CN105487563B - 一种可调节恒力机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可调节恒力机构，该机构由基座组件、力输出组件、水平调节组件、竖直调节组件组成：所述基座组件由顶板、外筒和底板组成，各部分依次固连；所述力输出组件由接触板、凸轮和水平移动组件组成，接触板与凸轮固连，凸轮与水平移动组件接触；所述水平移动组件由滚子、心轴和保持架组成，滚子通过心轴与保持架固连；所述水平调节组件由水平调节螺钉、凸台和水平线性弹簧组成；水平线性弹簧两端分别与水平调节螺钉和保持架接触。所述竖直调节组件由上调节螺钉、竖直线性弹簧和下调节螺钉组成；竖直线性弹簧两端分别与上调节螺钉和下调节螺钉接触。本发明具有体积小、结构简单、恒力输出可调的优点。

Description

一种可调节恒力机构
技术领域
本发明属于恒力加载机构，尤其涉及一种可调节恒力机构。
背景技术
恒力机构能在牵引物体运动过程中保持恒定的作用力，它不同于传统的圆柱弹簧与其他弹性体，恒力机构不满足胡克定理。恒力机构对设备的安全性和可靠性有重要影响，恒力机构现已在诸多领域和场合得到了广泛应用，如物体夹持、管道清洗、热力发电、机器人末端机构等。目前获得恒力的方法有：机电一体化、重力平衡等方法。机电一体化控制通过反馈作用可以实现力的精确控制，但是一般情况下该 结构较为复杂、体积较大、可靠性不高。重力平衡法通过重物受到的重力作为恒力的输入，可以获得很高的精度，但是这种装置对安装位置要求较高，难以满足实际应用条件。专利号为201520252012.3的中国专利公开了一种曲面恒力机构，该机构采用纯机械结构，可靠性高，采用力分解原理，获得的恒力恒定。但是该装置产生的恒力是固定的，不能获得可变的恒力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有恒力机构存在的上述不足，提供了一种结构简单、能够获得可变恒力的可调节恒力机构。
本发明采用以下技术方案。
本发明的可调节恒力机构由基座组件、力输出组件、水平调节组件、竖直调节组件组成：
1）所述基座组件由顶板、外筒和底板组成；顶板、外筒和底板依次固连。
2）所述力输出组件由接触板、凸轮和水平移动组件组成；接触板与凸轮固连，水平移动组件同时与凸轮和底板接触，接触板穿过顶板上的中心孔；所述水平移动组件由滚子、心轴和保持架组成，滚子通过心轴与保持架固连。
3）所述水平调节组件由水平调节螺钉、凸台和水平线性弹簧组成；水平调节螺钉与凸台之间通过螺纹连接，凸台与外筒外壁固连，水平弹簧一端与水平调节螺钉接触，另一端与保持架接触。
4）所述竖直调节组件由上调节螺钉、竖直线性弹簧和下调节螺钉组成；竖直线性弹簧一端与上调节螺钉接触，另一端与下调节螺钉接触；上调节螺钉与接触板之间采用螺纹连接，下调节螺钉与底板之间采用螺纹连接。
本发明采用力的组合实现恒力可调节。组合力包括线性弹簧产生的正刚度弹力与凸轮机构产生的负刚度力，其中线性弹簧的力-位移特性曲线的斜率与凸轮机构的力-位移特性曲线斜率的绝对值相等，两者组合后使得最终输出的力为恒力；当改变线性弹簧的预压长度时，线性弹簧的力-位移特性曲线就会向上下平移，而力-位移特性曲线的斜率不会改变，最终与凸轮机构产生的力组合后输出的恒力就会改变，基于以上原理，需要对凸轮的轮廓进行详细设计。
本发明的有益效果是：1、整体结构对称布置，受力情况好；2、产生的恒力可以实时调节。
附图说明
图1为可调节恒力机构的主剖视图。
图2为可调节恒力机构的侧剖视图。
图3为可调节恒力机构的原理。
图4为可调节恒力机构的三维图。
图5为水平移动组件的三维图。
具体实施方式
结合附图，对本发明做进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明提供了一种实施例的结构形式，本实施例中，可调节恒力机构由基座组件、力输出组件、水平调节组件、竖直调节组件组成：
所述基座组件由顶板（1）、外筒（2）和底板（3）组成；顶板（1）、外筒（2）和底板（3）依次固连。
所述力输出组件由接触板（4）、凸轮（5）和水平移动组件组成；接触板（4）与凸轮（5）固连，水平移动组件同时与凸轮（5）和底板（3）接触，接触板（4）穿过顶板（1）上的中心孔；所述水平移动组件由滚子（6）、心轴（7）和保持架（8）组成，滚子（6）通过心轴（7）与保持架（8）固连。
所述水平调节组件由水平调节螺钉（9）、凸台（10）和水平线性弹簧（11）组成；水平调节螺钉（9）与凸台（10）之间通过螺纹连接，凸台（10）与外筒（2）外壁固连，水平线性弹簧（11）一端与水平调节螺钉（9）接触，另一端与保持架（8）接触。
所述竖直调节组件由上调节螺钉（12）、竖直线性弹簧（13）和下调节螺钉（14）组成；竖直线性弹簧（13）一端与上调节螺钉（12）接触，另一端与下调节螺钉（14）接触；上调节螺钉（12）与接触板（4）之间采用螺纹连接，下调节螺钉（14）与底板（3）之间采用螺纹连接。
本发明实现恒力可调节的原理如图3所示，线性弹簧的力-位移特性曲线的斜率与负刚度装置的力-位移特性曲线斜率的绝对值相等，叠加后就得到了恒力，当调节线性弹簧的预压长度时，就会改变线性弹簧的力-位移特性曲线，使得该曲线会上下平移，此时叠加后得到的恒力就会发生改变，实现恒力可调。
本发明实际工作情况如图1、2所示，装置呈对称布置。在使用前，需要将凸轮（5）与两个水平移动组件同时接触，且两个水平移动组件也要相互接触，同时调节水平调节螺钉（9），使水平线性弹簧（11）有一定的预紧，同时调节竖直螺钉（14），使竖直线性弹簧（13）有一定的预紧。将接触板（4）往下压，两个水平移动组件在凸轮（5）的作用下会向两边移动，直到两个水平移动组件接触到外筒（2）内壁，接着将接触板（4）作用到需要被施力的物体上，当被施力物体有一定的移动时，接触板（4）会随着被施力物体一起移动。当所需恒力需要改变时，此时可以同时调节下调节螺钉（14）对竖直线性弹簧（13）进行不同程度的预紧。

Claims (2)

1.一种可调节恒力机构，其特征在于：其由基座组件、力输出组件、水平调节组件、竖直调节组件组成；
所述基座组件由顶板（1）、外筒（2）和底板（3）组成；顶板（1）、外筒（2）和底板（3）依次固连；
所述力输出组件由接触板（4）、凸轮（5）和水平移动组件组成；接触板（4）与凸轮（5）固连，水平移动组件同时与凸轮（5）和底板（3）接触，接触板（4）穿过顶板（1）上的中心孔；所述水平移动组件由滚子（6）、心轴（7）和保持架（8）组成，滚子（6）通过心轴（7）与保持架（8）固连；
所述水平调节组件由水平调节螺钉（9）、凸台（10）和水平线性弹簧（11）组成；水平调节螺钉（9）与凸台（10）之间通过螺纹连接，凸台（10）与外筒（2）外壁固连，水平线性弹簧（11）一端与水平调节螺钉（9）接触，另一端与保持架（8）接触；
所述竖直调节组件由上调节螺钉（12）、竖直线性弹簧（13）和下调节螺钉（14）组成；竖直线性弹簧（13）一端与上调节螺钉（12）接触，另一端与下调节螺钉（14）接触；上调节螺钉（12）与接触板（4）之间采用螺纹连接，下调节螺钉（14）与底板（3）之间采用螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的可调节恒力机构，其特征在于：凸轮轮廓满足凸轮机构的力-位移特性曲线斜率与线性弹簧的力-位移特性曲线斜率的绝对值相等。
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