CN107218339B - 一种摩擦式阻尼器装置 - Google Patents

Abstract

一种摩擦式阻尼器装置，所述装置包括装置主要包括：盖板、外壳、转接元件、摩擦头、摩擦盘、两个轴承、弹簧、伸缩轴和旋转轴；旋转轴与盖板分别固定在需要提供阻力矩的关节两侧的连杆上，旋转轴与其中一根连杆固连，盖板与另一根连杆固连；盖板与摩擦盘相对设置，通过外壳固连在一起；旋转轴穿过转接元件中心的圆洞，与转接元件固连，一并设置在盖板和摩擦盘之间；伸缩轴贯穿于旋转轴周围的转接元件，伸缩轴顶部设置有摩擦头，所述摩擦头抵在摩擦盘上；旋转轴通过轴承与盖板连接，旋转轴的另一端通过位于摩擦盘中心的轴承与外壳连接。本发明阻尼器的阻力矩与转速及外力均无关，仅与装置所处的绝对旋转角度相关，填补了该类型摩擦式阻尼器的空白。

Description

一种摩擦式阻尼器装置

技术领域

本发明涉及一种摩擦式阻尼器装置，尤其涉及一种阻力矩与旋转角度相关的摩擦式阻尼器。

背景技术

航天服是保障航天员的生命活动和工作能力的个人密闭装备，可防护空间的真空、高低温、太阳辐射和微流星等环境因素对人体的危害，是航天员赖以生存的关键装备，是载人航天地外生存保障领域三大门类技术之一。随着载人航天科学技术的发展，航天员出舱活动越来越频繁，出舱活动的时间也越来越长，航天员在舱外活动灵活性及疲劳度是制约载人空间活动的关键技术和长线技术之一。航天员肢体关节产生运动时，一方面航天服关节不能保持等容，另一方面各层织物相互挤压在一起，导致关节处的航天服材料都集聚在一个较小的空间内，产生一定的反向力矩，对关节灵活性构成很大的制约。为了更好地对航天服的力学特性进行研究，需要一种其特性是阻尼器产生的阻力矩只与该装置所处的绝对旋转角度相关的阻尼器来模拟航天服各关节的阻力矩。

阻尼器是提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。阻尼器主要有两种应用，一种是用作减震器，在航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业中用来减震消能，包括弹簧减震器、液压减震器等。另一种是用作提供阻力，与本发明作用相同，包括磁控式阻尼器与摩擦式阻尼器等。磁控阻尼器多用于动感单车，在铝制飞轮的两侧装置磁铁，阻力调高，磁铁伸出来，与铝制飞轮的重叠面积越大，产生的涡电流吸力越大，飞轮转动的阻力越大。优点是没有粉尘和噪音，阻力可调。但是，其阻力大小与飞轮的转速和磁铁的伸出长度相关，与装置所处的角度无关，无法应用于本发明的相关背景。摩擦式阻尼器多用于自行车，在轮毂的两侧设置刹车片，通过调节刹车片与轮毂的正压力来调节阻力矩的大小。优点是结构简单，阻力矩与正压力和摩擦系数有关，与轮毂的转动速度无关。缺点是有一定的磨损和噪音，且目前存在的摩擦式阻尼器的阻力矩只通过调节刹车片的正压力来调节，不存在阻力矩随装置旋转角度变化的摩擦式阻尼器，无法应用于本发明的相关背景。

发明内容

鉴于以上分析，本发明提供一种阻力矩与转速及外力均无关，仅与装置所处的绝对旋转角度相关的摩擦式阻尼器，以模拟航天服各关节的阻力矩。

一种摩擦式阻尼器装置，所述装置包括装置主要包括：盖板、外壳、转接元件、摩擦头、摩擦盘、两个轴承、弹簧、伸缩轴、旋转轴；

旋转轴与盖板分别固定在需要提供阻力矩的关节两侧的连杆上，旋转轴与其中一根连杆固连，盖板与另一根连杆固连；盖板与摩擦盘相对设置，通过外壳固连在一起；旋转轴穿过转接元件中心的圆洞，与转接元件固连，一并设置在盖板和摩擦盘之间；伸缩轴贯穿于旋转轴周围的转接元件，伸缩轴顶部设置有摩擦头，所述摩擦头抵在所述摩擦盘上，弹簧套在伸缩轴上，伸缩轴向弹簧传递推力，提供阻力矩；旋转轴通过轴承与盖板连接，旋转轴的另一端通过位于摩擦盘中心的轴承与外壳连接。

进一步地，装置包括三个伸缩轴，所述三个伸缩轴平均分布在旋转轴的周围，三个伸缩轴上均套有弹簧。

采用三个伸缩轴与三个摩擦头配套使用，能够使本装置受力均匀，避免出现偏载力，同时能够减小单个弹簧的刚度。

进一步地，所述摩擦盘沿圆周平均分为三个120°的区域，每个区域表面呈曲面形式。

根据装置旋转角度与阻力矩大小的对应关系，分别对应摩擦盘在各角度方向的高度，某角度方向的摩擦盘高度越高，伸缩轴转动到该方向时对弹簧的压缩量越大，则接触面的正压力越大，相应的摩擦力越大，该阻尼装置的阻力矩就越大，因此通过设计调节摩擦盘在不同角度方向的高度，使摩擦盘呈曲面，可以使本装置拟合多种的随角度变化的阻力矩曲线。

进一步地，所述盖板与伸缩轴接触的面为曲面。

当摩擦盘的表面设置为平面时，可以根据装置旋转角度与阻力矩大小的对应关系，分别对应盖板与伸缩轴接触面的高度，调节弹簧的压缩量，进而使本装置能够拟合多种的随角度变化的阻力矩曲线。

进一步地，所述旋转轴为丝杠螺母。

当摩擦盘及转接元件与弹簧径向接触面均为平面时，可将旋转轴设为丝杠螺母形式，用于调节弹簧的压缩量，进而调节阻力矩。

进一步地，装置还包括限位螺母，所述限位螺母与伸缩轴靠近盖板的一端连接。

限位螺母与伸缩轴通过螺纹连接，能够防止安装时伸缩轴被弹簧弹出。

进一步地，外壳上有刻度，转接元件径向上插有指针，所述指针与外壳配合指示阻尼器装置的旋转角度。

进一步地，所述摩擦头与伸缩轴通过胶粘、扎带或卡箍固连在一起；摩擦头为橡胶材料。

摩擦头为橡胶材料，可提高接触面摩擦系数。

本发明有益效果如下：

本发明提供一种阻力矩与转速及外力均无关，仅与装置所处的绝对旋转角度相关的摩擦式阻尼器，以模拟航天服各关节的阻力矩。通过预设该装置在某绝对旋转角度的弹簧压缩量，来确定该装置在对应角度的旋转阻力矩，使该装置能够拟合多种的随角度变化的阻力矩曲线。本发明最高扭矩可达25Nm，可根据实际需求拟合各种随角度变化的阻力矩曲线，是一种角度相关的变阻尼装置，本发明的阻尼器有可拆卸、体积小、重量轻的优点，填补了目前该类型摩擦式阻尼器的空白。本发明还可用于外骨骼关节增加阻力矩以锻炼身体等方面。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是摩擦式阻尼器的结构图。

图2是摩擦式阻尼器的结构图。

图3是摩擦式阻尼器的俯视图。

图4是摩擦式阻尼器沿A-A面的轴向剖面图。

图5是摩擦式阻尼器的侧视图。

其中：1-盖板，2-外壳，3-转接元件，4-摩擦头，5-摩擦盘，6-轴承，7-限位螺母，8-指针，9-弹簧，10-伸缩轴，11-旋转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明基于对摩擦式阻尼器的深入研究，提出了阻力矩与装置所处的绝对旋转角度相关的摩擦式阻尼器，装置如图1所示，通过摩擦头与摩擦盘的相对运动产生摩擦力，提供阻力矩。该装置主要包括：盖板1、外壳2、转接元件3、摩擦头4、摩擦盘5、轴承6、限位螺母7、指针8、弹簧9、伸缩轴10、旋转轴11等。

本发明的阻力矩与装置所处的绝对旋转角度相关，旋转轴11与盖板1分别固定在需要提供阻力矩的关节两侧的连杆上，旋转轴11与其中一根连杆通过平键固连，盖板1与另一根连杆通过螺钉与定位边固连。旋转轴11与转接元件3通过平键和轴肩固连，弹簧9放置在转接元件3中，只能压缩，弹簧9与伸缩轴10通过伸缩轴10的轴肩传递推力，限位螺母7与伸缩轴10通过螺纹连接，防止安装时伸缩轴10被弹簧9弹出。摩擦头4通过特种胶与伸缩轴10固连在一起，摩擦头4为橡胶材料，可提高接触面摩擦系数。盖板1和外壳2通过螺钉和定位结构固连在一起，外壳2与摩擦盘5通过螺钉和销固连在一起。旋转轴11与盖板1、外壳2分别通过轴承连接在一起，不传递扭矩。

当关节一侧连杆带动旋转轴11转动时，依次带动转接元件3转动，再带动伸缩轴10转动，再带动摩擦头4转动，摩擦头4与摩擦盘5发生相对转动，产生摩擦力，即为该摩擦阻尼器的阻力矩。阻力矩通过摩擦盘5依次传递到外壳2，再传递到盖板1，最后传递到关节另一侧连杆。

采用三个伸缩轴10与三个摩擦头4使本装置受力均匀，避免出现偏载力，并减小单个弹簧9的刚度。摩擦盘5划分为3个120°的区域，每个区域形状相同，呈曲面形式，本发明在最大设计负载25Nm/90°时，斜面倾角仅为7°，cosθ＝0.99≈1，在计算阻力矩时可以近似为平面，公式M≈3kxμr，其中M为输出阻力矩，k为弹簧9的刚度，x为该旋转角度对应的摩擦盘5高度，μ为摩擦头4与摩擦盘5之间的摩擦系数，r为伸缩轴10与旋转轴11的中心距离，k、μ、r为已知量，因此通过预设该装置在某绝对旋转角度的弹簧压缩量，就可以确定该装置在对应角度的旋转阻力矩，使该装置能够拟合多种的随角度变化的阻力矩曲线，分别对应摩擦盘5在各角度方向的高度。某角度方向的摩擦盘5高度越高，伸缩轴10转动到该方向时对弹簧9的压缩量越大，则接触面的正压力越大，相应的摩擦力越大，该阻尼装置的阻力矩就越大。因此通过设计调节摩擦盘5在不同角度方向的高度，可以使本装置拟合多种的随角度变化的阻力矩曲线。

本发明所涉及的摩擦头4与伸缩轴10还可以通过别的方式连接在一起，如扎带或卡箍连接，不限制具体连接方法。

可以通过设置曲面摩擦盘5、将盖板1与伸缩轴10的接触面设为曲面或将旋转轴设为丝杠螺母等形式，将弹簧压缩量与装置旋转角度对应，不限制弹簧的具体压缩方法。

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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种摩擦式阻尼器装置，其特征在于，所述装置主要包括：盖板(1)、外壳(2)、转接元件(3)、摩擦头(4)、摩擦盘(5)、两个轴承(6)、弹簧(9)、伸缩轴(10)、旋转轴(11)；

旋转轴(11)与盖板(1)分别固定在需要提供阻力矩的关节两侧的连杆上，旋转轴(11)与其中一根连杆固连，盖板(1)与另一根连杆固连；盖板与摩擦盘相对设置，通过外壳固连在一起；旋转轴(11)穿过转接元件(3)中心的圆洞，与转接元件(3)固连，一并设置在盖板和摩擦盘之间；伸缩轴(10)贯穿于旋转轴(11)周围的转接元件(3)，所述伸缩轴(10)顶部设置有摩擦头，所述摩擦头抵在所述摩擦盘上，弹簧(9)套在伸缩轴(10)上，伸缩轴(10)向弹簧(9)传递推力，提供阻力矩；旋转轴(11)通过轴承与盖板(1)连接，旋转轴(11)的另一端通过位于摩擦盘(5)中心的轴承(6)与外壳(2)连接。

2.根据权利要求1所述摩擦式阻尼器装置，其特征在于，装置包括三个伸缩轴(10)，所述三个伸缩轴平均分布在旋转轴(11)的周围，三个伸缩轴(10)上均套有弹簧(9)。

3.根据权利要求2所述摩擦式阻尼器装置，其特征在于，所述摩擦盘(5)沿圆周平均分为三个120°的区域，每个区域表面呈曲面形式。

4.根据权利要求2所述摩擦式阻尼器装置，其特征在于，所述盖板(1)与伸缩轴(10)接触的面为曲面。

5.根据权利要求2所述摩擦式阻尼器装置，其特征在于，所述旋转轴(11)为丝杠螺母。

6.根据权利要求1-5中任一项所述摩擦式阻尼器装置，其特征在于，装置还包括限位螺母(7)，所述限位螺母(7)与伸缩轴(10)靠近盖板(1)的一端连接。

7.根据权利要求6所述摩擦式阻尼器装置，其特征在于，外壳(2)上有刻度，转接元件(3)径向上插有指针(8)，所述指针(8)与外壳(2)配合指示阻尼器装置的旋转角度。

8.根据权利要求7所述摩擦式阻尼器装置，其特征在于，所述摩擦头(4)与伸缩轴(10)通过胶粘、扎带或卡箍固连在一起；摩擦头(4)为橡胶材料。