CN105253797A - 低惯量弹簧扭杆式恒力机构 - Google Patents
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Abstract
低惯量弹簧扭杆式恒力机构，属于一种恒力加载机构。本发明是为了解决现有被动式恒力输出装置具有局限性的问题。本发明所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构，多个弹簧的两端分别与恒力机构输入轴和恒力机构输出卷筒铰接；扭杆位于恒力机构输入轴内部，且扭杆的两端分别与恒力机构输入轴和恒力机构输出卷筒固定连接，该种结构充分考虑了恒力机构的使用要求，采用可变力臂和扭杆的高刚度实现恒力矩输出，能够实现整个传动过程中持续输出恒定力矩。本发明具有结构简单，具有低惯量、大扭矩、高灵敏度的突出优点，且通用性强，为高频变化的负载提供恒力输出，适用力矩值范围广、输出力矩值稳定性高，转动惯量低的低惯量弹簧扭杆恒力机构。
Description
技术领域
本发明属于一种恒力加载机构，尤其涉及一种低惯量弹簧扭杆式恒力机构。
背景技术
恒力加载机构在卷纸、热力发电、材料试验、航天设备等领域中应用广泛，其能直接影响到设备的安全性、可靠性。尤其实在航天领域，通过恒力机构提供微低重力补偿来验证航天器性能，是经常采用的地面验证方式。传统的重力补偿提供方式有配重平衡、气浮、水浮、悬吊法等，其中悬吊法重力模拟有主动补偿与被动补偿两种方式。
经过对现有技术的文献的检索发现，目前使用的被动式恒力输出装置多采用涡卷弹簧或扭簧，此类恒力机构的局限性体现在以下三个方面：
一是输出的力矩为渐变力矩，力矩值随着转动角度的变化线性变化，为保证力矩输出末端的力矩裕度，使最终输出总能量远大于要求，产生额外冲击；
二是力矩值偏低，无法实现大力矩的输出，难以适应多种任务的需求；
三是整个机构的惯量很大，无法实现基于电机反馈控制的高精度恒力输出。
发明内容
本发明是为了解决现有被动式恒力输出装置具有局限性的问题，现提供低惯量弹簧扭杆式恒力机构。
低惯量弹簧扭杆式恒力机构，它包括：恒力机构本体，该恒力机构本帖团体包括：恒力机构输入轴3和恒力机构输出卷筒1，恒力机构输出卷筒1的首端设有开口，恒力机构输入轴3位于恒力机构输出卷筒1内部，且恒力机构输入轴3的首端从恒力机构输出卷筒1首端的穿出，并通过轴承与开口内壁连接，
它还包括：n个弹簧2和扭杆4，n为正整数；
n个弹簧2均匀分布在恒力机构输出卷筒1与恒力机构输入轴3之间，每个弹簧2的一端与恒力机构输入轴3的外侧铰接，每个弹簧2的另一端与恒力机构输出卷筒1的内壁铰接；
扭杆4位于恒力机构输入轴3内部，扭杆4的首端与恒力机构输入轴3的首端固定连接，扭杆4的末端从恒力机构输入轴3的末端穿出，并与恒力机构输出卷筒1的末端固定连接。
n个弹簧2均为圆柱螺旋压缩弹簧。
n个弹簧2的两端分别通过连接件与恒力机构输入轴3和恒力机构输出卷筒1铰接。
连接件的转轴与扭杆4的轴同向。
恒力机构输入轴3的两侧对称设置n个弹簧2，每侧的n/2个弹簧2沿轴向均布，其中n为偶数；
铰接在恒力机构输入轴3首端的两个弹簧2的轴向均与恒力机构输入轴3的轴向垂直，且两个弹簧2的轴心线在同一条直线上，恒力机构输入轴3两侧其余的弹簧2均分别与该恒力机构输入轴3首端的两个弹簧2正对。
扭杆4的两端分别通过键与恒力机构输入轴3的首端和恒力机构输出卷筒1的末端固定连接，扭杆4与恒力机构输入轴3的末端之间设有轴承。
本发明所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构，n个弹簧的两端分别与恒力机构输入轴和恒力机构输出卷筒铰接；扭杆位于恒力机构输入轴内部，且扭杆的两端分别与恒力机构输入轴和恒力机构输出卷筒固定连接，该种结构充分考虑了恒力机构的使用要求，采用可变力臂和扭杆的高刚度实现恒力矩输出，能够实现整个传动过程中持续输出恒定力矩。本发明提供的力矩具有稳定性高、受冲击干扰小、输出范围宽、转动惯量小的特点，同时，本发明具有结构简单，具有低惯量、大扭矩、高灵敏度的突出优点，且通用性强，为高频变化的负载提供恒力输出，适用力矩值范围广、输出力矩值稳定性高，转动惯量低的低惯量弹簧扭杆恒力机构。
附图说明
图1为本发明所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构的结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构，它包括：恒力机构本体，该恒力机构本帖团体包括：恒力机构输入轴3和恒力机构输出卷筒1，恒力机构输出卷筒1的首端设有开口，恒力机构输入轴3位于恒力机构输出卷筒1内部，且恒力机构输入轴3的首端从恒力机构输出卷筒1首端的穿出，并通过轴承与开口内壁连接，
它还包括：n个弹簧2和扭杆4，n为正整数；
n个弹簧2均匀分布在恒力机构输出卷筒1与恒力机构输入轴3之间，每个弹簧2的一端与恒力机构输入轴3的外侧铰接，每个弹簧2的另一端与恒力机构输出卷筒1的内壁铰接；
扭杆4位于恒力机构输入轴3内部，扭杆4的首端与恒力机构输入轴3的首端固定连接，扭杆4的末端从恒力机构输入轴3的末端穿出，并与恒力机构输出卷筒1的末端固定连接。
本实施方式中，恒力机构输入轴3经过扭杆4和弹簧2后将恒力矩传递给恒力机构输出卷筒1，通过恒力机构输出卷筒1收放吊索，实现吊索上的恒拉力。
输入轴与输出卷筒之间相对速度存在如下两种情况：
1、传动稳定时，输出卷筒相对于输入轴无转动，弹簧所提供的弹力保持恒定，同时弹力的作用力臂保持不变，扭杆的转角也不变，扭杆和弹簧一起提供稳定的恒力矩；
2、当输出卷筒受负载的突然位移引起转角变化时，输入轴相对于输出卷筒发生转动，弹簧到下一位置，此时弹簧的弹力发生变化，同时弹力作用力臂也发生变化，扭杆的转角也发生变化，但是扭杆输出的力矩与弹簧输出的力矩和保持为既定的恒值。
在实际应用时，扭杆的尺寸和弹簧的尺寸根据实际的扭矩要求作出调整，变化范围很大，恒力性能得到保证。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构作进一步说明，本实施方式中，n个弹簧2均为圆柱螺旋压缩弹簧。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构作进一步说明，本实施方式中，n个弹簧2的两端分别通过连接件与恒力机构输入轴3和恒力机构输出卷筒1铰接。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构作进一步说明，本实施方式中，连接件的转轴与扭杆4的轴同向。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构作进一步说明，本实施方式中，恒力机构输入轴3的两侧对称设置n个弹簧2，每侧的n/2个弹簧2沿轴向均布，其中n为偶数；
铰接在恒力机构输入轴3首端的两个弹簧2的轴向均与恒力机构输入轴3的轴向垂直，且两个弹簧2的轴心线在同一条直线上，恒力机构输入轴3两侧其余的弹簧2均分别与该恒力机构输入轴3首端的两个弹簧2正对。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构作进一步说明，本实施方式中，扭杆4的两端分别通过键与恒力机构输入轴3的首端和恒力机构输出卷筒1的末端固定连接，扭杆4与恒力机构输入轴3的末端之间设有轴承。
Claims (6)
1.低惯量弹簧扭杆式恒力机构，它包括：恒力机构本体，其特征在于，它还包括：n个弹簧(2)和扭杆(4)，n为正整数；
n个弹簧(2)均匀分布在恒力机构输出卷筒(1)与恒力机构输入轴(3)之间，每个弹簧(2)的一端与恒力机构输入轴(3)的外侧铰接，每个弹簧(2)的另一端与恒力机构输出卷筒(1)的内壁铰接；
扭杆(4)位于恒力机构输入轴(3)内部，扭杆(4)的首端与恒力机构输入轴(3)的首端固定连接，扭杆(4)的末端从恒力机构输入轴(3)的末端穿出，并与恒力机构输出卷筒(1)的末端固定连接。
2.根据权利要求1所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构，其特征在于，n个弹簧(2)均为圆柱螺旋压缩弹簧。
3.根据权利要求1所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构，其特征在于，n个弹簧(2)的两端分别通过连接件与恒力机构输入轴(3)和恒力机构输出卷筒(1)铰接。
4.根据权利要求3所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构，其特征在于，连接件的转轴与扭杆(4)的轴同向。
5.根据权利要求1所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构，其特征在于，恒力机构输入轴(3)的两侧对称设置n个弹簧(2)，每侧的n/2个弹簧(2)沿轴向均布，其中n为偶数；
铰接在恒力机构输入轴(3)首端的两个弹簧(2)的轴向均与恒力机构输入轴(3)的轴向垂直，且两个弹簧(2)的轴心线在同一条直线上，恒力机构输入轴(3)两侧其余的弹簧(2)均分别与该恒力机构输入轴(3)首端的两个弹簧(2)正对。
6.根据权利要求1所述的低惯量弹簧扭杆式恒力机构，其特征在于，扭杆(4)的两端分别通过键与恒力机构输入轴(3)的首端和恒力机构输出卷筒(1)的末端固定连接，扭杆(4)与恒力机构输入轴(3)的末端之间设有轴承。
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