CN110985598B - 一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，具有使用齿轮和钢丝绳索并联组合发条弹簧实现输出大弹性扭矩的功能，能放大发条弹簧扭矩实现满足车辆悬架弹性元件需要的扭矩要求，并且具有变刚度的功能，适用于乘用车、轨道车辆和工程车辆的悬架使用，适用于机械臂平衡一部分自身和举升物重量以提高机械臂效率，进而达到节能目的，适用于车辆短时间牵引装置或发射装置作为蓄能机构使用，具体结构是由齿圈(1)、齿轮(3)、齿轮轴(10)、扩展轴(5)、钢丝绳索(7)、底板(12)组成，特别适用于电动汽车的悬架使用。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，具有使用齿轮和钢丝绳索并联组合发条弹簧实现输出大弹性扭矩的功能，能放大发条弹簧扭矩实现满足车辆悬架弹性元件需要的扭矩要求，并且具有变刚度的功能，适用于乘用车、轨道车辆和工程车辆的悬架使用，适用于机械臂平衡一部分自身和举升物重量以提高机械臂效率，进而达到节能目的，适用于车辆短时间牵引装置或发射装置作为蓄能机构使用，特别适用于电动汽车的悬架使用。
背景技术
目前轿车主要使用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为悬架的弹性元件，螺旋弹簧体积大、能量密度较低，而扭杆弹簧提高了能量密度，可以沿车架横向和纵向布置，由于体积小更受青睐，但是扭杆长度较大，还是影响到了车架的结构和车厢的空间，特别是轿车的后桥采用独立悬架时，常常造成后排座位空间和行李箱空间减小，发条弹簧能量密度大，但单体提供的扭矩小，且发条弹簧内孔较小，内轴难以满足车辆悬架的强度要求，因此组合发条弹簧，设计了一种新型绳索传动发条弹簧组合弹性机构，通过行星位置周布连接发条弹簧齿轮轴后，各个齿轮轴再通过钢丝绳扩展连接安装有发条弹簧的扩展轴，扩大并联发条弹簧的数量，可以满足乘用车和轨道车辆的悬架弹性元件的要求，具有结构紧凑、体积小和易布置的优点，同时本机构能实现保持弹性机构变形不变的前提下改变弹性机构的刚度的功能，具有部分主动悬架的性能，用于城市公交车或者城市轨道车辆，这种变刚度性能保证乘客数量变化时车身高度基本不变。同时该弹性机构也可以用于利用弹性力平衡一部分机械臂的重量，在机械臂重心下降时把机械臂的重力势能转移为发条弹簧的弹性势能，在机械臂重心升高时发条弹簧释放发条弹簧的弹性势能，使得驱动机械臂的功率减小，提高机械臂运转的效率和降低驱动机械臂的动力装置的扭矩和功率，也可用于车辆短时间牵引装置或发射装置作为蓄能机构，把存储于发条弹簧中的能量短时间内快速释放，达到驱动蓄能机构轻量化的目的。
发明内容
本发明目的是针对上述不足之处提供一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，具有使用齿轮和钢丝绳索并联组合发条弹簧实现输出大弹性扭矩的功能，达到减小悬架弹性元件的体积和重量的目的，也可以用于平衡机械臂的一部分重量，达到减小机械臂的运行功率的目的，也可以用于发射或弹射装置的蓄能机构，达到获得高存储功率密度机构的目的；具体结构是由齿圈、齿轮、齿轮轴、扩展轴、钢丝绳索、底板、刚度调节行星齿轮机构、蜗轮蜗杆传动机构和电动机部件组成。
为实现上述目的，本发明采用如下技术措施：
一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，其特征在于具有利用齿轮机构组合周布发条弹簧和钢丝绳传动机构扩展并联发条弹簧的数目，放大发条弹簧扭矩获得大弹性扭矩的机构。其特征在于结构由齿圈、齿轮、齿轮轴、扩展轴、钢丝绳索、底板、刚度调节行星齿轮机构、蜗轮蜗杆传动机构和电动机部件组成；齿圈(1)与齿轮(3)内啮合安装，所述齿轮(3)周向布置，所述齿轮(3)同轴连接安装齿轮轴(10)，所述齿轮轴(10)一端开设有钢丝绳槽(8)，所述齿轮轴(10)另一端与发条弹簧(2)的内圈连接安装，扩展轴(5)的一端开设有扩展钢丝绳槽(6)，所述钢丝绳槽(8)与所述扩展钢丝绳槽(6)之间连接有钢丝绳索(7)，所述钢丝绳索(7)缠绕固定安装于所述钢丝绳槽(8)和所述扩展钢丝绳槽(6)中，所述扩展轴(5)的另一端与扩展发条弹簧(4)的内圈连接安装，所述齿圈(1)同轴连接安装侧板(13)，所述侧板(13)同轴连接安装输出轴(9)，底板(12)上开设有定位孔(11)，所述定位孔(11)与所述输出轴(9)同轴安装，所述底板(12)上开设有周布发条弹簧安装孔(19)和扩展发条弹簧安装孔(28)，所述周布发条弹簧安装孔(19)开设有齿轮轴安装孔(20)，所述扩展发条弹簧安装孔(28)开设有扩展轴安装孔(27)，所述齿轮轴(10)同轴连接安装齿轮轴安装孔(20)，两者之间可以安装轴承，所述底板(12)可以为板材冲压加工而成的结构，通过冲压形成所述定位孔(11)、所述周布发条弹簧安装孔(19)、所述齿轮轴安装孔(20)、所述扩展发条弹簧安装孔(28)和所述扩展轴安装孔(27)，也可以通过精密冲压加工而成，在底板的适当位置冲压形成加强筋，以提高底板的刚度，所述齿圈(1)与所述齿轮(3)可以为外啮合安装，所述齿轮(3)的个数为2-8个，所述周布发条弹簧安装孔(19)和所述齿轮轴安装孔(20)的个数为2-8个，2个所述扩展轴(5)之间使用钢丝绳索连接，所述扩展发条弹簧安装孔(28)和所述扩展轴安装孔(27)的个数为6-100个，所述齿圈(1)同轴连接安装刚度调节内齿圈(14)，所述刚度调节内齿圈(14)啮合安装刚度调节行星齿轮(16)，所述刚度调节行星齿轮(16)啮合安装刚度调节太阳轮(15)，所述太阳轮(15)固定安装，所述刚度调节行星齿轮(16)连接安装有行星架(17)，所述行星架(17)同轴连接安装有刚度调节涡轮(18)，所述刚度调节涡轮(18)啮合安装刚度调节蜗杆(23)，所述刚度调节蜗杆(23)同轴连接安装刚度调节电动机(26)，所述刚度调节蜗杆(23)的一端与轴承(24)同轴固定连接安装，所述刚度调节蜗杆(23)的另一端与另一端轴承(25)同轴固定安装，所述电动机(26)可以正反转驱动所述刚度调节蜗杆(23)转动，驱动所述刚度调节涡轮(18)转动后转动所述行星架(17)，所述太阳轮(15)固定连接所述输出轴(9)，所述刚度调节内齿圈(14)、所述太阳轮(15)、所述刚度调节行星齿轮(16)和所述行星架(17)为刚度调节行星齿轮机构，则所述刚度调节内齿圈(14)与所述太阳轮(15)之间的角度发生改变，在所述输出轴(9)和所述齿圈(1)之间角度不变时，所述发条弹簧(2)和所述扩展发条弹簧(4)的被压缩量发生了改变，因而整个机构的弹性刚度发生了改变，在所述蜗杆(23)驱动所述蜗轮(18)转动到一个位置后，由于所述蜗杆(23)和所述蜗轮(18)之间存在自锁，所述蜗轮(18)不能驱动所述蜗杆(23)转动，因此所述蜗轮(18)能可靠停止在固定位置。
本发明一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构的特点：
1.利用齿圈可以啮合多个齿轮，每个齿轮在同轴连接一个发条弹簧的同时，齿轮轴还可以通过钢丝绳索再连接带槽发条弹簧轴，并且带槽发条弹簧轴可以再拓展连接带槽发条弹簧轴，这样在径向可以扩展连接多个发条弹簧，实现发条弹簧的并联，解决了单个发条弹簧的连接轴强度不够的问题，得到远大于单个发条弹簧的扭矩，具有能量密度高、体积小、结构紧凑和易于布置的特点；
2.齿轮轴钢丝绳索再连接带槽发条弹簧轴，带槽发条弹簧轴的位置安排比较方便，可以在宽度方向安排，也可以在高度方向安排，甚至在某一方位不安排，易于适应不同的安装位置要求；
3.带槽发条弹簧轴相互之间还可以利用钢丝绳绳索连接，进一步拓展发条弹簧的数量，实现上千或上万牛米的扭矩输出，在轨道车辆上也可以应用，同时作为发射或弹射装置的蓄能机构，能获得高存储功率密度机构；
4.利用一个行星齿轮传动机构，在发条弹簧被压缩或复原时，其变形的圈数通过内齿圈和太阳轮的相对转动补偿悬架变形，这样在弹性机构的变形量不变的前提下，能获得变刚度的弹性机构，而刚度调节电动机可以固定安装，不会随弹性机构的变形而使得刚度调节电动机安装不方便；
5.刚度调节电动机通过蜗轮蜗杆机构驱动行星齿轮的行星架，能实现小电动机输出扭矩驱动弹性机构变形，利用蜗轮蜗杆的逆向传动的自锁，能保持机构需要的弹性刚度，而不需要刚度调节电动机一直输出扭矩保持蜗杆稳定在一个位置，其自锁即能保证稳定；
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
附图1-附图10是一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构实施实例，本发明的实际使用并不局限于实施例。
具体实施方式
参照附图1、附图2、附图3、附图4和附图5，一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构结构特征为：齿圈1与齿轮3内啮合安装，齿圈1的齿数为89，齿轮3的齿数为20，齿轮3周向布置，齿轮3的个数为6，齿圈1和齿轮3的模数为1，厚度为20mm，齿轮3同轴连接安装齿轮轴10，齿轮轴10的直径为10mm，长度为40mm，齿轮轴10一端开设有钢丝绳槽8，钢丝绳槽8的宽度为3mm，深度为2mm，齿轮轴10另一端与发条弹簧2的内圈连接安装，扩展轴5的一端开设有扩展钢丝绳槽6，扩展钢丝绳槽6的宽度为2mm，深度为2mm，钢丝绳槽8与扩展钢丝绳槽6之间连接有钢丝绳索7，钢丝绳索7缠绕固定安装于钢丝绳槽8和扩展钢丝绳槽6中，钢丝绳索7为多股钢丝绳索，其直径为0.8mm，扩展轴5的另一端与扩展发条弹簧4的内圈连接安装，内齿圈1同轴连接安装侧板13，侧板13同轴连接安装输出轴9，底板12上开设有定位孔11，定位孔11与输出轴9同轴安装；参照附图6，附图7、附图8和附图9，底板12为4mm厚不锈钢材料，采用精密冲压工艺加工而成，底板12上开设有周布发条弹簧安装孔19和发条弹簧安装孔28，周布发条弹簧安装孔19开设有齿轮轴安装孔20，扩展发条弹簧安装孔28开设有扩展轴安装孔27，齿轮轴10同轴连接安装齿轮轴安装孔20，两者之间可以安装1mm厚的铜套轴承，底板12通过冲压形成所述定位孔11、周布发条弹簧安装孔19、齿轮轴安装孔10、扩展发条弹簧安装孔28和扩展轴安装孔27，2个扩展轴5之间使用钢丝绳索连接，扩展发条弹簧安装孔28和扩展轴安装孔27的个数为13个；参照附图4和附图10，齿圈1同轴连接安装刚度调节内齿圈14，刚度调节内齿圈14啮合安装刚度调节行星齿轮16，刚度调节行星齿轮16啮合安装刚度调节太阳轮15，刚度调节内齿圈14、刚度调节行星齿轮16和刚度调节太阳轮15的厚度均为20mm，模数为1mm，刚度调节内齿圈14的齿数为89，太阳轮齿数为19，刚度调节行星齿轮16的齿数为15，个数为4个，太阳轮15固定安装输出轴9，刚度调节行星齿轮16连接安装有行星架17，行星架17同轴连接安装有刚度调节涡轮18，刚度调节涡轮18啮合安装刚度调节蜗杆23，刚度调节涡轮18与刚度调节蜗杆23的减速比为40，刚度调节蜗杆23的直径为16mm，刚度调节蜗杆23同轴连接安装刚度调节电动机26，刚度调节蜗杆23与轴承24和轴承25同轴固定安装，电动机26为永磁有刷直流电机，输出功率为20W，在产品中可以使用永磁无刷高速直流电机，具有更高的使用寿命和低故障率，可以正反转驱动所述刚度调节蜗杆23转动，驱动刚度调节涡轮18转动后转动行星架17，太阳轮15固定连接所述输出轴9，则刚度调节内齿圈14与太阳轮15之间的角度发生改变，角度的最大度数为20度，在输出轴9和所述齿圈1之间角度不变时，发条弹簧2和扩展发条弹簧4的被压缩量发生了改变，因而整个机构的弹性刚度发生了改变，在蜗杆23驱动所述蜗轮18转动到一个位置后，由于蜗杆23和蜗轮18之间存在自锁，蜗轮18不能驱动所述蜗杆23转动，因此蜗轮18能可靠停止在固定位置。
Claims (7)
1.一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，具有使用齿轮和钢丝绳索并联组合发条弹簧实现输出大弹性扭矩的功能，其特征结构在于齿圈(1)与齿轮(3)内啮合安装，所述齿轮(3)同轴连接安装齿轮轴(10)，所述齿轮轴(10)一端开设有钢丝绳槽(8)，所述齿轮轴(10)另一端与发条弹簧(2)的内圈连接安装，扩展轴(5)的一端开设有扩展钢丝绳槽(6)，所述钢丝绳槽(8)与所述扩展钢丝绳槽(6)之间连接有钢丝绳索(7)，所述扩展轴(5)的另一端与扩展发条弹簧(4)的内圈连接安装，所述齿圈(1)同轴连接安装侧板(13)，所述侧板(13)同轴连接安装输出轴(9)，底板(12)上开设有定位孔(11)，所述定位孔(11)与所述输出轴(9)同轴安装，所述底板(12)上开设有周布发条弹簧安装孔(19)和扩展发条弹簧安装孔(28)，所述周布发条弹簧安装孔(19)开设有齿轮轴安装孔(20)，所述扩展发条弹簧安装孔(28)开设有扩展轴安装孔(27)。
2.根据权利要求1所述的一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，其特征在于所述底板(12)为板材冲压加工而成的结构，通过冲压形成所述定位孔(11)、所述周布发条弹簧安装孔(19)、所述齿轮轴安装孔(20)、所述扩展发条弹簧安装孔(28)和所述扩展轴安装孔(27)。
3.根据权利要求1所述的一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，其特征在于所述齿圈(1)与所述齿轮(3)外啮合安装。
4.根据权利要求1所述的一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，其特征在于所述齿轮(3)的个数为2-8个，所述周布发条弹簧安装孔(19)和所述齿轮轴安装孔(20)的个数为2-8个。
5.根据权利要求1所述的一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，其特征在于2个所述扩展轴(5)之间使用钢丝绳索连接传动。
6.根据权利要求1所述的一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，其特征在于所述扩展发条弹簧安装孔(28)和所述扩展轴安装孔(27)的个数为6-100个。
7.根据权利要求1所述的一种可扩展并联发条弹簧数的弹性机构，其特征在于所述齿圈(1)同轴连接安装刚度调节内齿圈(14)，所述刚度调节内齿圈(14)啮合安装刚度调节行星齿轮(16)，所述刚度调节行星齿轮(16)啮合安装刚度调节太阳轮(15)，所述太阳轮(15)固定安装所述输出轴(9)，所述刚度调节行星齿轮(16)连接安装有行星架(17)，所述行星架(17)同轴连接安装有刚度调节涡轮(18)，所述刚度调节涡轮(18)啮合安装刚度调节蜗杆(23)，所述刚度调节蜗杆(23)同轴连接安装刚度调节电动机(26)，所述刚度调节蜗杆(23)的一端与轴承(24)同轴固定连接安装，所述刚度调节蜗杆(23)的另一端与另一端轴承(25)同轴固定连接安装。
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| GR01 | Patent grant | ||
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