CN106949218A - 一种高效储能机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效储能机构,包括一个扭转弹簧，一个棘轮，一个圆柱滚子，一个滑杆(包括一个滚轴)，一个拉伸弹簧，一个工作台(包括一个凸台和一个棘轮轴)；当有动力驱动棘轮转动时，扭转弹簧变形，动能转化为扭转弹簧的弹性势能；当动力停止时，滑杆在拉伸弹簧的牵引下，使滚子可以卡住棘轮，防止棘轮反向转动，从而使能量储存在扭转弹簧内；在需要释放能量的时候，又可拉动滑杆，使滚子脱离棘轮轮廓，棘轮便可反向转动，释放扭转弹簧的势能。

Description

一种高效储能机构

技术领域

本发明公开了一种高效储能机构，属于机械工程领域。

背景技术

人体外骨骼系统是把仿人型装置与穿戴者并联使用的一种拟人化系统，这种外骨骼耦合在人体表面，在保证穿戴者的舒适性和运动特性的前提下，增强穿戴者的身体机能。本发明旨在发明一种高效储能机构，用于放置在外骨骼系统，在人脚部落地时储存部分重力势能，在起步时将该能量释放，从而达到助力的目的，增强穿戴者的身体机能。

发明内容

本发明公开了一种储能机构。包括扭转弹簧、棘轮轴、棘轮、圆柱滚子、滚轴、滑杆、工作台、拉伸弹簧。

棘轮通过工作台上的棘轮轴和工作台形成转动副；扭转弹簧两端分别插入工作台和棘轮上的孔内；滚子套在滑杆上的滚轴上，并和棘轮轮廓接触；滑杆插入工作台上的凸台，和工作台形成移动副；滑杆另一端套有拉伸弹簧，拉伸弹簧两端分别固定在滑杆和凸台上；该机构特殊的结构使得棘轮只能单向转动。当有动力驱动棘轮转动时，扭转弹簧变形，动能转化为扭转弹簧的弹性势能。当动力停止时，滑杆在拉伸弹簧的牵引下，使滚子可以卡住棘轮，防止棘轮反向转动，从而使能量储存在扭转弹簧内。在需要释放能量的时候，又可拉动滑杆，使滚子脱离棘轮轮廓，棘轮便可反向转动，释放扭转弹簧的势能。

本发明的优点在于突破了传统棘轮机构存在的棘爪和棘轮之间摩擦较大。采用滚子代替棘爪，大大减小了摩擦，并设计出适合和滚子接触的棘轮轮廓。棘轮轮廓分为圆弧部分和非圆弧部分。圆弧部分使滚子恰好可以镶嵌在轮齿内，这样可以卡死棘轮，从而抑制能量的释放。非圆弧部分随棘轮转角其曲率半径等比例增加，平滑过渡，使得滚子和棘轮在运动的过程中接触更加平缓。能量损耗更少。

附图说明

图1为储能机构的正等侧视图

图2为储能机构的前视图

图3为储能机构的仰视图

图4为扭转弹簧

图5为棘轮

图6为滑杆和圆柱滚子

图7为拉伸弹簧

图8为工作台

图1和图5中，1、扭转弹簧；2、棘轮轴；3、棘轮；4、圆柱滚子；5、滚轴；6、滑杆；7、工作台；8、棘轮齿廓的圆弧部分；9、棘轮齿廓的非圆弧部分；10、凸台；11、拉伸弹簧

具体实施方式

具体的工作方案结合附图进行说明：如图1所示，当有动力驱动棘轮(3)顺时针转动时，圆柱滚子(4)在棘轮轮齿表面接触并转动但并不影响棘轮转动。此时扭转弹簧(1)变形。该机构特殊的结构使得棘轮只能顺时针转动，所以，当没有动力停止的时候，圆柱滚子(4)会卡在棘轮齿廓的圆弧部分(8)，从而使扭转弹簧(1)的弹性势能得以储存。

当需要释放储存的能量的时候，只需要往上拉动滑杆(6)，使圆柱滚子(4)脱离棘轮(3)，此时棘轮(3)便在扭转弹簧(1)的作用下逆时针转动，储存的弹性势能便得以释放。

Claims (4)

1.一种高效储能机构，包括：工作台(7)、扭转弹簧(1)、棘轮轴(2)、及绕棘轮轴转动的棘轮(3),其特征在于：所述的棘轮轴(2)一端固定在工作台上，另一端插在棘轮(3)的孔上，棘轮(3)可以绕棘轮轴(2)转动。扭转弹簧(1)两端分别插在棘轮(3)和工作台上的小孔上，当棘轮(3)转动时，即可将动能转化为扭转弹簧(1)的弹性势能。

2.按照权利要求1所述的高效储能机构，和棘轮轮廓接触运动的是一个圆柱滚子(4)，其特征在于：圆柱滚子(4)和棘轮(3)配合使用，本专利设计的棘轮轮廓可以刚好使圆柱滚子(4)在下落时刚好镶嵌在棘轮齿廓的圆弧部分(8)里。并且棘轮齿廓的非圆弧部分(9)的曲率半径随转角递增，平滑过渡，可尽量减少滚子(4)和棘轮轮廓的摩擦，从而降低能量损耗。

3.按照权利要求2所述的高效储能机构，圆柱滚子(4)套在滚轴(5)上，其特征在于：滚轴(5)两端插在滑杆(6)的孔上，圆柱滚子(4)通过滚轴(5)和滑杆(6)形成转动副。

4.按照权利要求3所述的高效储能机构，滑杆(6)一端插入工作台(7)的凸台(10)上，并套有拉伸弹簧(11)。其特征在于：滑杆(6)和工作台(7)形成移动副。拉伸弹簧两端分别固定在滑杆(6)和凸台(10)上，可以带动滑杆(6)下端的圆柱滚子(4)始终紧贴棘轮。