CN101008410A - 一种平衡颠覆力矩的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平衡颠覆力矩的系统，其中，连杆(1)的一端固定在产生颠覆力矩的转轴上，另一端利用销轴铰接在活塞杆(8)上，并且铰接中心与产生颠覆力矩的重心以及转轴的轴心始终保持在一条直线上。活塞(2)设置于液/气压缸(3)内，由容积(4)内恒压的油液或气体支撑，在竖直方向上往复运动；此外，液/气压缸(3)底部安装滚轮(7)。本发明针对如双轴转台等这类产生颠覆力矩的摆动装置，提供了一种平衡颠覆力矩的系统，从而增强了这类摆动装置在运动中的平稳性，使得装置可以选择扭矩小的驱动电机，降低电机功耗，具有节约电机使用成本的优点。

Description

一种平衡颠覆力矩的系统

技术领域

本发明涉及一种机械系统，更具体地说，涉及一种在转轴系统中用于平衡颠覆力矩的机械装置。

背景技术

如双轴转台等存在摆动系统，在旋转过程中，会产生颠覆力矩。究其原因，在力学分析的基础上，可以获得这样得结论，颠覆力矩是由重力产生的。在工作时，由于绕轴转动的部件重心与轴线不重合，从而重心相对轴心产生了颠覆力矩，并且随着转轴的转动，这个颠覆力矩会周期性的变化。例如，在双轴转台旋转的过程中形成的变化力矩。而参照图1可以分析这种颠覆力矩随着摆动、角度变化，所发生的变化情况。

图1中从左图到右图，颠覆力矩的变化为M_G＝0到M_G＝GLsinθ(图1表示转轴端面的正投影，G为重力、θ为重心与轴心连线相对垂直方向的夹角)。如上所述，颠覆力矩实质上是以转角的正弦值变化的。

问题在于，传统这类产生颠覆力矩的系统通常均不设置补偿颠覆力矩的系统，因此，颠覆力矩在转台运动过程中完全是由驱动电机承载，在选择电机时，还要考虑增大电机扭矩去补偿颠覆力矩带来的影响。这势必带来不必要的浪费。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种平衡颠覆力矩的系统，旨在增强产生颠覆力矩转轴系统的稳定性和可靠性，改变传统以输出大扭矩电机来解决颠覆力矩问题的方式，从而达到降低成本之目的。

为了解决上述问题，本发明构造了一种平衡颠覆力矩的系统，包括连杆、液/气压缸、带有活塞杆的活塞以及滚轮。连杆一端固定在产生颠覆力矩的转轴上；连杆的另一端利用销轴铰接在活塞杆上，并且铰接中心与产生颠覆力矩的重心以及转轴的轴心始终保持在一条直线上。活塞设置于所述液/气压缸内，并在竖直方向上导向往复运动；液/气压缸底部安装所述滚轮。此外，活塞的底面由容积内的油液或气体支撑，在液/气压缸底部设置有进孔和出孔，并连通保持容积内压强恒定的液压或气压系统，使得活塞受到恒定向上的力F，并保证FL’sinθ＝GLsinθ，其中，L’为F相对轴心的力臂、G为产生颠覆力矩的重力、L为G相对轴心的力臂。在上述液/气压系统中，CNC控制器模拟量输出，经过放大器的处理送到比例阀，从而控制液/气压源以一定压力输入液/气压缸；在比例阀与液/气压缸之间放置压力传感器，将表示实际压力的信号反馈回PID调节器，与CNC输出信号比较后作用于PID调节器，输出改变送给比例阀的指令信号。

通过上述技术方案，本发明的平衡颠覆力矩的系统，与现有技术相比，可选择扭矩小的驱动电机，因而减小了电机的功率，节约电机的使用成本；同时增强了这类产生颠覆力矩的摆动系统的平稳性。

附图说明

图1是颠覆力矩产生的原理图；

图2是本发明平衡颠覆力矩系统的结构示意图；

图3是本发明平衡颠覆力矩系统的使用状态图；

图4是保持液压或气压系统中压力横定的控制框图。

具体实施方式

如图2所示本发明的系统，其中连杆1的上端固定在产生颠覆力矩的转轴上，可以固定在转轴的一个端部，也可以圆环方式套接在轴杆上；同时利用螺栓或销固定。图中，连杆1的下端利用销轴铰接在活塞杆8上，注意，铰接中心与产生颠覆力矩的重心以及转轴的轴心始终保持在一条直线上。这是依靠连杆1上端的定位连接实现的，如图2中优选方式的三点定位方式。

活塞杆8带动下端的活塞2动作，由于设置活塞2的液/气压缸3底部安装滚轮7。从而，当产生颠覆力矩的转台或工件绕转轴的旋转中心来回摆动时，液/气压缸利用滚轮往复运动。此外，液/气压缸3的导向作用下，活塞2在竖直方向上往复运动。

此时只要保证活塞2的底面受到恒定的压力F，且保证FL’sinθ＝GLsinθ(如图3所示)，既可以平衡颠覆力矩，实现本发明的目的。其中，L’为F相对轴心的力臂、G为产生颠覆力矩的重力(预先确定)、L为G相对轴心的力臂。为此在活塞2的底面设置恒压单元。当然恒压是理想状态，在机构中只要能基本上实现压力变化不大既可。

现有技术有多种实现恒压单元的方式。采用图3所示液压或气压系统。其中，液/气压缸3中活塞2下部的容积4充满油液或气体；液/气压缸3底部设有进孔5和出孔6，两孔连通液压系统或气压系统。此时只要保证液压系统或气压系统的压力恒定既可。可如图4所示，实现本发明恒压液压/气压系统的方案。采用古典控制理论的办法，结合现代工业产品设计而成。通过CNC模拟量输出，经过放大器的处理，由电流控制比例阀实现液压油的压力的控制，在比例阀与液/气压缸(液/气压缸)之间放置压力传感器，从而将实际压力转换成电信号，即电压，反馈回PID与CNC输出模拟量进行比较，这两个信号的差值作用于PID，改变送给比例阀的指令信号，于是比例阀自动控制调整量，以消除差值，从而控制整个系统的压力，保证液/气压缸中的压力恒定，从而平衡双轴转台的颠覆力矩。

双轴转台大量应用于机床行业，且双轴转台的控制必定需要数控来控制运行和定位，以便实现精密工件加工。本发明尤其适用于双轴转台上。以图3实施方式为例，说明本发明的工作方式。将系统连杆安装在倾斜轴轴端，注意保证同轴度。将滚轮放置在平行于工作台的平面上，保证转台倾斜时平衡系统的跟随性。当保证气缸中压缩空气恒定的气压时，相当于给连杆一个方向始终竖直向上的恒定压力。当转角到任意θ角时，活塞作用在连杆上的恒定压力的力矩实际上为PL′sinθ。当设定为P＝GL/L′时，PL′sinθ＝GLsinθ，则转台颠覆力矩就已经被系统的反力矩补偿上了。因此，在恒定压力下，本发明的系统随摆动的转台往复运动同时平衡了转台的颠覆力矩。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1、一种平衡颠覆力矩的系统，其特征在于，包括连杆(1)、液/气压缸(3)、带有活塞杆(8)的活塞(2)以及滚轮(7)；其中，

所述连杆(1)一端固定在产生颠覆力矩的转轴上；所述连杆(1)的另一端利用销轴铰接在所述活塞杆(8)上，并且铰接中心与产生颠覆力矩的重心以及转轴的轴心始终保持在一条直线上；

所述活塞(2)设置于所述液/气压缸(3)内，并在竖直方向上导向往复运动；所述液/气压缸(3)底部安装所述滚轮(7)；

所述活塞(2)的底面由容积(4)内的油液或气体支撑，在所述液/气压缸(3)底部设置有进孔(5)和出孔(6)；所述进孔(5)和出孔(6)连通保持容积内压强恒定的液压或气压系统，使得所述活塞(2)受到恒定向上的力F，并保证FL’sinθ＝GLsinθ，其中：L’为F相对轴心的力臂、G为产生颠覆力矩的重力、L为G相对轴心的力臂；

在所述液/气压系统中，CNC控制器模拟量输出，经过放大器的处理送到比例阀，从而控制液/气压源以一定油压输入液/气压缸；在比例阀与液/气压缸之间放置压力传感器，将表示实际压力的信号反馈回PID调节器，与CNC输出信号比较后作用于PID调节器，输出改变送给比例阀的指令信号。

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