低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于恒力加載機構技術領域。
【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，它能直接影響到設備的安全性和可靠性。尤其是在航天領域，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。
[0003]現有技術中，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。
[0004]現有平面低摩擦彈簧凸輪恒力機構的設計存在一些缺點，其徑向尺寸太大，無法滿足要求，在很多場合，我們都想要這個機構的體積盡可能的小。
【發明內容】
[0005]本發明目的是為了解決現有平面低摩擦彈簧凸輪結構存在徑向尺寸大的問題，提供了一種低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構。
[0006]本發明所述低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構，它包括凸輪組件、彈簧和擺桿，凸輪組件包括凸輪、滾子和卷筒，擺桿的一端連接動力輸入軸，卷筒連接動力輸出端，擺桿和凸輪組件之間通過彈簧連接，實現擺桿和凸輪之間的扭矩傳遞；動力輸入軸在卷筒內部，且卷筒和動力輸入軸同軸心，凸輪的輪廓固定連接在卷筒的內側壁上，滾子在凸輪的滾槽里滾動，彈簧的一端固定連接在滾子上，彈簧的另一端固定連接在擺桿的另一端上。
[0007]本發明的優點:本發明提出了一種適用力矩范圍廣、輸出力矩值穩定性高、徑向尺寸小的低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構。本發明所述的低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構用于被動式恒力機構，為高頻變化的負載提供恒力輸出。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明所述低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構的結構示意圖；
[0009]圖2是確定了彈簧、擺桿和恒定扭矩后得到的滿足要求的空間凸輪輪廓。
【具體實施方式】
[0010]【具體實施方式】一:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構，它包括凸輪組件、彈簧3和擺桿4，凸輪組件包括凸輪1、滾子2和卷筒5，擺桿4的一端連接動力輸入軸，卷筒5連接動力輸出端，擺桿4和凸輪組件之間通過彈簧3連接，實現擺桿4和凸輪I之間的扭矩傳遞；動力輸入軸在卷筒5內部，且卷筒5和動力輸入軸同軸心，凸輪I的輪廓固定連接在卷筒5的內側壁上，滾子2在凸輪I的滾槽里滾動，彈簧3的一端固定連接在滾子2上，彈簧3的另一端固定連接在擺桿4的另一端上。
[0011]本實施方式中，空間凸輪I的輪廓固定連接在圓柱型的卷筒5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。
[0012]本實施方式中，空間凸輪作為恒扭矩的輸出端，其外端可與圓柱卷筒相連接，輸出恒力。擺桿4與空間凸輪I的輪廓之間通過彈簧3連接，實現兩個部件之間的扭矩傳遞，同時抑制沖擊干擾。
[0013]【具體實施方式】二:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，彈簧3采用圓柱螺旋拉伸彈簧。
[0014]【具體實施方式】三:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，擺桿4連接動力輸入軸，所述動力輸入軸為電機軸或減速器軸。
[0015]本實施方式中，擺桿4作為扭矩輸入端，將電機輸出的扭矩輸入到凸輪中。
[0016]【具體實施方式】四:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，彈簧3和凸輪組件沿動力輸入軸的軸向有N組，其中N為正整數。
[0017]【具體實施方式】五:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，滿足彈簧3和擺桿4恒定扭矩條件的所有凸輪I的輪廓構成空間曲面。
[0018]本實施方式中，該空間曲面上任意一條曲線都滿足恒力要求，這里為使用方便，選取圓柱體的卷筒5去截這個空間曲面，相交曲線即為凸輪I的輪廓。
[0019]本發明的工作原理為:當傳動穩定時，擺桿4相對于凸輪組件無轉動，彈簧3的彈力保持恒定，同時彈力的作用力臂保持不變，提供穩定的恒力矩；
[0020]當卷筒5受負載位移引起角變化時，凸輪組件相對于擺桿4發生轉動，彈簧3自適應到平衡位置，彈簧3的彈力發生變化，同時彈力的作用力臂發生變化，但是能夠保持輸出的力矩保持為既定的恒值。
[0021]本發明中，采用可變力臂實現恒力矩輸出的理念，能夠實現整個傳動過程中持續輸出恒定力矩，并且，考慮平面的布局會使得徑向的尺寸比較大，為此，將彈簧擴展到空間里，并且，根據圖2可以看出，找到了同參數下，存在無數組空間輪廓都能滿足要求。本發明提出的低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構能提供的力矩具有穩定性高、受沖擊干擾小、輸出范圍寬的特點，同時具有徑向尺寸小，設計靈活，結構簡單，通用性強的特點。
【主權項】
1.低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構，其特征在于，它包括凸輪組件、彈簧(3)和擺桿(4)，凸輪組件包括凸輪(1)、滾子(2)和卷筒(5)，擺桿(4)的一端連接動力輸入軸，卷筒(5)連接動力輸出端，擺桿⑷和凸輪組件之間通過彈簧(3)連接，實現擺桿⑷和凸輪(I)之間的扭矩傳遞；動力輸入軸在卷筒(5)內部，且卷筒(5)和動力輸入軸同軸心，凸輪(I)的輪廓固定連接在卷筒(5)的內側壁上，滾子(2)在凸輪(I)的滾槽里滾動，彈簧(3)的一端固定連接在滾子(2)上，彈簧(3)的另一端固定連接在擺桿(4)的另一端上。2.根據權利要求1所述低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構，其特征在于，彈簧(3)采用圓柱螺旋拉伸彈簧。3.根據權利要求1所述低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構，其特征在于，擺桿(4)連接動力輸入軸，所述動力輸入軸為電機軸或減速器軸。4.根據權利要求1所述低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構，其特征在于，彈簧(3)和凸輪組件沿動力輸入軸的軸向有N組，其中N為正整數。5.根據權利要求1所述低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構，其特征在于，滿足彈簧(3)和擺桿(4)恒定扭矩條件的所有凸輪(I)的輪廓構成空間曲面。
【專利摘要】低摩擦空間恒扭矩彈簧凸輪機構，屬于恒力加載機構技術領域，本發明為解決現有平面低摩擦彈簧凸輪結構存在徑向尺寸大的問題。本發明包括凸輪組件、彈簧和擺桿，凸輪組件包括凸輪、滾子和卷筒，擺桿的一端連接動力輸入軸，卷筒連接動力輸出端，擺桿和凸輪組件之間通過彈簧連接，實現擺桿和凸輪之間的扭矩傳遞；動力輸入軸在卷筒內部，且卷筒和動力輸入軸同軸心，凸輪的輪廓固定連接在卷筒的內側壁上，滾子在凸輪的滾槽里滾動，彈簧的一端固定連接在滾子上，彈簧的另一端固定連接在擺桿的另一端上。本發明用于被動式恒力機構。
【IPC分類】F16H37/12
【公開號】CN105221695
【申請號】CN201510696936
【發明人】高海波, 劉振, 牛福亮, 鄧宗全, 丁亮, 李楠
【申請人】哈爾濱工業大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月23日