CN112664644B - 一种挡位可调的手柄结构 - Google Patents

Abstract

一种挡位可调的手柄结构，包括机架，主轴可转动的固定在机架上，摇棒与主轴连接以带动主轴转动，传感器，调挡装置包括滑动套接在主轴外的套环，套环与摇棒固定连接，套环两侧设有与主轴连接的高速挡位装置和慢速挡位装置，套环在主轴上滑动后与高速挡位装置或慢速挡位装置连接；定位装置，定位装置能够在摇棒转过一定角度后将其位置进行挡位；本发明结构巧妙，使用方便，具有高速挡位和慢速挡位，能够实现快速或精准操控，且定位可靠，不易失效。

Description

一种挡位可调的手柄结构

技术领域

本发明涉及手柄技术领域，特别是涉及一种挡位可调的手柄结构。

背景技术

操纵杆或者手柄，是将摇棒的运动转换成计算机能够处理的电子信号。这种基本的设计包括一个安放在底座上的操纵杆，在底座中装有电路板。随着工业化生产的发展，对于操作便利和智能性的要求越来越高，手柄输入信号作为整个控制***的输入部分，对于航空、重机等的动作控制起着至关重要的作用。

设备大多是根据摇棒的旋转角度大小来控制其工作，常用的电控手柄运动机构的定位功能是通过摩擦力实现的，即螺母旋紧提供压合力，使摇棒与底座间产生摩擦力，达到定位效果。但是，上述手柄定位结构入挡感差，且随着长时间的使用，摩擦力会逐步衰减，易造成手柄无法定位从而出现脱挡的情况，影响整机可靠性。比如，手柄在正常挂挡的过程中，稍微用力就容易向前推进，挡位就会跳挡清零。

且摇棒转动的角度有限，操控挡位的变化通过检测摇棒的转动角度来进行反馈，从而实现相应的操作，现有的手柄中主要通过设置信号放大器来将电信号进行缩小或放大，从而实现快速操作或微调的操作，信号放大器容易受到干扰，从而导致操作指令失效，影响整机可靠性。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种挡位可调的手柄结构，其目的在于解决手柄定位不准导致挡位偏差影响实际操作的问题。

其解决技术问题的技术方案是：一种挡位可调的手柄结构，包括

机架；

主轴，所述主轴可转动的固定在机架上；

摇棒，所述摇棒与主轴连接以带动主轴转动；

传感器，所述传感器固定在机架上，且主轴上安装有信号输入部件以使传感器检测到主轴的转到量；以及

调挡装置，所述调挡装置包括滑动套接在主轴外的套环，套环与摇棒固定连接，套环两侧设有与主轴连接的高速挡位装置和慢速挡位装置，套环在主轴上滑动后与高速挡位装置或慢速挡位装置连接；

定位装置，所述定位装置设置在主轴侧方且与套环滑动连接，定位装置包括支撑块，支撑块内部经第一弹簧连接有滚体，机架上固定连接有挡位块，挡位块上设多个与滚体配合的限位槽，且多个限位槽分布在以主轴轴线为中心的同一圆周上。

优选的，所述的机架包括固定板以及两个平行且相对的固定在固定板底面的立板，主轴与立板转动连接，挡位块固定连接在固定板底面或其中一个立板的内侧壁上，固定板上开设有挡位槽，摇棒穿过挡位槽且在挡位槽内活动，挡位槽包括三条条状结构且垂直于主轴的轴线。

优选的，所述的摇棒包括与套环固定连接的内摇棒，内摇棒端部转动连接外摇棒，外摇棒相对于内摇棒的转动方向与主轴的轴线在同一平面内且最大转动角度为15°。

优选的，所述的传感器为霍尔传感器，信号输入部件为磁钢，且磁钢固定安装在主轴一个端面的中心位置。

优选的，所述的套环与主轴之间形成空腔，主轴上固定有位于空腔内的第一齿圈，套环上设有一端固定在套环上的同步带，内摇棒和外摇棒内设有连通空腔的通孔，同步带穿入通孔内且连接位于外摇棒内的压杆，压杆上套接有第二弹簧，第二弹簧将压杆向外推动，压杆拉紧同步带使同步带与第一齿圈配合实现套环与主轴的同步转动。

优选的，所述的高速挡位装置包括设置在主轴上的第二齿圈，第二齿圈经第一齿轮和第二齿轮传动连接与主轴同轴转动的高速齿圈，内摇棒上设有能够与高速齿圈配合的高速连接板，第一齿轮和第二齿轮固定在固定板上，高速齿圈转动固定在固定板上，高速连接板与高速齿圈配合时，转动摇棒使得高速齿圈同步转动且带动主轴转动更大的角度。

优选的，所述的慢速挡位装置包括与主轴键连接的轮盘，轮盘上设置有多个行星轮，多个行星轮绕主轴轴线均布，行星轮外侧啮合有与固定板固定连接的外齿圈，行星轮内侧啮合有套设在主轴上的太阳轮，太阳轮靠近套环一侧伸出有慢速齿圈，内摇棒上设有能够与慢速齿圈配合的慢速连接板，当慢速连接板与慢速齿圈配合时，转动摇棒使得慢速齿圈同步转动且带动主轴转动较小的角度。

优选的，所述的内摇棒上套设有滑块，滑块滑动方向与主轴轴线平行，滑块与内摇棒两侧均设有第三弹簧，滑块两侧分别连接高速齿圈和慢速齿圈。

优选的，所述的套环侧方设有连接块，支撑块滑动固定在连接块上，套环在主轴轴线方向移动时支撑块不移动，套环转动时带动支撑块转动，支撑块两侧设有固定在固定板上的限位装置。

优选的，所述的定位装置还包括滚体座，滚体座一端与第一弹簧接触，滚体座另一端配置为与滚体的滚动面相适配的结构，滚体为圆柱体，挡位块面向滚体的一侧为圆弧形侧壁，多个限位槽均匀布置在圆弧形侧壁上且使圆弧形侧壁呈波浪型。

本发明结构巧妙，使用方便，具有高速挡位和慢速挡位，能够实现快速或精准操控，且定位可靠，不易失效。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的主视结构剖视图。

图3是本发明去掉固定板和立板后的结构示意图。

图4是本发明中图3的侧视结构剖视图。

图5是本发明中图3的主视结构剖视图。

图6是本发明中图3 的俯视结构剖视图。

图7是本发明图2中A处结构放大示意图。

图8是本发明图3中B处结构放大示意图。

图9是本发明图4中C处结构放大示意图。

图10是本发明图4中D处结构放大示意图。

图11是本发明图4中E处结构放大示意图。

图12是本发明图4中F处结构放大示意图。

图13是本发明图5中G处结构放大示意图。

图14是本发明图6中H处结构放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-14对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，在发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种挡位可调的手柄结构，包括机架、主轴1、摇棒2、传感器3、调挡装置和定位装置7。

其中，机架包括固定板13以及两个平行且相对的固定在固定板13底面的立板14，立板14顶部设有翻边，用以和固定板13进行固定连接，两个立板14之间具有一定间隔，以便于安装主轴1和其他部件。

固定板13上开设有挡位槽15，挡位槽15包括三条条状结构且垂直于主轴1的轴线，三条挡位槽15包括位于中间的正常速度挡位槽15以及位于两侧的15和15，三条挡位槽15之间连通，摇棒2能够在三条挡位槽15内进行位置切换。

主轴1水平设置且与立板14转动连接，为减少摩擦，在主轴1上套设轴套，轴套嵌装在立板14上。

摇棒2包括内摇棒16和外摇棒17，外摇棒17相对于内摇棒16的转动方向与主轴1的轴线在同一平面内且最大转动角度为15°，外摇棒17与内摇棒16呈夹角后能够滑入15或15内。

传感器3固定安装在机架上的其中一个立板14上即可，相应的，信号输入部件固定安装在主轴1体上，信号输入部件用于在其随着主轴1转动时，将其转动的情况传递到传感器3，以使传感器3能够检测到主轴1的转动量。本发明中，配置传感器3为霍尔传感器，相应的信号输入部件则为磁钢，该磁钢固定安装在主轴1端面的中心位置。其中，霍尔传感器3固定在立板14的外侧壁上，以便于在摇棒2带动主轴1转动后，磁钢的磁场变化情况能够被霍尔传感器3及时且准确的检测到。

调挡装置用于对摇棒2进行挡位切换，使摇棒2形成高速挡位和慢速挡位的差异，从而更准确的进行操控。

调挡装置包括高速挡位装置5和慢速挡位装置6，摇棒2在主轴1上滑动后分别连接高速挡位装置5和慢速挡位装置6，从而使主轴1的输出转动角度相对于摇棒2的转动角度得以扩大和缩小，以此来进行更为准确的操控。

当摇棒2不与调挡装置连接时，内摇棒16与套环4固定连接，套环4内的同步带20与主轴1的第一齿圈19相配合，转动外摇棒17，主轴1同步转动且转动角度相同，此时可用于处理一般的动作，当需要处理一些要求精度高的操作时，可以通过在主轴1上滑动摇棒2，使其与高速挡位装置5和慢速挡位装置6配合，从而实现快速操作以及精微操作，提高操控速度以及准确性。

套环4能够在主轴1上沿主轴1轴线方向滑动，套环4经同步带20与主轴1实现同步连接且定位，同步带20连接位于摇棒2内的压杆22，压杆22端部伸出外摇棒17上端，使其能够被从外部进行操控，通过按压压杆22，使得同步带20与第一齿圈19脱离配合的状态，此时移动摇棒2，使得套环4在主轴1上滑动，当摇棒2与高速挡位装置5或慢速挡位装置6配合时，同步带20与第一齿圈19不接触，套环4的转动不能直接控制主轴1的转动，而是通过高速挡位装置5或慢速挡位装置6来实现转动的传递。

压杆22上设有将其向外推动的第二弹簧23，在不受外力的情况下，压杆22拉动同步带20使其靠近第一齿圈19，保持套环4与主轴1的定位，在不操作的情况下，将摇棒2复位，同步带20与第一齿圈19配合，使得套环4位置固定，以便在下一次操作时能够处于正常速度下，而不是处于高速挡位下使得操作失控造成不必要的损失。

高速挡位装置5使得摇棒2与主轴1之间形成放大输出的状态，摇棒2小角度的转动能够使主轴1输出较大的角度，放大比例根据实际情况进行选择，具体数值在2-5倍之间选择，而慢速挡位装置6使得摇棒2与主轴1之间形成缩小输出的状态，缩小比例在1/3-1/10之间选择，选择缩小的比例越小，则操控越精确。

高速挡位装置5包括设置在主轴1上的第二齿圈24，第二齿圈24经第一齿轮25和第二齿轮26传动连接与主轴1同轴转动的高速齿圈27，使得第二齿圈24的转动方向与主轴1相同，内摇棒16上设有能够与高速齿圈27配合的高速连接板28，第一齿轮25和第二齿轮26固定在固定板13上，高速齿圈27转动固定在固定板13上，高速挡位装置5形成一个定齿轮传动***，高速连接板28与高速齿圈27的配合面为端面齿轮，形成配合时，由于外摇棒17处于偏斜的状态，其对内摇棒16在沿主轴1轴线方向施加一定的作用下，使其向高速挡位装置5方向靠近，因此在操作过程中，高速连接板28始终与高速齿圈27啮合，摇棒2的转动能够通过高速挡位装置5输出到主轴1，最后由主轴1输出放大后的信号。

慢速挡位装置6包括与主轴1键连接的轮盘29，轮盘29与主轴1同步转动，轮盘29上设置有多个行星轮30，多个行星轮30绕主轴1轴线均布，行星轮30外侧啮合有与固定板13固定连接的外齿圈31，行星轮30内侧啮合有套设在主轴1上的太阳轮32，太阳轮32靠近套环4一侧伸出有慢速齿圈33，内摇棒16上设有能够与慢速齿圈33配合的慢速连接板34，慢速挡位装置6形成一个结构，慢速连接板34与慢速齿圈33之间的配合面同样设置为端面齿轮结构，同理可知，在处于慢速挡位状态下，慢速连接板34与慢速齿圈33之间始终处于啮合状态，主轴1输出摇棒2缩小后的操作信号。

内摇棒16上套设有滑块35，滑块35仅能在内摇棒16上沿主轴1轴线方向移动，滑块35与内摇棒16两侧均设有第三弹簧36，滑块35两侧分别连接高速齿圈27和慢速齿圈33，滑块35两侧的第三弹簧36的作用力相互抵消使得滑块35与内摇棒16之间无相对位移，当手柄处于高速挡位或慢速挡位状态时，由于外摇棒17与内摇棒16处于非同一直线状态，使得内摇棒16上产生一个靠近高速挡位装置5或慢速挡位装置6的趋势，因此会压缩该侧的第三弹簧36，第三弹簧36的反作用力使得高速连接板28或低速连接板更紧密的贴合在高速齿圈27或低速齿圈上。

当过载较大时，第三弹簧36和滑块35的设置能够起到一定的缓冲作用，由于高速连接板28与高速齿圈27、低速连接板和低速齿圈之间均通过端面齿轮进行连接，且高速连接板28和低速连接板与内摇棒16之间存在第三弹簧36，当受力过大时，进一步压缩第三弹簧36，使得高速连接板28与高速齿圈27、低速连接板和低速齿圈之间产生相对转动，从而抵消此时过大的冲击，保护手柄结构不受损坏。

定位装置7包括支撑块8、滚体10、滚体座38、第一弹簧9、挡位块11和限位槽12。

支撑块8与套环4上伸出的连接块37滑动连接，具体连接方式可以是在支撑块8上设置横向的长孔，通过销的方式固定在连接块37上，从而实现支撑块8与套环4的滑动连接，摇棒2转动带动支撑块8转动而不产生主轴1轴线方向的移动，支撑块8的两侧设置于固定板13固定连接的限位装置，阻止支撑块8随套环4进行移动，仅做沿主轴1轴线的转动运动。

支撑块8上设置有安装孔，安装孔垂直于主轴1设置，第一弹簧9置入安装孔内且一端与连接块37接触，滚体10设置在第一弹簧9的自由端，可以理解的是，滚体10可以固定在第一弹簧9上，也可以通过抵接的方式被固定在第一弹簧9的自由端部。

挡位块11固定连接在固定板13底面或其中一个立板14的内侧壁上，挡位块11面向滚体10的一侧为圆弧形侧壁，该圆弧形侧壁的轴线与主轴1轴线重合，该圆弧形侧壁上设有多个与滚体10适配的限位槽12，多个限位槽12均匀布置在圆弧形侧壁上从而使且使多个限位槽12分布在以主轴1轴线为中心的同一圆周上，限位槽12被配置成横截面近三角形的构造，因此在整体上该圆弧形侧壁呈波浪型。

可以理解的是，支撑块8的尺寸以及挡位块11的位置适于配置为，使第一弹簧9受压而提供弹力，并使滚体10的滚动面抵在挡位块11的圆弧形侧壁上，从而使滚体10被限制在第一弹簧9的自由端部。而为了保持滚体10的位置不发生偏移，定位装置7还包括滚体座38，该滚体座38的一端与第一弹簧9接触，滚体座38的另一端配置成与滚体10的滚动面相适配，从而使滚动体能够被稳固的限制在工作位置而不发生偏移乃至脱落。

使用时，摇动摇棒2并使其在挡位槽15中运动，摇棒2带动连接块37转动，固定在连接块37上的支撑块8也随之转动，从而使滚体10转过一个弧形角度，并在第一弹簧9的弹力作用下被顶入挡位块11上的其中一个限位槽12内，并当摇棒2不受外力时，第一弹簧9的弹力使滚体10稳固地被限制在该限位槽12内，从而使摇棒2的位置被定位，且定位效果稳定。另外，当需要改变摇棒2的角度位置时，继续对摇棒2施加外力，使其继续在挡位槽15中运动，此时滚体10再次转过一个弧形角度从而滚入另一个限位槽12内，并被定位，从而实现摇棒2的位置变化。

挡位块11上限位槽12的数量与高速挡位装置5以及慢速挡位装置6的缩放比例相关联，三者相互配合实现精准操控。例如，高速挡位装置5选择3倍放大，慢速挡位装置6选择1/5的缩小比例，限位槽12配置为十一个且每个相邻限位槽12之间的转角为5°，这样的情况下，通过摇棒2转动一个限位槽12的角度时，通过高速挡位装置5和慢速挡位装置6分别输出15°和1°，能够明显得出，高速挡位装置5的高效性以及慢速挡位装置6的精确性。

可以理解的是，对于摇棒2的转动，其可以最简单的被分为向前方摇动和向后方摇动，并对其进行定义：向前方摇动时为前进信号，且前进速度与主轴1转过角度相关，向后方摇动为后退信号，且后腿速度与主轴1转过角度相关。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、定位准确，摇棒转过角度后能够被定位，在不受外力情况下能够保持状态不变，从而保证此时的输出状态不变，保证手柄操作的可靠性；

2、增加的高速挡位装置和慢速挡位装置，能够实现快速操控以及精微操控，且操作简单易上手，适用于多种精度要求高的场所。

3、通过机械方式来实现摇棒转动角度的放大与缩小，更为准确，避免出现信号干扰等电子设备容易失效的缺陷，更为准确可靠。

Claims (9)

1.一种挡位可调的手柄结构，其特征在于，包括

机架；

主轴（1），所述主轴（1）可转动的固定在机架上；

摇棒（2），所述摇棒（2）与主轴（1）连接以带动主轴（1）转动；

传感器（3），所述传感器（3）固定在机架上，且主轴（1）上安装有信号输入部件以使传感器（3）检测到主轴（1）的转到量；以及

调挡装置，所述调挡装置包括滑动套接在主轴（1）外的套环（4），套环（4）与摇棒（2）固定连接，套环（4）两侧设有与主轴（1）连接的高速挡位装置（5）和慢速挡位装置，套环（4）在主轴（1）上滑动后与高速挡位装置（5）或慢速挡位装置连接；

定位装置（7），所述定位装置（7）设置在主轴（1）侧方且与套环（4）滑动连接，定位装置（7）包括支撑块（8），支撑块（8）内部经第一弹簧（9）连接有滚体（10），机架上固定连接有挡位块（11），挡位块（11）上设多个与滚体（10）配合的限位槽（12），且多个限位槽（12）分布在以主轴（1）轴线为中心的同一圆周上；

摇棒（2）包括与套环（4）固定连接的内摇棒（16），内摇棒（16）端部转动连接外摇棒（17），套环（4）与主轴（1）之间形成空腔（18），主轴（1）上固定有位于空腔（18）内的第一齿圈（19），套环（4）上设有一端固定在套环（4）上的同步带（20），内摇棒（16）和外摇棒（17）内设有连通空腔（18）的通孔（21），同步带（20）穿入通孔（21）内且连接位于外摇棒（17）内的压杆（22），压杆（22）上套接有第二弹簧（23），第二弹簧（23）将压杆（22）向外推动，压杆（22）拉紧同步带（20）使同步带（20）与第一齿圈（19）配合实现套环（4）与主轴（1）的同步转动。

2.根据权利要求1所述的一种挡位可调的手柄结构，其特征在于，所述的机架包括固定板（13）以及两个平行且相对的固定在固定板（13）底面的立板（14），主轴（1）与立板（14）转动连接，挡位块（11）固定连接在固定板（13）底面或其中一个立板（14）的内侧壁上，固定板（13）上开设有挡位槽（15），摇棒（2）穿过挡位槽（15）且在挡位槽（15）内活动，挡位槽（15）包括三条条状结构且垂直于主轴（1）的轴线。

3.根据权利要求1所述的一种挡位可调的手柄结构，其特征在于，所述的外摇棒（17）相对于内摇棒（16）的转动方向与主轴（1）的轴线在同一平面内且最大转动角度为15°。

4.根据权利要求1所述的一种挡位可调的手柄结构，其特征在于，所述的传感器（3）为霍尔传感器（3），信号输入部件为磁钢，且磁钢固定安装在主轴（1）一个端面的中心位置。

5.根据权利要求1所述的一种挡位可调的手柄结构，其特征在于，所述的高速挡位装置（5）包括设置在主轴（1）上的第二齿圈（24），第二齿圈（24）经第一齿轮（25）和第二齿轮（26）传动连接与主轴（1）同轴转动的高速齿圈（27），内摇棒（16）上设有能够与高速齿圈（27）配合的高速连接板（28），第一齿轮（25）和第二齿轮（26）固定在固定板（13）上，高速齿圈（27）转动固定在固定板（13）上，高速连接板（28）与高速齿圈（27）配合时，转动摇棒（2）使得高速齿圈（27）同步转动且带动主轴（1）转动更大的角度。

6.根据权利要求1所述的一种挡位可调的手柄结构，其特征在于，所述的慢速挡位装置包括与主轴（1）键连接的轮盘（29），轮盘（29）上设置有多个行星轮（30），多个行星轮（30）绕主轴（1）轴线均布，行星轮（30）外侧啮合有与固定板（13）固定连接的外齿圈（31），行星轮（30）内侧啮合有套设在主轴（1）上的太阳轮（32），太阳轮（32）靠近套环（4）一侧伸出有慢速齿圈（33），内摇棒（16）上设有能够与慢速齿圈（33）配合的慢速连接板（34），当慢速连接板（34）与慢速齿圈（33）配合时，转动摇棒（2）使得慢速齿圈（33）同步转动且带动主轴（1）转动较小的角度。

7.根据权利要求1所述的一种挡位可调的手柄结构，其特征在于，所述的内摇棒（16）上套设有滑块（35），滑块（35）滑动方向与主轴（1）轴线平行，滑块（35）与内摇棒（16）两侧均设有第三弹簧（36），滑块（35）两侧分别连接高速齿圈（27）和慢速齿圈（33）。

8.根据权利要求1所述的一种挡位可调的手柄结构，其特征在于，所述的套环（4）侧方设有连接块（37），支撑块（8）滑动固定在连接块（37）上，套环（4）在主轴（1）轴线方向移动时支撑块（8）不移动，套环（4）转动时带动支撑块（8）转动，支撑块（8）两侧设有固定在固定板（13）上的限位装置。

9.根据权利要求1所述的一种挡位可调的手柄结构，其特征在于，所述的定位装置（7）还包括滚体座（38），滚体座（38）一端与第一弹簧（9）接触，滚体座（38）另一端配置为与滚体（10）的滚动面相适配的结构，滚体（10）为圆柱体，挡位块（11）面向滚体（10）的一侧为圆弧形侧壁，多个限位槽（12）均匀布置在圆弧形侧壁上且使圆弧形侧壁呈波浪型。

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