彈簧凸輪扭桿式恒力機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種恒力加載機構，具體涉及一種被動適應性恒力加載機構。
【背景技術】
[0002]恒力加載機構在卷紙、熱力發電、材料試驗、航天設備等領域中應用廣泛，其能直接影響到設備的安全性、可靠性。尤其實在航天領域，通過恒力機構提供微低重力補償來驗證航天器性能，是經常采用的地面驗證方式。傳統的重力補償提供方式有配種平衡、氣浮、水浮、懸吊法等，其中懸吊法重力模擬有主動補償與被動補償兩種方式。本發明創造設計出一種用于被動式恒力機構，為高頻變化的負載提供恒力輸出。
[0003]經過對現有技術的文獻的檢索發現，目前使用的被動式恒力輸出裝置多采用渦卷彈簧或扭簧，此類恒力裝置的局限性體現在以下兩個方面:一是輸出的力矩為漸變力矩，力矩值隨著轉動角度的變化線性變化，為保證力矩輸出末端的力矩裕度，使最終輸出總能量遠大于要求，產生額外沖擊；二是力矩值偏低，無法實現大力矩的輸出，難以適應多種任務的需求。為此，提出能實現精確的恒力輸出的恒力機構勢在必行。
【發明內容】
[0004]本發明為解決現有被動式恒力輸出裝置存在輸出的力矩為漸變力矩，力矩值隨著轉動角度的變化線性變化，以及力矩值偏低，無法實現大力矩的輸出，難以適應多種任務的需求的問題，進而提供一種彈簧凸輪扭桿式恒力機構。
[0005]本發明為解決上述問題采取的技術方案是:本發明的彈簧凸輪扭桿式恒力機構包括輸出卷筒、輸入軸、扭桿和若干組彈簧凸輪機構，每組彈簧凸輪機構包括N個套筒、N個彈簧和N個滾輪，其中N為正整數；
[0006]若干組彈簧凸輪機構沿輸出卷筒的軸向并排設置在輸出卷筒內，輸入軸的中空腔內布置有扭桿，扭桿的兩端分別與輸入軸和輸出卷筒固接，套筒為帶有凹槽的套筒，輸入軸的外側壁上沿輸入軸的周向均布安裝有多個套筒，套筒內布置有彈簧，彈簧的兩端分別與套筒和滾輪連接，滾輪對應頂靠在輸出卷筒內側面上的凸輪導槽面上。
[0007]本發明的有益效果是:本發明的平面高精度彈簧凸輪扭桿式的恒力機構，由于扭桿的存在，可以承受很大的扭矩，因此，恒扭矩的范圍也很大，而且，結合彈簧凸輪的扭矩的精確補充，最終整個機構的輸出扭矩可以實現高的精度，而且整個機構的質量主要集中在扭桿上，因此慣性小，易于用電機進行精確的恒力反饋閉環控制。本發明采用扭桿的高剛度和彈簧可變力臂實現恒力矩輸出的設計理念設計而成，能夠實現整個傳動過程中持續輸出恒定力矩。該驅動裝置能提供的力矩具有恒力穩定性高、受沖擊干擾小、反映靈敏、輸出范圍寬、扭矩可調和可以自回復的特點，同時具有結構簡單，通用性強的特點。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明彈簧凸輪扭桿式恒力裝置的結構示意圖，圖2為圖1的B-B剖面圖。
【具體實施方式】
[0009]【具體實施方式】一:結合圖1-圖2說明，本實施方式的彈簧凸輪扭桿式恒力機構，它包括輸出卷筒1、輸入軸2、扭桿3和若干組彈簧凸輪機構4，每組彈簧凸輪機構4包括N個套筒4-1、N個彈簧4-2和N個滾輪4-3，其中N為正整數；
[0010]若干組彈簧凸輪機構4沿輸出卷筒的軸向并排設置在輸出卷筒1內，輸入軸2的中空腔內布置有扭桿3，扭桿3的兩端分別與輸入軸2和輸出卷筒1固接，套筒4-1為帶有凹槽的套筒，輸入軸2的外側壁上沿輸入軸2的周向均布安裝有多個套筒4-1，套筒4-1內布置有彈簧4-2，彈簧4-2的兩端分別與套筒4-1和滾輪4-3連接，滾輪4_3對應頂靠在輸出卷筒1內側面上的凸輪導槽面1-1上。凸輪導槽面與滾輪相適應設置。
[0011]當輸出卷筒相對輸入軸發生轉動的時候，扭桿的扭矩值發生變化，同時彈簧凸輪機構的扭矩值也發生變化，這兩個的值的和是一定的，保證恒力矩精確輸出。輸出卷筒和輸入軸同軸設置。
[0012]輸入軸作為整個機構的扭矩輸入端，其外端與電機軸或減速器軸相連。凸輪導槽面作為恒扭矩的輸出端，可與滾輪和輸入卷筒相連接，輸出恒力。
[0013]平面凸輪固連在圓柱卷筒上，將恒力矩傳遞給卷筒，通過卷筒收放吊索，實現吊索上的恒拉力。
[0014]恒定扭矩的值是可以改變的，改變的方式是改變安裝在卷筒內表面的凸輪輪廓在扭桿處于初始位置時的相對角度。
[0015]恒定的扭矩帶來機構的不能自回復特性，本發明可以通過適當改變套筒內支持彈簧部分的長度，即相當于認為的在其他參數不變的額情況下延長一點兒彈簧的長度，這樣可以使得扭矩的輸出不是恒定的，而是有少量的波動，并且擁有了自回復的功能，當外界干擾穩定后可以自動回復到最始位置。
[0016]輸出卷筒與輸入軸之間相對速度存在有兩種情況:傳動穩定時，輸出卷筒相對于輸入軸無轉動，彈簧所提供的彈力和扭桿輸出的扭矩保持恒定，同時彈力的作用力臂保持不變，彈簧凸輪機構和扭桿的扭矩和是穩定的恒力矩；當輸出卷筒受負載的突然位移引起轉角變化時，彈簧凸輪機構相對于輸入軸發生轉動，彈簧自適應到平衡位置，此時彈簧的彈力發生變化，同時彈力作用力臂也發生變化，扭桿的扭角也發生變化，扭矩也跟著變化，但是可保持所輸出的力矩保持為既定的恒值。
[0017]【具體實施方式】二:結合圖1和圖2說明，本實施方式的彈簧4-2為圓柱螺旋壓縮彈簧。結構簡單，便于使用。其它與【具體實施方式】一相同。
[0018]【具體實施方式】三:結合圖2說明，本實施方式的輸入軸2和扭桿3均為圓柱形結構。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0019]【具體實施方式】四:結合圖2說明，本實施方式的每個彈簧凸輪機構4的套筒4-1、彈簧4-2和滾輪4-3的數量均為4個。如此設置，分布均衡，恒力扭矩輸出穩定。其它【具體實施方式】一或二相同。
[0020]【具體實施方式】五:結合圖2說明，本實施方式的彈簧凸輪機構4的數量2組。如此設置，彈簧凸輪機構布置的尺寸和個數是根據具體的載荷來變化的，可以進行調整，優化使用性能。其它與【具體實施方式】四相同。
【主權項】
1.彈簧凸輪扭桿式恒力機構，其特征在于:它包括輸出卷筒(1)、輸入軸(2)、扭桿(3)和若干組彈簧凸輪機構(4)，每組彈簧凸輪機構(4)包括N個套筒(4-1)、N個彈簧(4-2)和N個滾輪(4-3)，其中N為正整數； 若干組彈簧凸輪機構(4)沿輸出卷筒(1)的軸向并排設置在輸出卷筒(1)內，輸入軸(2)的中空腔內布置有扭桿(3)，扭桿(3)的兩端分別與輸入軸(2)和輸出卷筒⑴固接，套筒(4-1)為帶有凹槽的套筒，輸入軸(2)的外側壁上沿輸入軸(2)的周向均布安裝有多個套筒(4-1)，套筒(4-1)內布置有彈簧(4-2)，彈簧(4-2)的兩端分別與套筒(4_1)和滾輪(4-3)連接，滾輪(4-3)對應頂靠在輸出卷筒(1)內側面上的凸輪導槽面(1-1)上。2.根據權利要求1所述的彈簧凸輪扭桿式恒力機構，其特征在于:彈簧(4-2)為圓柱螺旋壓縮彈簧。3.根據權利要求1或2所述的彈簧凸輪扭桿式恒力機構，其特征在于:輸入軸(2)和扭桿(3)均為圓柱形結構。4.根據權利要求1或2所述的彈簧凸輪扭桿式恒力機構，其特征在于:每組彈簧凸輪機構(4)的套筒(4-1)、彈簧(4-2)和滾輪(4-3)的數量均為4個。5.根據權利要求4所述的彈簧凸輪扭桿式恒力機構，其特征在于:彈簧凸輪機構(4)的數量2組。
【專利摘要】彈簧凸輪扭桿式恒力機構，它涉及一種恒力加載機構，以解決現有被動式恒力輸出裝置存在輸出的力矩為漸變力矩，力矩值隨著轉動角度的變化線性變化，以及力矩值偏低，無法實現大力矩的輸出，難以適應多種任務的需求的問題，彈簧凸輪扭桿式恒力機構包括輸出卷筒、輸入軸、扭桿和若干組彈簧凸輪機構，若干組彈簧凸輪機構沿輸出卷筒的軸向并排設置在輸出卷筒內，輸入軸的中空腔內布置有扭桿，扭桿的兩端分別與輸入軸和輸出卷筒固接，套筒為帶有凹槽的套筒，輸入軸的外側壁上沿輸入軸的周向均布安裝有多個套筒，套筒內布置有彈簧，彈簧的兩端分別與套筒和滾輪連接，滾輪對應頂靠在輸出卷筒內側面上的凸輪導槽面上。
【IPC分類】B66D1/30
【公開號】CN105366577
【申請號】CN201510696956
【發明人】李楠, 劉振, 牛福亮, 高海波, 丁亮, 鄧宗全
【申請人】哈爾濱工業大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月23日