CN105650221A - 一种凸轮恒力机构 - Google Patents

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黄春强
李斌
叶北发
姚进
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Sichuan University
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Sichuan University
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    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/08—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • F16H25/10—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for interconverting rotary motion and reciprocating motion with adjustable throw
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H25/08—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for interconverting rotary motion and reciprocating motion
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Abstract

本发明提供了一种凸轮恒力机构，该恒力机构包括基座和凸轮机构；所述基座由盖板、外壳和底盘组成；盖板、外壳和底盘依次固连；凸轮机构由螺钉、弹簧、推杆、滚子、凸轮轴和凸轮组成；所述螺钉、弹簧和推杆依次连接，所述螺钉通过螺纹与外壳的底部旋合，所述凸轮与凸轮轴固连并安装在外壳的内部，所述滚子安装在推杆的顶部并且与凸轮接触；所述凸轮的轮廓线满足滚子对凸轮中心产生的力矩在凸轮转动时保持恒定的条件。本发明具有结构紧凑、体积小、可靠性高，不受安装位置限制等优点。

Description

一种凸轮恒力机构
技术领域
本发明涉及一种恒力加载机构，尤其涉及一种凸轮恒力机构。
背景技术
恒力机构是一种在载荷产生位移时仍输出基本恒定作用力的装置，因其不满足胡克定理，与传统的圆柱弹簧或其他弹性体有着本质的区别，现已广泛用于机械、核工业、国防军事、仪器仪表等诸多需要恒力输出的领域，如机械加持机构、核电站管道、火炮自动机、印刷机递纸机构等，对设备的安全性和可靠性有重要影响。而目前能够获得的恒力的方法有：机电一体化控制，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。
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，提供一种体积小、结构简单、可靠性高的凸轮恒力机构。
本发明采用以下技术方案。
本发明的凸轮恒力机构，包括基座和凸轮机构：基座由盖板、外壳和底盘组成；盖板、外壳和底盘依次固连；凸轮机构由螺钉、弹簧、推杆、滚子和凸轮组成；所述螺钉、弹簧、和推杆依次连接，螺钉通过螺纹与外壳的底部旋合，凸轮与凸轮轴固连并安装在外壳的内部，滚子安装在推杆的顶部并且与凸轮接触；凸轮的轮廓线满足滚子凸轮中心产生的力矩在凸轮转动时保持恒定的条件。
上述方案中，该凸轮恒力机构还包括转盘，转盘与凸轮轴固连并安装在外壳的外部。
上述方案中，转盘上缠绕有用于对外输出恒力的钢丝绳。
上述方案中，外壳的内部还安装有轴承，轴承以推杆为中心在凸轮的工作平面上对称布置，并且轴承与推杆接触。
本发明所述的凸轮恒力机构的工作原理为：凸轮位于初始位置时，调节螺钉对弹簧施加一定的预紧力（预紧力的大小根据凸轮初始位置确定），弹簧通过推杆和滚子对凸轮施加压力，而压力作用线不经过凸轮中心，压力便会对凸轮中心产生力矩。凸轮转动时，弹簧的弹力随压缩量变化而变化，通过设计合理的凸轮轮廓线，让凸轮中心到压力作用线的力臂相应发生变化，使力与力臂的乘积保持恒定，从而获得恒力矩，恒定的力矩通过凸轮轴-转盘-钢丝绳对外输出恒定拉力。
本发明的有益效果是：1.本发明采用纯机械结构，可靠性高2.采用凸轮力矩恒定原理，原理与结构简单，结构紧凑、体积小3.不是通过重力产生恒力，不受安装位置的限制。
附图说明
图1为本发明所述的凸轮恒力机构的横截面剖视图。
图2为本发明所述的凸轮恒力机构的外部结构图。
图3为本发明所述的凸轮恒力机构的工作原理图。
图4为本发明所述的凸轮式恒力机构的凸轮轮廓线图。
图中，1盖板；2外壳；3凸轮轴；4凸轮；5滚子；6推杆；7轴承；8弹簧；9螺钉；10底盘；11转盘；12钢丝绳。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本实施例所述的凸轮恒力机构，包括基座和凸轮机构：基座由盖板1、外壳2和底盘10组成；盖板1、外壳2和底盘10依次固连；凸轮机构由螺钉9、弹簧8、推杆6、滚子5和凸轮4组成；所述螺钉9、弹簧8、和推杆6依次连接，螺钉9与外壳2的底部螺纹旋合，凸轮4与凸轮轴3固连并安装在外壳2的内部，滚子5安装在推杆6的顶部并且与凸轮4接触；外壳2的内部还安装有轴承7，轴承7以推杆6为中心在凸轮4的工作平面上对称布置，并且轴承7与推杆6接触起到支撑的作用。
如图2所示，本实施例所述的凸轮恒力机构，还包括一个与凸轮轴3固连的转盘11，转盘11安装在外壳2的外部，外缘缠绕着钢丝绳12，用于对外输出恒定的拉力。
如图3（a）所示，弹簧8对推杆6产生弹力，由于弹力的作用，与推杆6连接的滚子5会对凸轮4施加压力，压力作用线并不经过凸轮4的中心点O，因此该压力会对凸轮4的中心产生一个力矩，通过合理设计该凸轮4的轮廓线，可以使得该力矩在凸轮4受到外力而转动时仍保持恒定，经计算可以得出该凸轮的轮廓线为螺旋线形式。如图3（b）所示，恒定的力矩通过半径为 的转盘，对外输出恒力。当恒力矩一定时，变换转盘的半径，便可得到不同的恒力值。
如图4所示，经计算，得到该凸轮恒力机构的凸轮轮廓线为螺旋线形式，对于轮廓线上的任一点A，均满足极坐标方程：，其中：为极径；为极角；为凸轮受到的外力矩，也是该恒力机构的输出力矩；k为弹簧的刚度系数；r0为凸轮的基圆半径。由于螺旋线随着极角的增大而从里到外延伸，为了能加工出凸轮，需要截取其中一段，这里选择角度从20°到360°的一段。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种凸轮恒力机构，其特征在于：其包括基座和凸轮机构；
所述基座由盖板、外壳和底盘组成；盖板、外壳和底盘依次固连；
所述凸轮机构由螺钉、弹簧、推杆、滚子、凸轮轴和凸轮组成；所述螺钉、弹簧和推杆依次连接，所述螺钉通过螺纹与外壳的底部旋合，所述凸轮与凸轮轴固连并安装在外壳的内部，所述滚子安装在推杆的顶部并且与凸轮接触；所述凸轮的轮廓线满足滚子对凸轮中心产生的力矩在凸轮转动时保持恒定的条件。
2.根据权利要求1所述的凸轮恒力机构，其特征在于：其还包括转盘，所述转盘与凸轮轴固连并安装在外壳的外部。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的凸轮恒力机构，其特征在于：所述转盘上缠绕有用于对外输出恒力的钢丝绳。
4.根据权利要求1所述的凸轮恒力机构，其特征在于：所述的外壳的内部还安装有轴承，所述轴承以推杆为中心在凸轮的工作平面上对称布置，并且轴承与推杆接触。
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