更加靈活自如的機械關節

一、作品主要內容

近年智能化裝備發展迅猛，其中有很多設備（如機械臂、自動化設備等）都有往復旋轉關節（或叫回轉關節）。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。對于往復旋轉角度不大、速度較低的關節，傳統的軟連接效果較好，被廣泛使用。但隨著智能裝備的高速發展和普及，旋轉速度、角度等機械性能也得到很大提高，出現了很多高速往復、大角度旋轉的關節。對此類關節，傳統的軟連接有嚴重的晃動、剮蹭、磕碰和扭曲現象，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事故或安全事故的發生等。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，我徹底摒棄現有往復旋轉關節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定，徹底解決了上述問題。經實際檢驗，本設計完全符合生產要求，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外普遍使用的軟連接存在晃動、剮蹭、磕碰和扭曲現象，解決此類軟連接壽命短，嚴重影響生產效率的問題。設計的基本思路是完全摒棄現有方案，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接頭加軟管支撐的軟連接結構，徹底顛覆了傳統軟連接的設計

四、作品研制過程

我經過不斷地嘗試，最初改變旋轉接頭的位置，效果并不明顯。于是我放棄了現有的框架，嘗試以新思路設計。由回力車里的發條結構，我想到了將線纜（控制線纜）和氣管，在關節處纏繞，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，使其在旋轉時自動收緊和放松，同時加裝托盤增強了其穩定性，最終取得了很好的使用效果。