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(fā)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(fā)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(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)大力矩的輸出，難以適應多種任務的需求。
[0004]現(xiàn)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(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明提出了一種適用力矩范圍廣、輸出力矩值穩(wěn)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(fā)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(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)。
[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(fā)明的工作原理為:當傳動穩(wěn)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(wěn)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(fā)生轉動，彈簧3自適應到平衡位置，彈簧3的彈力發(fā)生變化，同時彈力的作用力臂發(fā)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(fā)明中，采用可變力臂實現(xiàn)恒力矩輸出的理念，能夠實現(xiàn)整個傳動過程中持續(xù)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(jù)圖2可以看出，找到了同參數(shù)下，存在無數(shù)組空間輪廓都能滿足要求。本發(fā)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(wěn)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(xiàn)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(jù)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(jù)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(jù)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(shù)。5.根據(jù)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(fā)明為解決現(xiàn)有平面低摩擦彈簧凸輪結構存在徑向尺寸大的問題。本發(fā)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(xiàn)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(fā)明用于被動式恒力機構。
【IPC分類】F16H37/12
【公開號】CN105221695
【申請?zhí)枴緾N201510696936
【發(fā)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(yè)大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月23日