為優(yōu)選，一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置的鎖緊彈簧3置于電磁鐵2端面靠近線圈內側的若干小孔內，呈同心圓均布。因止動套中部較厚，使銜鐵受力更好，同時將線圈布置靠近邊緣，使線圈的體積相對增加，在不改變電參數(shù)的前提下能增加吸合力，同時保證鎖緊力分布均勻。
作為優(yōu)選，一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置的鋼珠7的軸向位置由圓環(huán)形保持架9限定，保持架(9)利用其上的均布小孔將鋼珠(7)限定在同一平面內。限制松開時鋼珠落下，避免鎖緊干涉。
因此，本發(fā)明具有設計合理、結構緊湊，操作方便快捷，鎖緊可靠等的特點，有效地實現(xiàn)了回轉關節(jié)的鎖緊狀態(tài)和松開轉動之間的快速切換選擇。在需要失電鎖緊、通電松開轉動的場合，尤其是具有多自由度聯(lián)動回轉的裝置，如6自由度手術顯微鏡機架的回轉關節(jié)鎖緊及其它需要提供多自由度回轉關節(jié)鎖緊的場合，具有很好的應用前景和非常重要的實用價值。


附圖1是本發(fā)明鎖緊原理的軸向剖視圖；附圖2是圖1鎖緊部位的局部放大視圖；附圖3是圖2中C-C剖視的局部視圖；附圖4是圖1中的A-A剖視圖；附圖5是圖3中的B-B剖視圖。
圖中1、芯軸，2、電磁鐵，3、鎖緊彈簧，4、線圈，5、銜鐵，6、隔磁墊片，7、鋼珠，8、止動套，9、保持架，10、上板，11、導向銷，12、端面軸承，13、防松旋鈕，14、螺紋套，15、螺釘，16、軸套，17、導向銷，18、下板，19、螺釘，20、止轉銷，21、消聲墊，22、楔塊。
具體實施例方式
下面通過具體實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。
以手術顯微鏡的顯微鏡與機架繞垂直軸線轉動關節(jié)為實施列進行說明，繞水平軸線轉動或傾斜軸線轉動的情況，根據(jù)具體結構要求只需稍加改動即可。
實施例附圖1表示設上板10為關節(jié)的固定端，下板18為自由端，鎖緊彈簧3有6只，置于電磁鐵2的線圈4內側的6個小孔內，通過銅質隔磁墊片6，頂向銜鐵5a，通過鎖緊錐盤5b的圓錐楔角從側向壓緊圓周布置的鋼珠7抵靠在止動套8的軸向槽口內，并自鎖。
為保證電磁鐵2與銜鐵吸合平面5b之間的間隙均勻，采用圓周均布的三個圓柱形導向銷17作為吸合平面5a吸合和脫開的導向，導向銷孔的加工采用電磁鐵與銜鐵配鉆鉸，以保證導向精度，導向銷17保證銜鐵與電磁鐵不發(fā)生相對轉動。
電磁鐵2與下板18用螺釘19固定，芯軸1的一端為凸臺，一端為螺紋。凸臺與下板18的沉孔配接，用來承受顯微鏡機頭的重量，用圓柱形的止轉銷20與下板鎖定，隨下板18一起轉動。芯軸1另一端的螺紋用來將電磁鐵2和軸套16之間壓緊，通過芯軸的凸臺端面和軸套端面來保證電磁鐵端面與芯軸軸線垂直。電磁鐵2與銜鐵5a之間的磁隙由軸套16的長度確定。
隔磁墊片6的作用是阻斷電磁鐵2與銜鐵5b之間的磁路，有效防止漏磁，增強電磁鐵通電的吸合能力。
圖2中，在電磁鐵失電時，即鎖緊狀態(tài)，彈簧頂起銜鐵平面端5a使鎖緊錐盤5b上移并靠緊鋼珠，此時，鋼珠7受到鎖緊錐盤5b沿徑向的力F1和沿圓錐母線方向的力F2兩個分力，合力F為沿鋼珠與圓錐盤接觸點的法線方向。力F使鋼珠緊靠在止動套8槽口的頂部和上端面。
圖3中，在鎖緊狀態(tài)，如順時針轉動下板18，這時取鋼珠7與鎖緊錐盤5b的接觸點作受力圖，鋼珠7受力由圖2中的合力F與沿切向的摩擦力f組成，設其合力為F0。按圖示F0的方向，使鋼珠7產生逆時針轉動的傾向以及沿s方向運動的趨勢。但是一方面由于s方向的空間小于鋼珠7的直徑而使其無法產生該方向的運動，另一方面又因為力F0的方向滿足自鎖的條件，使鋼珠7無法自轉，因此關節(jié)得以可靠鎖緊。
通電后，電磁鐵在電磁線圈產生的電磁吸力作用下吸合銜鐵的吸合平面5a，同時使鎖緊錐盤5b脫離鋼珠7，使關節(jié)得以自由轉動，即上板10與下板18能夠相對轉動。
為防止在電磁鐵吸合狀態(tài)(關節(jié)松開)時鋼珠7落下，采用圓環(huán)形鋼珠保持架9維持鋼珠7的位置，確保鎖緊和松開狀態(tài)不發(fā)生干涉。保持架9是一個開口的圓環(huán)，其上開有與圓周均布鋼珠對應的圓孔，用彈簧鋼薄板在加工中心上加工保證孔距精度，彎成圓形，利用彈簧鋼板的彈性，緊貼在止動套8的內圓表面，在止動套8內圓周開有一固定保持架9的槽口，并用楔塊22嵌入固定。
螺紋套14的內孔為螺紋，用來旋緊芯軸1端部的連接螺紋，防松旋鈕13用來保證螺紋連接在使用過程中不松動。
螺紋套14與止動套8之間設有端面軸承12，當松開鎖緊并轉動下板18時，螺紋套14與芯軸1、軸套16、電磁鐵2、鎖緊錐盤5b等一同轉動。
改變軸套16的長度可調整電磁鐵的吸合磁隙e的大小，在能夠保證關節(jié)有效脫開鎖緊的前提下，減少電磁鐵2與銜鐵5a的吸合間隙可增大電磁鐵2的吸合能力，并可采用剛度更高的鎖緊彈簧3，進一步增強鎖緊可靠性。
圖5中三個小孔裝有橡膠制成的消聲墊21，用于電磁鐵通電吸合時降低銜鐵與電磁鐵的撞擊噪聲。
本實施例下板18的孔內吊裝手術顯微鏡機頭，根據(jù)不同型號規(guī)格，重約12～20kg，本機構對芯軸1的軸向定位采取了單向定位設計，理論上電磁鐵2與芯軸1可以上移磁隙距離e，但由于顯微鏡機頭重力和彈簧彈力的作用，其不可能上移。但如果用于水平軸關節(jié)的鎖緊機構，則芯軸1需雙向限位。
本實施例由于用于手術顯微鏡回轉關節(jié)，電磁鐵采用通用的直流24V電源。
權利要求
1.一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置，包括若干鎖緊彈簧(3)和依次套裝在芯軸(1)上電磁鐵(2)，銜鐵(5)等，其特征在于還包括若干鋼珠(7)和套裝在芯軸(1)上一圓形的止動套(8)等，還有位于電磁鐵與銜鐵之間的導向銷(17)；所述鎖緊彈簧(3)設于電磁鐵端面上線圈(4)旁的若干小孔內；所述的銜鐵一端為鎖緊錐盤(5b)，另一端為吸合平面(5a)；所述止動套(8)的內周面上設有若干軸向槽口；所述若干鋼珠(7)設于鎖緊錐盤(5b)與止動套(8)配合形成的空腔內；在電磁鐵(2)失電時，鎖緊彈簧(3)頂起吸合平面(5a)，鎖緊錐盤(5b)從側向壓緊圓周布置的鋼珠(7)抵靠在止動套(8)的槽口內，并自鎖；通電后，在電磁鐵的電磁吸力作用下拉動銜鐵(5)，釋放鋼珠(7)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置，其特征在于所述的銜鐵鎖緊錐盤(5b)的圓錐面的錐度大小滿足自鎖條件。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置，其特征在于所述的止動套內周面上設有的槽的頂部為一段與鋼珠(7)同直徑的圓弧，兩側為與該圓弧相切并彼此成一定角度的直線，或兩段平滑過渡的圓弧。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置，其特征在于所述的鋼珠(7)與止動套(8)的內圓周面上設有的軸向槽口數(shù)量相同，呈同心圓均布。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置，其特征在于所述的鎖緊彈簧(3)置于電磁鐵端面上位于線圈內側的若干小孔內，呈同心圓均布。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置，其特征在于所述的鋼珠(7)置于圓環(huán)形保持架(9)上，保持架(9)將鋼珠(7)限定在同一平面內。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎖緊裝置，尤其是一種回轉關節(jié)電磁鎖緊裝置，包括若干鎖緊彈簧和依次套裝在芯軸上的電磁鐵、銜鐵、止動套等，還包括若干鋼珠及位于電磁鐵與銜鐵之間的導向銷；鎖緊彈簧設于電磁鐵端面靠近線圈內側的若干同心圓布置的小孔內；銜鐵一端為鎖緊錐盤，另一端為吸合平面；止動套的內圓周面上設有若干軸向槽口；與槽口等數(shù)量的鋼珠設于鎖緊錐盤與止動套槽口之間形成的空腔內；在電磁鐵失電時，鎖緊彈簧頂起吸合平面，鎖緊錐盤從側向壓緊圓周布置的鋼珠抵靠在止動套的槽口內，并自鎖；通電后，在電磁鐵電磁吸力作用下拉動銜鐵，釋放鋼珠。該發(fā)明具有能快速鎖緊松開切換，鎖緊牢等優(yōu)點，適合在手術顯微鏡及其它具有回轉關節(jié)的機構上使用。
文檔編號F16D65/18GK1920323SQ20051009259
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月22日 優(yōu)先權日2005年8月22日
發(fā)明者張冰蔚 申請人:江蘇科技大學