既可全方位垂直浮动又可水平锁死一起转动的球形关节

摘要

本发明提供一种既可全方位垂直浮动又可水平锁死一起转动的球形关节，主要解决了公路养护设备在针对带有坡度的路面进行作业时，由于加热板无法垂直浮动而导致作业无法进行的问题。该既可全方位垂直浮动又可水平锁死一起转动的球形关节包括球头、球头轴、以及包裹球头的上球窝和下球窝，球头轴上设置有上驱动板，上驱动板上设置有设置有至少两个立筋，上球窝上设置有与立筋相适配的立板组，立筋上设置有一个钢球，钢球直径与立板间距相同。该球形关节同时实现了垂直面内全方位浮动和水平面内旋转驱动的功能，而且结构简单、使用方便、成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种球形关节，具体涉及一种既可全方位垂直浮动又可水平锁死一起转动的球形关节，主要用于公路养护设备。

背景技术

目前，随着交通运输业的不断发展，公路养护设备的应用场合也越来越广泛。现有的热再生沥青路面公路养护设备在进行公路面养护或铺路作业时，一般采用将沥青料置于填补坑内后，再需利用具有一定面积的通过加热板盖在需要养护修理的沥青路面上对路面材料进行加热。加热板与路面之间的距离大小对于加热效果、加热均匀性都至关重要。但被加热路面常常存在不同方向的倾斜。对路面进行加热时，如果加热板平面相对于路面的不能自动适应，当路面存在任一方向的倾斜时，必将使得加热板与路面之间的距离不等，造成加热不均匀，影响路面的养护质量。目前，国内所有同类机型的加热板处于加热路面状态时，相对于设备基础底盘只能垂直升降，不能在铅垂面内调整角度，即不能自动适应路面的倾斜。

这种路面养护作业中，为了保证对路面的修补痕迹美观，同时能够方便地适应作业环境，常常需要加热板在水平面（与路面平行的平面）内旋转一定角度。因此，一个功能完善的加热板，不仅需要在全方位的垂直面内自由浮动，以保证自动适应路面的任意方向倾斜，同时需要在水平面内被操纵旋转。

一个普通的球形关节能够实现相对运动件之间在垂直平面内（当球铰轴线垂直于路面时）的全方位浮动，但不能实现相对运动件之间的相互驱动旋转。因此，使用普通球形关节只能解决一半问题，不能解决全部问题。这就要求之间调将沥青料加热压制与被修补路面水平，即完成作业；当修补路面或铺设路面存在坡度时，现有的加热板由于其自身结构限制，仅可在水平平面内进行旋转，而无法垂直浮动，使得作业无法利用养护设备直接进行，而需人工替代。

发明内容

本发明提供一种既可全方位垂直浮动又可水平锁死一起转动的球形关节，主要解决了公路养护设备在针对带有坡度的路面进行作业时，由于加热板无法垂直浮动而导致作业无法进行的问题。

该球形关节既可在给定平面（平行于路面的平面）内全方位垂直浮动，又可通过人为操纵在给定平面内使相对运动部件与球形关节同步浮动，但相对运动部件无法相对于球形关节水平旋转；因此，该球形关节满足了沥青路面热再生养护车加热板既在垂直平面内全方位浮动又在水平面内操纵旋转的功能要求，使得这种加热板既能自动适应路面任意方向的倾斜又能根据需要操纵旋转，提高了热再生沥青路面养护车的整机性能。

除了上述应用之外，该球形关节也可用于其他既需要在一个平面内浮动又需要在另一个正交平面内同步转动的场合。

本发明的具体技术解决方案如下：

该既可全方位垂直浮动又可水平锁死一起转动的球形关节包括球头、球头轴、以及包裹球头的上球窝和下球窝，球头轴一端与球头固定连接，另一端穿过上球窝并伸出，球头轴上设置有上驱动板，上驱动板与球头轴的中心轴垂直；所述上驱动板上设置有设置有至少两个立筋，上球窝上设置有与立筋相适配的立板组，一个立板组包括两个立板，立筋嵌入立板的间隙中，立筋上设置有一个钢球，钢球直径与立板间距相同。

上述立筋为4个，4个立筋以球头轴的中心轴辐射均布在上驱动板上。

设立筋的长度为a，上驱动板与上球窝之间的最大垂直距离为b，a与b应使上驱动板相对于上球窝的运动倾斜角度≤±10°。

上述立筋与立板的长度相等。

上述上球窝由两个半球窝拼接组成，上驱动板由两个半驱动板拼接组成。

上述上球窝上的立筋及钢球可以与上驱动板上的等间距立板互换位置，互换不影响其功能。

上球窝上的立筋与上驱动板上的等间距立板可以相对滑动和滚动使得两部分之间可以自由浮动。

该既可全方位垂直浮动又可水平锁死一起转动的球形关节在设计、装配正确状态下，上球窝上的立筋将与上驱动板上的等间距立板相嵌合，可以相对滑动也可以相对滚动。上球窝上的立筋与上驱动板上的等间距立板相互嵌合使得两者之间在与球头轴线相垂直的平面内连成一体，不能相对自由转动，但其中一部分在外力作用下转动时可以驱动另一部分一起转动。上球窝上的立筋与上驱动板上的等间距立板可以相对滑动和滚动使得两部分之间可以自由浮动。

本发明的优点在于：

本发明提供的球形关节可以在给定平面内，实现上下垂直浮动，这样使得公路养护设备进行作业时，用球形关节的球头轴和下球窝分别连接固定架和加热板，即可使加热板相对于固定架在水平面360°范围内上下摆动一定角度，满足了加热板转动适应路面坡度养护和铺设的要求，同时，当需要在水平面内转动加热板时，可以通过液压或机械传动机构驱动球头轴转动，并带动加热板一起转动。该球形关节同时实现了垂直面内全方位浮动和水平面内旋转驱动的功能，而且结构简单、使用方便、成本低。

附图说明

图1为本发明球形关节立体结构示意图；

图2为本发明球形关节整体结构的剖面图；

图3为本发明球形关节运动状态图；

图4为本发明球形关节运动状态图；

图5为本发明球形关节运动状态图。

附图明细如下：

1-上球窝；2-球头；3-下球窝；4-上驱动板；5-立筋；6-立板；7-球头轴；8-钢球。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详述：

该球形关节包括球头、球头轴、以及包裹球头的上球窝和下球窝，球头轴一端与球头固定连接，另一端穿过上球窝并伸出。上球窝可以采用由两个半球窝拼接组成，这样便于安装和更换零部件，当然也可以加工成一体件，但成本较高且不易安装、更换。

上球窝和下球窝包裹在球头上，上球窝与下球窝之间刚性链接形成空心球窝，与球头一起构成普通球形关节。球头与球窝之间在通过球头轴线的所有平面内可以有限转动，同时，在垂直于球头轴线的平面内可以无限转动，运动状态参照图3、图4、图5。

上驱动板与球头轴刚性链接，上驱动板平面与球头轴线垂直。上球窝外部有数个（一般为4个）均布的辐射状立筋，每一个立筋上对称安装一个钢球。上驱动板的一个平面上也有与立筋数量相同的一组等间距立板，其间距与立筋上的钢球直径相同，上球窝上的立筋及钢球可以与上驱动板上的等间距立板互换位置，互换不影响其功能。

本发明提供了两种技术方案来实现上球窝的立筋钢球相对于下球窝上驱动板的等间距立板的内板面轴向运动而限制沿球杆加热板绕球头轴线的周向运动，具体方案如下：

1、立筋钢球径向布置在上球窝外面，等间距立板径向布置在上驱动板的下面上；驱动板包括平行设置的两片上立筋，下限位板包括一片下立筋，两片上立筋以下立筋为对称轴对称设置，下立筋插入两片上立筋之间的间隙内，下立筋上固定设置有钢球，两片上立筋之间的垂直距离与钢球直径相同或间隙配合，钢球的设置即满足了上驱动板相对于下限位板沿轴向运动的要求，又采用了线接触的方式避免了面接触的大量摩擦力产生导致功耗提高的问题；上立筋的长度小于盖板与上球窝之间的最大垂直距离，下立筋的长度小于盖板与上球窝之间的最大垂直距离，设上立筋的长度为a，盖板与上球窝之间的最大垂直距离为b，在满足b＞a的同时，实际工作中具体选择数值时，一般是以盖板带动上驱动板相对于上球窝的倾斜角度做为参考标准来进行确定，以公路养护设备中应用为例，路面倾斜角度一般最大为±10°，a与b应满足盖板带动上驱动板相对于上球窝的倾斜角度为±10°，±10°的倾斜范围确定后，a与b的加工尺寸也随之确定；上驱动板可以为三组、四组甚至更多，以球杆轴向为中心平均分布或非平均分布在盖板上，具体组数以及分布方式应结合实际工况具体分析，但以四组平均分布为佳。

2、立筋钢球径向布置在上驱动板的下面，等间距立板径向布置在上球窝外面上；上述上驱动板包括一片上立筋，下限位板包括平行设置的两片下立筋，两片下立筋以上立筋为对称轴对称设置，上立筋插入两片下立筋之间的间隙内，上立筋上固定设置有钢球，两片下立筋之间的垂直距离与钢球直径相同或间隙配合；下立筋的长度小于盖板与上球窝之间的最大垂直距离，上立筋的长度小于盖板与上球窝之间的最大垂直距离；其原理与方案1相同。

本发明提供了两种用于上球窝相对于下球窝上驱动板可以沿球杆轴绕球心在垂直面内摆动向运动而限制沿球杆绕球心周向运动的技术方案，但并不限于上述两种技术方案，凡实现该功能的技术方案均应属于本发明所要保护的范围。

本发明提供的球形关节在设计、装配正确状态下，上球窝上的立筋将与上驱动板上的等间距立板相嵌合，可以相对滑动也可以相对滚动。上球窝上的立筋与上驱动板上的等间距立板相互嵌合使得两者之间在与球头轴线相垂直的平面内连成一体，不能相对自由转动，但其中一部分在外力作用下转动时可以驱动另一部分一起转动。上球窝上的立筋与上驱动板上的等间距立板可以相对滑动和滚动使得两部分之间可以自由浮动。

该球形关节在实际应用中，特别是针对于带有坡度的路面进行作业时，通过机械方式直接使加热板与路面完全贴合，极大地提高了作业效率和作业质量。