更加靈活自如的機械關節(jié)

一、作品主要內(nèi)容

近年智能化裝備發(fā)展迅猛，其中有很多設備（如機械臂、自動化設備等）都有往復旋轉(zhuǎn)關節(jié)（或叫回轉(zhuǎn)關節(jié)）。在此處，外部常有連接的電纜和氣管等，一般采用軟連接的安裝方式。對于往復旋轉(zhuǎn)角度不大、速度較低的關節(jié)，傳統(tǒng)的軟連接效果較好，被廣泛使用。但隨著智能裝備的高速發(fā)展和普及，旋轉(zhuǎn)速度、角度等機械性能也得到很大提高，出現(xiàn)了很多高速往復、大角度旋轉(zhuǎn)的關節(jié)。對此類關節(jié)，傳統(tǒng)的軟連接有嚴重的晃動、剮蹭、磕碰和扭曲現(xiàn)象，對電纜及氣管容易造成疲勞損壞和外部磕壞，整體使用壽命短，嚴重影響生產(chǎn)效率，甚至因為電纜或氣管的損壞，造成機械誤動作從而導致生產(chǎn)事故或安全事故的發(fā)生等。這是一個世界性的普遍問題，目前還沒有很好的解決方法。

針對這一問題，通過多次分析、試驗和改進，我徹底摒棄現(xiàn)有往復旋轉(zhuǎn)關節(jié)軟連接的安裝結構方式，完全改變設計思路，成功設計出本方案。本設計利用螺旋繞線原理，每圈的螺旋線總長變化約是半徑變化的2π倍，使得軟連接在變形很小,基本沒有扭曲的情況下完成工作要求；再加以托盤支撐，使得本設計的軟連接更加穩(wěn)定，徹底解決了上述問題。經(jīng)實際檢驗，本設計完全符合生產(chǎn)要求，解決了一個世界性的普遍難題。本設計具有實用價值高，應用廣泛，制造簡單，造價低，經(jīng)濟效益和社會效益巨大等特點。

二、作品設計思路

本項目的目的是解決當前國內(nèi)外普遍使用的軟連接存在晃動、剮蹭、磕碰和扭曲現(xiàn)象，解決此類軟連接壽命短，嚴重影響生產(chǎn)效率的問題。設計的基本思路是完全摒棄現(xiàn)有方案，采用全新結構。

三、作品應用的科學原理

本項目應用了調(diào)查法、對比法、力學分析、計算機輔助設計、制圖法等科學方法，巧妙地應用了螺旋放大的原理。本項目用螺旋繞線加托盤支撐的結構替代了當前普遍使用旋轉(zhuǎn)接頭加軟管支撐的軟連接結構，徹底顛覆了傳統(tǒng)軟連接的設計

四、作品研制過程

我經(jīng)過不斷地嘗試，最初改變旋轉(zhuǎn)接頭的位置，效果并不明顯。于是我放棄了現(xiàn)有的框架，嘗試以新思路設計。由回力車里的發(fā)條結構，我想到了將線纜（控制線纜）和氣管，在關節(jié)處纏繞，之后為解決晃動問題，為其加裝了托盤加以支撐，又嘗試了不同的走線方式。我用全新思路通過螺旋繞線解決了軟連接部分甩動、剮蹭、磕碰、扭曲的問題，使其在旋轉(zhuǎn)時自動收緊和放松，同時加裝托盤增強了其穩(wěn)定性，最終取得了很好的使用效果。