更加灵活自如的机械关节

一、作品主要内容

近年智能化装备发展迅猛，其中有很多设备（如机械臂、自动化设备等）都有往复旋转关节（或叫回转关节）。在此处，外部常有连接的电缆和气管等，一般采用软连接的安装方式。对于往复旋转角度不大、速度较低的关节，传统的软连接效果较好，被广泛使用。但随着智能装备的高速发展和普及，旋转速度、角度等机械性能也得到很大提高，出现了很多高速往复、大角度旋转的关节。对此类关节，传统的软连接有严重的晃动、剐蹭、磕碰和扭曲现象，对电缆及气管容易造成疲劳损坏和外部磕坏，整体使用寿命短，严重影响生产效率，甚至因为电缆或气管的损坏，造成机械误动作从而导致生产事故或安全事故的发生等。这是一个世界性的普遍问题，目前还没有很好的解决方法。

针对这一问题，通过多次分析、试验和改进，我彻底摒弃现有往复旋转关节软连接的安装结构方式，完全改变设计思路，成功设计出本方案。本设计利用螺旋绕线原理，每圈的螺旋线总长变化约是半径变化的2π倍，使得软连接在变形很小,基本没有扭曲的情况下完成工作要求；再加以托盘支撑，使得本设计的软连接更加稳定，彻底解决了上述问题。经实际检验，本设计完全符合生产要求，解决了一个世界性的普遍难题。本设计具有实用价值高，应用广泛，制造简单，造价低，经济效益和社会效益巨大等特点。

二、作品设计思路

本项目的目的是解决当前国内外普遍使用的软连接存在晃动、剐蹭、磕碰和扭曲现象，解决此类软连接寿命短，严重影响生产效率的问题。设计的基本思路是完全摒弃现有方案，采用全新结构。

三、作品应用的科学原理

本项目应用了调查法、对比法、力学分析、计算机辅助设计、制图法等科学方法，巧妙地应用了螺旋放大的原理。本项目用螺旋绕线加托盘支撑的结构替代了当前普遍使用旋转接头加软管支撑的软连接结构，彻底颠覆了传统软连接的设计

四、作品研制过程

我经过不断地尝试，最初改变旋转接头的位置，效果并不明显。于是我放弃了现有的框架，尝试以新思路设计。由回力车里的发条结构，我想到了将线缆（控制线缆）和气管，在关节处缠绕，之后为解决晃动问题，为其加装了托盘加以支撑，又尝试了不同的走线方式。我用全新思路通过螺旋绕线解决了软连接部分甩动、剐蹭、磕碰、扭曲的问题，使其在旋转时自动收紧和放松，同时加装托盘增强了其稳定性，最终取得了很好的使用效果。