CN109681555B - 一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置 - Google Patents

一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109681555B
CN109681555B CN201910016845.2A CN201910016845A CN109681555B CN 109681555 B CN109681555 B CN 109681555B CN 201910016845 A CN201910016845 A CN 201910016845A CN 109681555 B CN109681555 B CN 109681555B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bevel gear
guide
transmission
cylindrical
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910016845.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109681555A (zh
Inventor
张志刚
徐连香
卢杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201910016845.2A priority Critical patent/CN109681555B/zh
Publication of CN109681555A publication Critical patent/CN109681555A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109681555B publication Critical patent/CN109681555B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F3/00—Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2228/00—Functional characteristics, e.g. variability, frequency-dependence
    • F16F2228/06—Stiffness
    • F16F2228/066—Variable stiffness

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，包括驱动模组、圆柱螺旋弹簧、固定保持架、移动保持架、传动轴、可拆分的外接法兰支座、锥齿轮传动组和导向组件，两个传动轴的一端均安装驱动模组，传动轴上安装圆柱螺旋弹簧，传动轴的外围设三组由可拆分的外接法兰支座组合的固定保持架和移动保持架，驱动模组由螺杆驱动块、螺杆、大锥齿轮、直齿轮、齿轮传动支架、基座、齿条、齿条导向块和小锥齿轮组成，大锥齿轮与螺杆一端的小锥齿轮啮合，螺杆贯穿螺杆驱动块，基座上还安装有齿条和齿条导向块。本发明采用改变圆柱螺旋弹簧中径大小的方式来实现刚度可调，通过检测旋转机构的转角实时获得弹簧刚度的大小。

Description

一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置
技术领域
本发明涉及到一种变刚度弹簧，特别涉及一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置。
背景技术
弹簧刚度是载荷增量dF与变形增量dλ之比，即产生单位变形所需的载荷，弹簧的刚度计算公式为F'=dF/dλ。特性线为渐增型的弹簧，刚度随着载荷的增加而增大； 而渐减型的弹簧，刚度随着载荷的增加而减少。至于直线型的弹簧，刚度则不随载荷变化而变化，即F'=dF/dλ=F/λ=常数。因此，对于具有直线型特性线的弹簧，其刚度也成为弹簧常数。
现有的线性弹簧刚度都是恒定的，而非线性弹簧刚度只对应某一压缩量，即使有一些刚度可调的弹簧装置，刚度调幅也较小，而且结构复杂，可靠性低，不易于产业化。在汽车领域刚度动态可调可以使减震系统性能更加优异，在一些需要控制系统模态来更好实现振动的机械装备上或是想通过调整弹簧刚度降低振动的设备上，更加迫切的需要一种刚度调幅大、可以动态控制的弹簧装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，本发明采用改变圆柱螺旋弹簧中径大小的方式来实现刚度可调，通过检测旋转机构的转角实时获得弹簧刚度的大小，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，包括驱动模组、圆柱螺旋弹簧、固定保持架、移动保持架、传动轴、可拆分的外接法兰支座、锥齿轮传动组和导向组件，两个传动轴的一端均安装驱动模组，传动轴上安装圆柱螺旋弹簧，其中一个所述传动轴通过锥齿轮传动组连接另一个所述传动轴，所述传动轴的外围设三组由可拆分的外接法兰支座组合的固定保持架和移动保持架，所述驱动模组由螺杆驱动块、螺杆、大锥齿轮、直齿轮、齿轮传动支架、基座、齿条、齿条导向块和小锥齿轮组成，所述基座通过内六角螺丝安装齿轮传动支架，所述基座和齿轮传动支架的中央贯穿所述传动轴，所述传动轴位于齿轮传动支架的一段安装有大锥齿轮和直齿轮，所述大锥齿轮与螺杆一端的小锥齿轮啮合，螺杆贯穿螺杆驱动块，所述螺杆驱动块安装在基座上并与所述移动保持架固定连接，所述基座上还安装有齿条和齿条导向块，齿条与直齿轮啮合。
进一步地，所述圆柱螺旋弹簧在两端分别有安装固定结构，圆柱螺旋弹簧的一端通过销轴与传动轴连接，圆柱螺旋弹簧的另一端与活动套在传动轴上的导向滑块连接。
进一步地，所述螺杆驱动块为一个在上面有螺纹孔和过孔的块状结构，螺纹孔与螺杆形成螺旋副。
进一步地，所述固定保持架两端设有安装孔与基座连接，固定保持架中间有导向槽给移动滑块提供导轨。
进一步地，另外两个所述移动保持架的两端与齿条连接，在基座的导轨滑道中滑行，基座的中间也开槽。
进一步地，所述传动轴的端部有键槽与外围设备连接。
进一步地，所述外接法兰支座的每一部分上开有一个方孔与导向组件连接，上面开有过孔与外围设备连接。
进一步地，所述导向组件由两部分组成，一部分上有两个导向块，另一部分有一个导向块，在固定保持架的导向槽中滑动，两部分还有半圆柱腔体结构可以用来安装和封装锥齿轮传动组。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，两个传动轴转向相反，由此在导向滑块上产生的反作用扭矩互相抵消，当传动轴旋转时，在其上布置的大锥齿轮和直齿轮也会转动，带动驱动模组上的小锥齿轮转动，通过螺旋副使其中一个移动保持架运动起来，直齿轮由传动轴驱动后，带动齿条活动，进而使另外两个移动保持架也运动起来，实现三个移动保持架沿径向移动，圆柱螺旋弹受到旋转位移，中径会向轴心收缩变小，而移动保持架也向径向方向移动，实现了只通过转动传动轴的角度就可以得到想要的弹簧刚度，这种结构方式非常容易实现自动控制，在传动轴一端安装减速器和伺服电机以及角度传感器就能实时动态的根据外部激励控制弹簧刚度，也可以根据使用要求设定某一具体刚度值。
附图说明
图1为本发明可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置的结构原理图一；
图2为本发明可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置的结构原理图二；
图3为本发明的圆柱螺旋弹簧未扭转变形时的结构设计图；
图4为本发明的圆柱螺旋弹簧扭转变形时的结构设计图；
图5为本发明的圆柱螺旋弹簧未扭转变形和扭转变形时弹簧截面对比图；
图6为本发明可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置的结构设计爆炸图；
图7为本发明可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置驱动模组结构图；
图8为本发明的传动轴旋转圈数对应各位移曲线图；
图9为本发明的传动轴旋转圈数对弹簧刚度曲线图。
图中：1、驱动模组；11、螺杆驱动块；12、螺杆；13、大锥齿轮；14、直齿轮；15、齿轮传动支架；16、基座；17、齿条；18、齿条导向块；19、小锥齿轮；2、圆柱螺旋弹簧；21、导向滑块；3、固定保持架；4、移动保持架；5、传动轴；6、外接法兰支座；7、锥齿轮传动组；8、导向组件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，包括驱动模组1、圆柱螺旋弹簧2、固定保持架3、移动保持架4、传动轴5、可拆分的外接法兰支座6、锥齿轮传动组7和导向组件8，如图1-6，两个传动轴5的一端均安装驱动模组1，传动轴5的端部有键槽与外围设备连接，通过外围设备驱动传动轴5转动，传动轴5上安装圆柱螺旋弹簧2，圆柱螺旋弹簧2为了更容易旋转变形和在变形后有更好的稳定性，簧丝截面可以采用矩形的钢线材，在圆柱螺旋弹簧2的旋转根部可以做将簧丝做成变截面，越到根部簧丝相对越粗，圆柱螺旋弹簧2在两端分别有安装固定结构，圆柱螺旋弹簧2的一端通过销轴与传动轴5连接，圆柱螺旋弹簧2的另一端与活动套在传动轴5上的导向滑块21连接，转动两根传动轴5的其中一根带动圆柱螺旋弹簧2一端旋转，其中一个传动轴5通过锥齿轮传动组7连接另一个传动轴5，通过锥齿轮传动组7将扭矩传递给另外一根传动轴5，传动轴5的外围设三组由可拆分的外接法兰支座6组合的固定保持架3和移动保持架4，外接法兰支座6由三个相同的部分组成，每一部分上开有一个方孔与导向组件8连接，上面开有过孔与外围设备连接，导向组件8由两部分组成，一部分上有两个导向块，另一部分有一个导向块，在固定保持架3的导向槽中滑动，两部分还有半圆柱腔体结构可以用来安装和封装锥齿轮传动组7，驱动模组1由螺杆驱动块11、螺杆12、大锥齿轮13、直齿轮14、齿轮传动支架15、基座16、齿条17、齿条导向块18和小锥齿轮19组成，如图7，基座16通过内六角螺丝安装齿轮传动支架15，齿轮传动支架15用来给锥齿轮传动、螺杆12传动、齿轮齿条传动提供支撑，基座16用来安装驱动模组1上的零部件以及给移动保持架4提供导向作用，给固定保持架3提供连接安装作用，给传动轴5提供旋转支撑作用，基座16和齿轮传动支架15的中央贯穿传动轴5，传动轴5位于齿轮传动支架15的一段安装有大锥齿轮13和直齿轮14，大锥齿轮13与螺杆12一端的小锥齿轮19啮合，转动传动轴5，通过大锥齿轮13和小锥齿轮19带动螺杆12旋转，螺杆12贯穿螺杆驱动块11，螺杆驱动块11为一个在上面有螺纹孔和过孔的块状结构，螺纹孔与螺杆12形成螺旋副，过孔用来和齿条17连接固定用，螺杆驱动块11安装在基座16上并与移动保持架4固定连接，通过螺旋副使其中一个移动保持架4运动起来，固定保持架3两端设有安装孔与基座16连接，固定保持架3中间有导向槽给移动滑块提供导轨，基座16上还安装有齿条17和齿条导向块18，齿条导向块18是给齿条17传动提供更好的限位和支撑作用，另外两个移动保持架4的两端与齿条17连接，通过齿轮齿条传动带动另外两个移动保持架4也运动起来，实现三个移动保持架4沿径向移动，在基座16的导轨滑道中滑行，基座16的中间也开槽，齿条17与直齿轮14啮合，直齿轮14由传动轴5驱动后，带动齿条17活动，进而使另外两个移动保持架4也运动起来。
本发明的齿轮设计按齿根弯曲强度进行，可以不考虑齿面接触疲劳强度；其他部件可以根据在满足使用功能的条件下采用焊接，数控加工等工艺完成。
如图8-9，由于前者函数关系是非线性的，传动实现起来比较困难，因此保持架径向移动采用线性拟合方式，虽然这样两者的运动位移不会同步，但是两者位移之差只要控制在合理范围就不会对使用功能有影响，圆柱螺旋弹簧的刚度与旋转圈数的函数关系。
工作原理：转动两根传动轴5的其中一根带动圆柱螺旋弹簧2的一端旋转，圆柱螺旋弹簧2的另一端与导向滑块21连接，同时通过锥齿轮传动组7将扭矩传递给另外一根传动轴5，另外一根传动轴5同样带动另一个圆柱螺旋弹簧2的一端旋转，圆柱螺旋弹簧2的另一端同样与导向滑块21连接，两个传动轴5转向相反，由此在导向滑块21上产生的反作用扭矩互相抵消，当传动轴5旋转时，在其上布置的大锥齿轮13和直齿轮14也会转动，带动驱动模组1上的小锥齿轮19转动，进而带动螺杆12旋转，通过螺旋副使其中一个移动保持架4运动起来，直齿轮14由传动轴5驱动后，带动齿条17活动，进而使另外两个移动保持架4也运动起来，实现三个移动保持架4沿径向移动，带动移动保持架4向径向方向移动，如图3-5，在这个过程当中，圆柱螺旋弹2受到旋转位移，中径会向轴心收缩变小，而移动保持架4也向径向方向移动。
综上所述，本发明提出的可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，两个传动轴5转向相反，由此在导向滑块21上产生的反作用扭矩互相抵消，当传动轴5旋转时，在其上布置的大锥齿轮13和直齿轮14也会转动，带动驱动模组1上的小锥齿轮19转动，通过螺旋副使其中一个移动保持架4运动起来，直齿轮14由传动轴驱动后，带动齿条17活动，进而使另外两个移动保持架4也运动起来，实现三个移动保持架4沿径向移动，圆柱螺旋弹2受到旋转位移，中径会向轴心收缩变小，而移动保持架4也向径向方向移动，实现了只通过转动传动轴5的角度就可以得到想要的弹簧刚度，这种结构方式非常容易实现自动控制，在传动轴5一端安装减速器和伺服电机以及角度传感器就能实时动态的根据外部激励控制弹簧刚度，也可以根据使用要求设定某一具体刚度值。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，包括驱动模组（1）、圆柱螺旋弹簧（2）、固定保持架（3）、移动保持架（4）、两个传动轴（5）、可拆分的外接法兰支座（6）、锥齿轮传动组（7）和导向组件（8），其特征在于，两个传动轴（5）的一端均安装驱动模组（1），两个传动轴（5）上分别安装有圆柱螺旋弹簧（2），所述圆柱螺旋弹簧（2）在两端分别有安装固定结构，圆柱螺旋弹簧（2）的一端通过销轴与传动轴（5）连接，圆柱螺旋弹簧（2）的另一端与活动套在传动轴（5）上的导向滑块（21）连接，其中一个所述传动轴（5）通过锥齿轮传动组（7）连接另一个所述传动轴（5），所述传动轴（5）的外围设三组由可拆分的外接法兰支座（6）组合的固定保持架（3）和移动保持架（4），所述驱动模组（1）由螺杆驱动块（11）、螺杆（12）、大锥齿轮（13）、直齿轮（14）、齿轮传动支架（15）、基座（16）、齿条（17）、齿条导向块（18）和小锥齿轮（19）组成，所述基座（16）通过内六角螺丝安装齿轮传动支架（15），所述基座（16）和齿轮传动支架（15）的中央贯穿所述传动轴（5），所述传动轴（5）位于齿轮传动支架（15）的一段安装有大锥齿轮（13）和直齿轮（14），所述大锥齿轮（13）与螺杆（12）一端的小锥齿轮（19）啮合，螺杆（12）贯穿螺杆驱动块（11），所述螺杆驱动块（11）安装在基座（16）上并与所述移动保持架（4）固定连接，所述基座（16）上还安装有齿条（17）和齿条导向块（18），齿条（17）与直齿轮（14）啮合。
2.根据权利要求1所述的可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，其特征在于，所述螺杆驱动块（11）为一个在上面有螺纹孔和过孔的块状结构，螺纹孔与螺杆（12）形成螺旋副。
3.根据权利要求1所述的可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，其特征在于，所述固定保持架（3）两端设有安装孔与基座（16）连接，固定保持架（3）中间有导向槽给移动滑块提供导轨。
4.根据权利要求1所述的可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，其特征在于，另外两个所述移动保持架（4）的两端与齿条（17）连接，在基座（16）的导轨滑道中滑行，基座（16）的中间也开槽。
5.根据权利要求1所述的可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，其特征在于，所述传动轴（5）的端部有键槽与外围设备连接。
6.根据权利要求1所述的可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，其特征在于，所述外接法兰支座（6）的每一部分上开有一个方孔与导向组件（8）连接，上面开有过孔与外围设备连接。
7.根据权利要求1所述的可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置，其特征在于，所述导向组件（8）由两部分组成，一部分上有两个导向块，另一部分有一个导向块，在固定保持架（3）的导向槽中滑动，两部分还有半圆柱腔体结构可以用来安装和封装锥齿轮传动组（7）。
CN201910016845.2A 2019-01-08 2019-01-08 一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置 Active CN109681555B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910016845.2A CN109681555B (zh) 2019-01-08 2019-01-08 一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910016845.2A CN109681555B (zh) 2019-01-08 2019-01-08 一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109681555A CN109681555A (zh) 2019-04-26
CN109681555B true CN109681555B (zh) 2020-10-02

Family

ID=66192910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910016845.2A Active CN109681555B (zh) 2019-01-08 2019-01-08 一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109681555B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111173871B (zh) * 2020-02-27 2022-02-11 哈尔滨工大航博科技有限公司 舵机加载用刚度可调大挠性扭簧
CN117605331A (zh) * 2023-11-17 2024-02-27 苏州天禄光科技股份有限公司 一种导光板用的洁净棚

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202483657U (zh) * 2011-12-13 2012-10-10 攀枝花市东林科技开发有限公司 内燃发动机正时凸轮机构
CN105584551B (zh) * 2016-01-10 2017-10-31 北京航空航天大学 一种分布式片弹簧变刚度关节驱动器
CN108278343B (zh) * 2018-03-31 2024-04-09 华南理工大学 一种变刚度双臂自动张紧器
CN208294713U (zh) * 2018-04-28 2018-12-28 华南理工大学 一种杆塔宽频谐振取能装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109681555A (zh) 2019-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109681555B (zh) 一种可控变刚度的圆柱螺旋弹簧装置
CN101391377A (zh) 双驱动数控旋转工作台传动机构
CN102049787A (zh) 齿轮侧隙调整装置及采用该调整装置的工业机器人
KR101587833B1 (ko) 동력전달장치
CN101151477A (zh) 推力传递装置
CN107461580A (zh) 一种高精度、高负载直线位移平台
US4714388A (en) Dual pinion anti-backlash carriage drive for a machine tool
Cai et al. Influence analysis of system parameters on characteristics of the nutation drive with double circular arc spiral bevel gears
Penčić et al. Development of the low backlash planetary gearbox for humanoid robots
US20020006846A1 (en) Rolling contact screw-and -nut transmission device, and linear actuator comprising this device
CN210051517U (zh) 一种阻尼器的耐久测试装置
KR101716453B1 (ko) 동력전달장치
EP3530981A1 (en) Worm gear system
US4904131A (en) Chuck head for automatic machine tools
CN211449562U (zh) 一种高精度两轴运动的装置
CN202510664U (zh) 一种齿轮副齿隙调整装置
WO2014111881A1 (en) Facing head having high performances and high accuracy
CN204843676U (zh) 一种双伺服数控机床
CN111644532A (zh) 一种数控双机联动折弯机
CN110814240B (zh) 一种手动搓齿机
CN211343989U (zh) 一种自动变速箱驻车换挡执行机构
CN109175412B (zh) 一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱
CN208906926U (zh) 物料推送装置及物料装载设备
CN214499950U (zh) 一种具有间隙自动补偿和缓冲功能的减速箱
CN215615504U (zh) 锯盘切割角度调节与锁定机构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant