空間定點轉動自由度解析機構的制作方法
【專利摘要】一種空間定點轉動自由度解析機構，包括球體、滑塊、動滑道、滑條、X軸、Y軸、Z軸、X軸盤、Y軸盤、Z軸盤、指針、銷和螺母；球體上設有Z軸滑槽和與其相垂直的XY軸滑槽，球體和Z軸能繞銷相對轉動。Z軸、X軸和Y軸相互垂直并由螺母分別連接在X軸盤、Y軸盤和Z軸盤上，X軸和Y軸固定連接有滑條，滑條在動滑道的弧形滑槽內滑動；轉動球體時，能帶動三個相互垂直的軸轉動，即時準確將空間轉角分解到每個垂直軸上。以解決空間三維轉角轉換為平面二維轉角的問題。在Z軸滑槽兩側的球面上和滑條上設有角度刻度，能讀到球體對X軸盤、Y軸盤和Z軸盤的轉角，X軸盤、Y軸盤和Z軸盤上設有角度刻度，通過指針能讀到球體對X軸、Y軸和Z軸的轉角。
【專利說明】空間定點轉動自由度解析機構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間定點的轉動自由度演示裝置，尤其是由球關節(jié)轉動帶動三根相互垂直軸同時轉動的空間定點轉動自由度解析機構。
【背景技術】
[0002]在機械原理中，空間點運動有三個相互垂直方向的平動自由度和三個相互垂直方向的轉動自由度，空間不平動的點一以下稱為定點有三個相互垂直方向的轉動自由度，目前，還沒有空間定點轉動同時帶動三根相互垂直的軸轉動的應用情況，更沒有空間定點轉動角度分解到三根相互垂直的軸平面轉角的應用實例。在實際應用中有很多場合是需要一關節(jié)轉動同時帶動三根相互垂直軸同時轉動的機構，例如機械原理中的空間定點轉動自由度分解到三個垂直軸方向的轉動角度的問題、數(shù)學中的空間角度在三個空間直角坐標系的角度分解問題等等。采用現(xiàn)有技術解決上述問題將使機構和設備做的非常復雜、龐大，甚至無法實現(xiàn)。

【發(fā)明內容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種空間定點轉動自由度解析機構，該空間定點轉動自由度解析機構不僅能帶動三個相互垂直的軸轉動，而且還能即時準確將空間轉角分解到每個垂直軸上，并將球關節(jié)對三個軸的空間轉角及三個軸的自轉角度表示出來。以解決空間三維轉角轉換為平面二維轉角的問題。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:空間定點轉動自由度解析機構包括球體、滑塊、動滑道、滑條、X軸、Y軸、Z軸、X軸盤、Y軸盤、Z軸盤、指針、銷和螺母；球體上設有Z軸滑槽和XY軸滑槽，Z軸滑槽和XY軸滑槽均為方形槽，360度分布在球體上，Z軸滑槽的位置是豎立擺放，XY軸滑槽的位置與Z軸滑槽相垂直；Z軸豎立擺放，Z軸上端設成Z軸滑塊頭，Z軸滑塊頭的兩側面與球體上的Z軸滑槽的兩側面接觸并形成間隙配合；在XY軸滑槽內和Z軸滑塊頭上設有銷孔，銷孔內插入銷，由銷固定連接Z軸滑槽兩側的球體，同時銷作為鉸鏈軸連接球體和Z軸，使球體和Z軸能繞銷相對轉動。X軸和Y軸水平擺放，Z軸、X軸和Y軸相互垂直，并使Z軸、X軸和Y軸的軸線相交于球體的中心，X軸、Y軸和Z軸由螺母分別連接在X軸盤、Y軸盤和Z軸盤上，X軸垂直X軸盤，Y軸垂直Y軸盤，Z軸垂直Z軸盤，X軸盤、Y軸盤和Z軸盤相互垂直并固定連接成為一體，X軸、Y軸和Z軸只能繞各自軸線旋轉；在X軸和Y軸與球體的連接端處均固定連接滑條，滑條是扇形片狀；動滑道內設有弧形滑槽，滑條兩側面與弧形滑槽的兩側面接觸并形成間隙配合，滑條能在弧形滑槽內滑動；動滑道與滑塊固定連接，滑塊是長方體，滑塊的兩側面與球體上的XY軸滑槽的兩側面接觸并形成間隙配合，滑塊能在XY軸滑槽內滑動。在球體的Z軸滑槽兩側的球面上設有角度刻度，在Z軸滑塊頭的表面上設有刻度線，Z軸滑塊頭上刻度線所指的球面上的角度刻度讀數(shù)即為球關節(jié)對Z軸盤的轉角，X軸上的滑條上設有角度刻度，動滑道所露出的滑條上角度刻度讀數(shù)即為球關節(jié)對X軸盤的轉角，同理，Y軸上動滑道所露出滑條上的角度刻度讀數(shù)即為球關節(jié)對Y軸盤的轉角。X軸盤、Y軸盤和Z軸盤上均設有角度刻度，X軸、Y軸和Z軸上固定連接有指針，指針所指的讀數(shù)即為該軸的轉角。球體上設有插孔，插孔固定連接有轉動把手，搬動轉動把手能轉動球體。球體繞Z軸轉動時，通過Z軸滑槽推動Z軸的Z軸滑塊頭直接帶動Z軸旋轉，Z軸盤的指針所示轉角大?。磺蝮w繞X軸轉動時，通過XY軸滑槽推動滑塊、滑塊帶動動滑道，動滑道的弧形滑槽再帶動滑條、最終帶動X軸轉動，X軸盤的指針所示轉角大?。煌砜傻们蝮w帶動Y軸轉動角度。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:一個球關節(jié)轉動能帶動三個相互垂直的軸轉動，能即時準確將空間轉角分解到每個垂直軸上。以解決空間三維轉角轉換為平面二維轉角的問題。本發(fā)明結構簡單，機構巧妙，具有較強的實用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0007]圖1是表達整體結構的立體圖。
[0008]圖2是整體結構爆炸圖。
[0009]圖3是圖1的主視圖，表達整體結構。
[0010]圖4是圖3俯視圖。
[0011]圖5是圖3左視圖。
[0012]圖6是把圖1位置的球體水平旋轉31度后的立體圖。
[0013]圖7是圖6的主視圖。
[0014]圖8是圖7的俯視圖。
[0015]圖9是把圖1位置的X軸和Y軸對稱旋轉90度后的立體圖。
[0016]圖10是圖9的主視圖。
[0017]圖11是圖10的俯視圖。
[0018]圖12是把圖9位置的Z軸旋轉33度后的立體圖。
[0019]圖13是圖12的主視圖。
[0020]圖14是圖13的俯視圖。
[0021]圖15是把圖12位置的Z軸旋轉10度X軸和Y軸對稱旋轉42度后的立體圖。
[0022]圖16是圖15的主視圖。
[0023]圖17是圖16的俯視圖。
[0024]圖中1.Y軸盤，2.Z軸盤，3.Y軸，4.滑塊，5.滑條，6.Z軸，7.Z軸滑塊頭，8.指針，9.XY軸滑槽，10.Z軸滑槽，11.動滑道，12.X軸盤，13.X軸，14.轉動把手，15.球體，16.插孔，17.弧形滑槽，18.銷，19.銷孔，20.螺母。
【具體實施方式】
[0025]在圖1至圖5中，表示本發(fā)明的構造組成和零部件的連接和位置關系，空間定點轉動自由度解析機構包括球體15、滑塊4、動滑道11、滑條5、X軸13、Y軸3、Z軸6、X軸盤12、Y軸盤1、Z軸盤2、指針8、銷18和螺母20 ;球體15上設有Z軸滑槽10和XY軸滑槽9，Z軸滑槽10和XY軸滑槽9均為方形槽，360度分布在球體15上，Z軸滑槽10的位置是豎立擺放，XY軸滑槽9的位置與Z軸滑槽10相垂直；Z軸6豎立擺放，Z軸6上端設成Z軸滑塊頭7，Z軸滑塊頭7的兩側面與球體15上的Z軸滑槽10的兩側面接觸并形成間隙配合；在XY軸滑槽9內和Z軸滑塊頭7上設有銷孔19，銷孔19內插入銷18，由銷18固定連接Z軸滑槽10兩側的球體15，同時銷18作為鉸鏈軸連接球體15和Z軸6，使球體15和Z軸6能繞銷18相對轉動。X軸13和Y軸3水平擺放，Z軸6、X軸13和Y軸3相互垂直，并使Z軸6、X軸13和Y軸3的軸線相交于球體15的中心，X軸13、Y軸3和Z軸6由螺母20分別連接在X軸盤12、Y軸盤I和Z軸盤2上，X軸13垂直X軸盤12，Y軸3垂直Y軸盤1，Z軸6垂直Z軸盤2，X軸盤12、Y軸盤I和Z軸盤2相互垂直并固定連接成為一體，X軸13、Y軸3和Z軸6只能繞各自軸線旋轉；在X軸13和Y軸3與球體15的連接端處均固定連接滑條5，滑條5是扇形片狀；動滑道11內設有弧形滑槽17，滑條5兩側面與弧形滑槽17的兩側面接觸并形成間隙配合，滑條5能在弧形滑槽17內滑動；動滑道11與滑塊4固定連接，滑塊4是長方體，滑塊4的兩側面與球體15上的XY軸滑槽9的兩側面接觸并形成間隙配合，滑塊4能在XY軸滑槽9內滑動。在球體15的Z軸滑槽10兩側的球面上設有角度刻度，在Z軸滑塊頭7的表面上設有刻度線，Z軸滑塊頭7上刻度線所指的球面上的角度刻度讀數(shù)即為球關節(jié)對Z軸盤2的轉角，X軸13上的滑條5上設有角度刻度，動滑道11所露出的滑條5上角度刻度讀數(shù)即為球關節(jié)對X軸盤12的轉角，同理，Y軸3上動滑道11所露出滑條5上的角度刻度讀數(shù)即為球關節(jié)對Y軸盤I的轉角。X軸盤12、Y軸盤I和Z軸盤2上均設有角度刻度，X軸13、Υ軸3和Z軸6上固定連接有指針8，指針8所指的讀數(shù)即為該軸的轉角。球體15上設有插孔16，插孔16固定連接有轉動把手14，搬動轉動把手14能轉動球體15。球體15繞Z軸6轉動時，通過Z軸滑槽10推動Z軸6的Z軸滑塊頭7直接帶動Z軸6旋轉，Z軸盤2的指針8所示轉角大小；球體15繞X軸13轉動時，通過XY軸滑槽9推動滑塊4、滑塊4帶動動滑道11，動滑道11的弧形滑槽17再帶動滑條5、最終帶動X軸13轉動，X軸盤12的指針8所示轉角大?。煌砜傻们蝮w15帶動Y軸3轉動角度。
[0026]圖6、圖7、圖8是把圖1位置的球體15水平旋轉31度后的實施例。
[0027]圖9、圖10、圖11是把圖1位置的X軸13和Y軸3對稱旋轉90度后的的實施例。
[0028]圖12、圖13、圖14是把圖9位置的Z軸6旋轉33度后的的實施例。
[0029]圖15、圖16、圖17是把圖12位置的Z軸6旋轉10度，X軸13和Y軸3對稱旋轉42度后的實施例。
【權利要求】
1.一種空間定點轉動自由度解析機構，包括球體、滑塊、動滑道、滑條、X軸、Y軸、Z軸、X軸盤、Y軸盤、Z軸盤、指針、銷和螺母，其特征是:球體上設有Z軸滑槽和XY軸滑槽，Z軸滑槽和XY軸滑槽均為方形槽，360度分布在球體上，Z軸滑槽的位置是豎立擺放，XY軸滑槽的位置與Z軸滑槽相垂直；Z軸豎立擺放，Z軸上端設成Z軸滑塊頭，Z軸滑塊頭的兩側面與球體上的Z軸滑槽的兩側面接觸并形成間隙配合；在XY軸滑槽內和Z軸滑塊頭上設有銷孔，銷孔內插入銷，由銷固定連接Z軸滑槽兩側的球體，同時銷作為鉸鏈軸連接球體和Z軸，使球體和Z軸能繞銷相對轉動；X軸和Y軸水平擺放，Z軸、X軸和Y軸相互垂直，并使Z軸、X軸和Y軸的軸線相交于球體的中心，X軸、Y軸和Z軸由螺母分別連接在X軸盤、Y軸盤和Z軸盤上，X軸垂直X軸盤，Y軸垂直Y軸盤，Z軸垂直Z軸盤，X軸盤、Y軸盤和Z軸盤相互垂直并固定連接成為一體，X軸、Y軸和Z軸只能繞各自軸線旋轉；在X軸和Y軸與球體的連接端處均固定連接滑條，滑條是扇形片狀；動滑道內設有弧形滑槽，滑條兩側面與弧形滑槽的兩側面接觸并形成間隙配合，滑條能在弧形滑槽內滑動；動滑道與滑塊固定連接，滑塊是長方體，滑塊的兩側面與球體上的XY軸滑槽的兩側面接觸并形成間隙配合，滑塊能在XY軸滑槽內滑動；在球體的Z軸滑槽兩側的球面上設有角度刻度，在Z軸滑塊頭的表面上設有刻度線，Z軸滑塊頭上刻度線所指的球面上的角度刻度讀數(shù)即為球關節(jié)對Z軸盤的轉角，X軸上的滑條上設有角度刻度，動滑道所露出的滑條上角度刻度讀數(shù)即為球關節(jié)對X軸盤的轉角，同理，Y軸上動滑道所露出滑條上的角度刻度讀數(shù)即為球關節(jié)對Y軸盤的轉角；x軸盤、Y軸盤和Z軸盤上均設有角度刻度，X軸、Y軸和Z軸上固定連接有指針，指針所指的讀數(shù)即為該軸的轉角。
【文檔編號】G09B25/00GK103594015SQ201310536975
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權日:2013年11月4日
【發(fā)明者】王喜亭, 孫學雁, 張軔華, 蘇齊瑩, 楊涵碩, 黃瑋 申請人:沈陽工業(yè)大學