CN112196961A

CN112196961A - 一种力矩平衡器

Info

Publication number: CN112196961A
Application number: CN202010909289.4A
Authority: CN
Inventors: 骆世先; 羿应财; 王政钧; 李仁攀; 吴胜勇
Original assignee: Chengdu Kaitu Medical System Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Kaitu Medical System Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2040-09-02
Also published as: CN112196961B

Abstract

本发明公开了一种力矩平衡器，包括相互啮合的从动齿轮和主动齿轮、与从动齿轮连接并绕从动齿轮中心进行旋转的负载，与主动齿轮连接并为主动齿轮提供扭矩的储能装置，通过将两齿轮的设置为变传动比运动，使瞬时啮合位置两齿轮的节线半径不断变化，进而使储能装置通过主动齿轮对从动齿轮上产生的扭矩，与负载重力产生的力矩适配并相互抵消，使负载旋转时能够稳定运行，进而使安装有该负载的装置，比如加载平板探测器的X光机稳定运行。

Description

一种力矩平衡器

技术领域

本发明涉及平衡装置领域，具体涉及一种力矩平衡器。

背景技术

在目前的一些负载装置运动轨迹控制过程中，基于负载的所受外力和所在的瞬时位置不断变化，常常也会产生不断变化的力矩。比如在立式X光机上设置的平板探测器，需要平板探测器在竖直平面内绕固定点旋转，假设平板探测器的重力为G，平板探测器与所绕固定点的距离为L，那么平板探测器在与竖直方向呈任意α°的瞬时位置将产生力矩Tg＝G*L*sinα。这样平板探测器瞬时力矩的不断变化就会影响整个系统运转的稳定性，对X光机的正常运转造成不良影响，需要设置一些装置来平衡抵消平板探测器产生的瞬时力矩。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明公开了一种力矩平衡器，包括相互啮合的从动齿轮和主动齿轮、与从动齿轮连接并绕从动齿轮中心进行旋转的负载，与主动齿轮连接并为主动齿轮提供扭矩的储能装置，本申请通过将两齿轮的设置为变传动比运动，使节点不断变换，进而使主齿瞬时啮合半径和从齿瞬时啮合半径也不断变换，使储能装置通过主动齿轮对从动齿轮上产生的扭矩也进行不断变化，并且抵消负载在任意瞬时位置受外力产生的力矩，使负载旋转时能够稳定运行，进而使安装有该负载的装置，比如加载平板探测器的X光机稳定运行。

本发明通过下述技术方案实现：

一种力矩平衡器，包括底座组件、设于底座组件上并相互啮合的主动齿轮和从动齿轮、与主动齿轮连接的储能装置、以及与从动齿轮连接的负载；主动齿轮绕自身主齿轮心自转，从动齿轮绕自身从齿轮心自转；主动齿轮和从动齿轮之间进行变传动比传动并形成位置变化的节点；节点和主齿轮心的连线形成变化的主齿瞬时啮合半径，节点和从齿轮心的连线形成变化的从齿瞬时啮合半径；负载在从动齿轮的运动平面内绕从齿轮心进行第一旋转运动，并基于第一旋转运动时所在的瞬时位置和所受外力生成不断变化的瞬时力矩；储能装置能够对主动齿轮产生瞬时储能扭矩，并通过从动齿轮的传递，以及基于节点所在当前位置平衡所述瞬时力矩。

进一步的，从动齿轮的运动平面位于竖直平面内；所述瞬时力矩由以下公式生成：

Tg＝G×L×sinα

其中，Tg表示瞬时力矩；G表示负载的重力；L表示力臂的长度，力臂具体为负载质心与从齿轮心之间的连线；α表示负载的瞬时夹角，即竖直方向与力臂当前位置形成的夹角。

进一步的，底座组件包括底座，均设于底座上的主动轮安装架组和从动轮安装架组；力矩平衡器还包括安装于主动轮安装架组上的主动齿轮轴，安装于从动轮安装架组上的从动齿轮轴、调整机构和固定端子；主动齿轮与主动齿轮轴、从动齿轮与从动齿轮轴之间均转动连接；固定端子固设于主动齿轮端面；储能装置为卷簧并套设于主动齿轮轴，以及两端部分别为固设于固定端子上的卷簧外端和固设于主动齿轮轴上的卷簧内端；调整机构布局于主动齿轮轴上，能够实现主动齿轮轴相对主动轮安装架组的周向固定；

设定α₀为负载在初始位置时的初始夹角，即竖直方向与力臂初始位置形成的夹角，t为差分步，ε为差分步距；负载的瞬时夹角具体表示为：

α(t)＝α₀+ε*t

负载瞬时力矩具体表示为：

Tg(t)＝G×L×sinα(t)

当α(t)＞0时：

所述主齿瞬时啮合半径、从齿瞬时啮合半径、瞬时储能扭矩和扭转角的对应关系，根据如下公式生成：

[R1(t+1)+R1(t)]*[β(t+1)-β(t)]＝[R2(t+1)+R2(t)]*ε

其中

R1(t)为主齿瞬时啮合半径；R2(t)为从齿瞬时啮合半径；Ts(t)为储能装置(6)的瞬时储能扭矩，且Ts(t)＝k*β(t)；

C为从动齿轮与主动齿轮的中心距；k为储能装置的扭转系数；β为储能装置的扭转角；

节点在主动齿轮运动平面上的轨迹形成主齿节线，节点在从动齿轮运动平面上的轨迹形成从齿节线。

进一步的，负载在初始位置时，力臂处于竖直方向，即α₀＝0°，负载的瞬时夹角具体表示为α(t)＝ε*t；

当α(t)＝0时，

所述主齿瞬时啮合半径、从齿瞬时啮合半径、瞬时储能扭矩为预设值，即R1(0)、R2(0)和Ts都是人工设定的大于0的常数值。

进一步的，第一旋转运动具体为：负载绕从齿轮心进行往复偏摆；并且负载的运动轨迹构成第一圆弧轨迹；

当负载运动至第一圆弧轨迹的一端时，所述力臂位于竖直方向；

当负载运动至第一圆弧轨迹的另一端时，所述力臂与竖直方向呈固定夹角。

进一步的，还包括均固设于从动齿轮端面，并且均为凸台结构的第一限位件和第二限位件；

当负载运动至第一圆弧轨迹的一端时，第一限位件与从动轮安装架组一侧接触；当负载运动至第一圆弧轨迹的另一端时，第二限位件与从动轮安装架组另一侧接触。

进一步的，当t＝0时，储能装置的扭转角β(0)＞0。

进一步的，调整机构包括相互啮合的调整蜗轮和调整蜗杆；底座组件还包括与调整蜗杆进行转动连接的蜗杆安装架组；

调整蜗轮套设于主动齿轮轴，并能够与主动齿轮轴进行同步转动。

进一步的，还包括刹车机构；刹车机构设置于从动齿轮一侧，能够停止负载的第一旋转运动并使负载固定于当前位置。

一种X光机，包括上述的力矩平衡器。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

通过将两齿轮的设置为变传动比运动，使瞬时啮合位置两齿轮的节线半径不断变化，进而使储能装置通过主动齿轮对从动齿轮上产生的扭矩，与负载重力产生的力矩适配并相互抵消，使负载旋转时能够稳定运行，进而使安装有该负载的装置，比如加载平板探测器的X光机稳定运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例的负载运动轨迹图；

图2为本发明一个实施例的力矩平衡器运用于X光机工作场景示意图

图3为本发明一个实施例的力矩平衡器的第一视角图；

图4为本发明一个实施例的图3的I处放大图；

图5为本发明一个实施例的力矩平衡器的第二视角图；

图6为本发明一个实施例的力矩平衡器的第三视角图；

图7为本发明一个实施例的图6的II处放大图；

图8为本发明一个实施例的负载运动的第一状态图；

图9为本发明一个实施例的图8的A-A向视图；

图10为本发明一个实施例的负载运动的第二状态图；

图11为本发明一个实施例的负载运动的第三状态图；

图12为本发明一个实施例的负载运动的第四状态图；

图13为本发明一个实施例的齿轮变传动比传动原理的正视图；

图14为本发明一个实施例的图13的俯视图；

图15为本发明一个实施例的刹车机构的第一视角图；

图16为本发明一个实施例的刹车机构的第二视角图；

图17为本发明一个实施例的图16的B-B向示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-底座组件、1A-底座、1B-主动轮安装架组、1C-从动轮安装架组、1D-蜗杆安装架组、2-从动齿轮、O₂-从齿轮心、3-主动齿轮、3A-主动齿轮安装盘、O₁-主齿轮心、4-连杆、5-负载、O₁O₂-连线、6-储能装置7-固定端子、8-调整机构、8A-调整蜗轮、8B-调整蜗杆、9-紧固螺栓、10-从动齿轮轴、11-主动齿轮轴、12-刹车机构、12A-刹车本体、12B-刹车片、13-轴承、14-第一限位件、15-第二限位件、P-节点、S1-主齿节线、S2-从齿节线、100-X光机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定

如图3～图6所示的一种力矩平衡器，包括底座组件1、设于底座组件1上并相互啮合的主动齿轮3和从动齿轮2、与主动齿轮3连接的储能装置6、以及与从动齿轮2连接的负载5。

如图13和图14所示，主动齿轮3绕自身主齿轮心O₁自转，从动齿轮2绕自身从齿轮心O₂自转；主动齿轮3和从动齿轮2之间进行变传动比传动并形成位置变化的节点P。节点P由公知常识可知将在主齿轮心O₁和从齿轮心O₂的连线O₁O₂之间不断游动，并使节点P和主齿轮心O₁的连线形成变化的主齿瞬时啮合半径，节点P和从齿轮心O₂的连线形成变化的从齿瞬时啮合半径。

负载5在从动齿轮2的运动平面内绕从齿轮心O₂进行第一旋转运动，并基于第一旋转运动时所在的瞬时位置和所受外力生成不断变化的瞬时力矩，本申请中用Tg表示为负载5的瞬时力矩。

上述负载5产生的瞬时力矩，其值的大小将随第一旋转运动而不断进行变化，如果不对其进行处理将使得整个力矩平衡器的运行过程不稳定，进而使加载力矩平衡器的装置运行不稳定，故需要将瞬时力矩产生的影响进行消除。故本申请采取上述设计，储能装置6为弹簧、扭簧等能够存储和释放能量的装置，并能够通过与主动齿轮3的连接对主动齿轮3产生瞬时储能扭矩，然后通过从动齿轮2去平衡此时负载5产生的瞬时力矩。其中储能装置的瞬时储能扭矩和负载5的瞬时力矩之间的关系由以下公式推知：

由两齿轮的啮合力大小相等可知：

进而推知：

其中Ts表示储能装置6对主动齿轮3产生的瞬时储能扭矩、R₁表示主齿瞬时啮合半径、R₂表示从齿瞬时啮合半径、F表示瞬时啮合力，Tg表示负载5产生的瞬时力矩。

这里需要说明的是，由于从动齿轮2和主动齿轮3的中心距为常数，即连线O₁O₂的长度为恒定值，设连线O₁O₂的长度＝C，则可以得到

C＝R₁+R₂ (1.3)

联立公式1.1、公式1.2和公式1.3可知：在从动齿轮2和主动齿轮3中心距已确定的情况下，通过对齿瞬时啮合半径和齿瞬时啮合半径，以及对对瞬时储能扭矩进行参数控制，就能实现瞬时储能扭矩和瞬时力矩的相互平衡，从而使所述力矩平衡器运行稳定。

在一些实施例中，如图1和图2所示，作为一个优选的应用场景，本申请装置将加载于X光机100的立柱上进行使用，而负载5通常为平板探测器，通过第一旋转运动实现成像。在本应用场景中，从动齿轮2和主动齿轮3的运动平面均如图13所示位于竖直平面内，而负载5所受外力来自自身重力，这样负载5产生的瞬时力矩由以下公式生成：

Tg＝G×L×sinα (1.4)

其中，G表示负载5的重力；L表示力臂的长度，力臂具体为负载5质心与从齿轮心O₂之间的连线；α表示负载5的瞬时夹角，即竖直方向与力臂当前位置形成的夹角。负载5的力臂可以通过连杆4实现，具体为将连杆4的两端分别与负载5和从动齿轮2进行连接，以通过连杆4自身的长度实现对负载5力臂长短的控制。当然，负载5也可以直接安装于从动齿轮2上，只要负载5质心与从齿轮心O₂之间有足够距离形成力臂即可。

在一些实施例中，储能装置6优选为图6和图7所示的卷簧类结构，卷簧是一种螺旋弹簧，能够通过存储和释放角能量来实现对主动齿轮3产生瞬时储能扭矩，下面对其原理和相关结构进行详述：

如图5所示，底座组件1包括底座1A，主动轮安装架组1B和从动轮安装架组1C。主动轮安装架组1B和从动轮安装架组1C并排设置于底座1A左右两端，并均为成对设置的支板。每对所述支板分别于底座1A顶面前后布局并垂直安装。

如图5～图7所示，力矩平衡器还包括主动齿轮轴11，从动齿轮轴10、调整机构8和固定端子7；主动齿轮轴11的两端通过挂接的方式悬挂于主动轮安装架组1B的两支板之间，从动轮安装架组1C也通过挂接的方式悬挂于从动轮安装架组1C的两支板之间。主动齿轮3与主动齿轮轴11、从动齿轮2与从动齿轮轴10之间均转动连接。固定端子7固设于主动齿轮3端面。

如图7～图9所示，储能装置6套设于主动齿轮轴11上，并且两端部分别为固设于固定端子7上的卷簧外端和固设于主动齿轮轴11上的卷簧内端。调整机构8布局于主动齿轮轴11上，能够实现主动齿轮轴11相对主动轮安装架组1B的周向固定，这里调整机构8可以是任何能够提供主动齿轮轴11锁止的装置，比如紧定螺钉，通过将紧定螺钉沿主动齿轮轴11径向设置于主动轮安装架组1B上，进而通过对主动齿轮轴11施加径向力使其固定，或者单向离合器机构，通过将单向离合器嵌装于主动轮安装架组1B上，并键连接于主动齿轮轴11的，实现防止主动齿轮轴11反向转动的锁止等。

这样，在主动齿轮轴11固定的情况下，储能装置6内部存储的角能量能够通过固定端子7传递至主动齿轮3上，从而实现向主动齿轮3传递瞬时储能扭矩。更为优选的，为了能够向主动齿轮3传递足够大的瞬时储能扭矩扭矩，如图9所示主动齿轮3的端部还设有主动齿轮安装盘3A，主动齿轮安装盘3A半径大于主动齿轮3并与主动齿轮3进行一体化设置，固定端子7插接于主动齿轮安装盘3A的端面边缘，这样就能够将固定端子7设置于距主齿轮心O₁更远的位置，而储能装置6的也能够选择更大的规格，从而对主动齿轮3传递更大的瞬时储能扭矩。

基于上述对力矩平衡器的结构描述，下面对主动齿轮2和从动齿轮3的节线拟合方式进行阐述，这里节线即节点P分别在主动齿轮3和从动齿轮2上的运动轨迹上形成的曲线，分别记为图13所示的主齿节线S1和从齿节线S2；即分析负载5在任意瞬时位置时，主齿瞬时啮合半径、从齿瞬时啮合半径以及储能装置6的瞬时储能扭矩的确定方式，而如何确定将运用下面的差分法分析实现，下面进行详述：

首先将负载5进行离散化分析，即假定负载5是以步进的方式进行第一旋转运动，并用t表示为差分步，而每步进一步负载5的差分步距表示为ε°/步，α₀为负载5在初始位置时的初始夹角，并将负载5的瞬时夹角看做关于差分步的函数，并由如下公式表示：

α(t)＝α₀+ε*t (1.5)

这样负载(5)瞬时力矩也进一步由如下公式表示：

Tg(t)＝G×L×sinα(t) (1.6)

而储能装置(6)的瞬时储能扭矩由如下公式表示：

Ts(t)＝k*β(t) (1.7)

其中k为储能装置(6)的扭转系数；β(t)为储能装置(6)的扭转角；

公式1.1可进一步看做：

公式1.3可进一步看做：

C＝R₁(t)+R₂(t) (1.9)

其中R1(t)为主齿瞬时啮合半径；R2(t)为从齿瞬时啮合半径。

联立公式1.8和公式1.9可求得如下公式：

而当负载5步进任意一步时，主动齿轮3和从动齿轮2走过的弧长都是相等的，可以求得如下公式：

即：

[R1(t+1)+R1(t)]*[β(t+1)-β(t)]＝[R2(t+1)+R2(t)]*ε (2.2)

现举例对R1(t)和R2(t)进行拟合计算，为简化算法，并结合负载5的实际工况，设置负载5的初始位置设置于竖直方向，即负载5在初始位置时的初始夹角α₀＝0°，那么公式1.5可简化为：

α(t)＝ε*t (1.5A)

假设负载5的重力G＝100N，主动齿轮3和从动齿轮2的中心距C＝1m，负载5的差分步距ε＝10°/步，负载5的力臂长度L＝1m，储能装置6的扭转系数k＝1.5N.m/°。下面阐述当t≥1时的相关参数推演过程：

当差分步t＝1时，负载5的瞬时夹角α(1)＝10*1＝10°；假设此时储能装置6的扭转角β(1)＝10°，

则联立公式1.6和公式1.5A可知：

Tg(1)＝G×L×sin(α(1))

＝100×1×sin10°

≈17.36N.M

由公式1.6可知：

Ts(1)＝k*β(1)

＝1.5×10

＝15N.M

则由公式2.0可知：

由公式2.1可知

当t＝2时，负载5的瞬时夹角α(2)＝10*2＝20°；那么此时需要求出三个参数：R1(2)、R2(2)和β(2)；

则联立公式1.6和公式1.5A可知：

Tg(2)＝G×L×sin(α(2))

＝100×1×sin20°

≈34.2N.M

由公式1.6可知：

Ts(2)＝k*β(2)＝1.5β(2)

则由公式2.0可知：

由公式2.1可知：

由公式2.2可知：

[R1(2)+R1(1)]*[β(2)-β(1)]＝[R2(2)+R2(1)]*ε

进而推知：

进而推知：

β(2)≈21.2647°

R1(2)≈0.4826

R2(2)≈0.5174

即求得，当负载5步进至第二步，即t＝2时，可以分别求得此时主齿瞬时啮合半径、从齿瞬时啮合半径以及储能装置6的扭转角，即分别求得上述R1(2)、R2(2)和β(2)的值。

随后如法炮制，将t＝3、4……n时，联立公式1.5A、公式1.6、公式2.0、公式2.1和公式2.2，即可将负载5在每个差分步所对应的主齿瞬时啮合半径、从齿瞬时啮合半径以及储能装置6的扭转角全部求出，那么主动齿轮3便能基于求出的所有主齿瞬时啮合半径的值将其主齿节线S1拟合成形，从动齿轮3便能基于求出的所述从齿瞬时啮合半径的值将其从齿节线S2拟合成行，储能装置6也能基于求出的所有扭转角来进行相应规格的选取。这里需要说明的是，如果预设值无法推演出，可以通过改变初始预设值，即改变t＝1时设定的储能装置的扭转角或者扭转系数，然后再继续演算。同时需要指出的是，如果拟合出的主齿节线S1和从齿节线S2精度要求不够，可以通过减小负载5的差分步距值，即减小ε值，通过提高负载5的差分步距精度，来实现主齿节线S1和从齿节线S2精度提高。

上述推演过程为t≥1时的主齿瞬时啮合半径、从齿瞬时啮合半径以及储能装置6的扭转角的推演过程，而当t＝0时，即负载5在竖直方向的初始位置时，主齿瞬时啮合半径、从齿瞬时啮合半径以及储能装置6的扭转角均为人工设定值，即R1(0)、R2(0)和β(0)都为人工设定大于0的常数值，β(0)为当负载5位于竖直方向的初始位置时，储能装置6人工设置的扭转角，R1(0)、R2(0)也是负载5位于竖直方向的初始位置时人工预设的主齿瞬时啮合半径初始值、从齿瞬时啮合半径初始值，预设好相关参数值后，再将R1(0)并入R1(1)、R1(2)…R1(n)形成的集合中，从而拟合出完整的主齿节线S1，如法炮制，将R2(0)也并入R2(1)、R2(2)…R2(n)形成的集合中，拟合出完整的从齿节线S2。

在一些实施例中，如图8～图12所示，第一旋转运动具体为：负载5绕从齿轮心(O₂)进行往复偏摆。并且负载5的运动轨迹构成第一圆弧轨迹。当负载5如图8所示运动至第一圆弧轨迹的一端时，负载5的力臂位于竖直方向；当负载5如图12所示运动至第一圆弧轨迹的另一端时，负载5的力臂与竖直方向呈固定夹角。这样负载5在连杆4的带动下，将在从动齿轮2的运动平面内进行摆动。

在一些实施例中，如图3和图4所示，力矩平衡器还包括均固设于从动齿轮2端面，并且均为凸台结构的第一限位件14和第二限位件15。由图8和图12可知，当负载5运动至第一圆弧轨迹的一端时，第一限位件14与从动轮安装架组1C一侧接触；当负载5运动至第一圆弧轨迹的另一端时，第二限位件15与从动轮安装架组1C另一侧接触。这样第一限位件14和第二限位件15起到对负载5运动轨迹的有效限位，使负载5不会运动至第一圆弧轨迹外。上述β(0)＞0的目的，也是为了当负载5处于竖直方向的初始位置时，储能装置6能够在初始状态提供一定的瞬时储能扭矩，即Ts(0)＞0，使第一限位件14能够保持紧贴于从动轮安装架组1C侧部，继而使负载5保持竖直方向的初始位置固定。

在一些实施例中，如图6和图7所示，调整机构8的优选结构为蜗轮蜗杆结构，并包括相互啮合的调整蜗轮8A和调整蜗杆8B。底座组件1还包括与调整蜗杆8B进行转动连接的蜗杆安装架组1D；调整蜗轮8A套设于主动齿轮轴11，并能够与主动齿轮轴11进行同步转动。这样如图9所示，当旋转调整蜗杆8B时，能够带动调整蜗轮8A进行旋转，并进而带动主动齿轮轴11进行转动，从而可以调整负载5在初始位置时储能装置6的扭转角大小，使负载5能够保持在初始位置固定，实现对装置的初始化；同时调整蜗轮8A和调整蜗杆8B的相互啮合类似于无级调整，进而储能装置6的扭转角可以调整至任意角度，起到精确控制作用；另外，蜗轮蜗杆机构可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆，这样操作者可以通过旋转调整蜗杆8B带动调整蜗轮8A转动向储能装置6传递扭矩，而储能装置6无法带动调整蜗轮8A来向调整蜗杆8B反向传递扭矩。这里需要指出的是调整蜗杆8B可以通过平键连接、花键连接、焊接、过盈配合等多种方式来与主动齿轮轴11进行同步转动连接，从而带动主动齿轮轴11进行转动，这里优选结构为图9所示的平键连接。同时，为了使得主动齿轮轴11和主动齿轮3相对彼此进行流畅无卡滞的转动，在主动齿轮轴11和主动齿轮3之间还加载有轴承13，轴承13套设于主动齿轮轴11上并穿设于主动齿轮3内。

在一些实施例中，如图3～图5所示，力矩平衡器还包括紧固螺栓9。主动轮安装架组1B和从动轮安装架组1C的顶部均设置有沿竖直方向设置的弹性开口。对于从动轮安装架组1C而言，弹性开口的一侧面设置垂直于从动齿轮轴10的通孔，另一侧面设置与通孔同轴的螺纹孔，紧固螺栓9依次穿设所述弹性开口的一侧的通孔、弹性开口，并与性开口的另一侧螺纹孔进行螺纹连接，这样，当未安装紧固螺栓9时，弹性开口的开口尺寸最大，当旋入紧固螺栓9，弹性开口的开口尺寸逐渐减小，便于从动齿轮轴10装卸。而对于从动轮安装架组1B而言，其顶部也具有与从动轮安装架组1C顶部一致的弹性开口设计，紧固螺栓9也安装于主动轮安装架组1B中，起到便于主动齿轮轴11装卸的功能。

图15～图17为本申请的另一个实施例，力矩平衡器还包括刹车机构12；刹车机构12设置于从动齿轮2一侧，能够停止负载5的第一旋转运动并使负载5固定于当前位置。这样就可以实现对负载5在第一旋转运动过程中的中途刹车控制。而刹车机构12可以是销轴类结构，通过在从动齿轮2端面和从动轮安装架组1C穿设同向的销孔，从而通过穿设销轴类的刹车机构12于其中实现刹车；刹车机构12也可以是螺纹连接于从动齿轮2或从动轮安装架组1C上的紧定螺钉，通过对刹车机构12旋入实现从动齿轮2的锁止，进而实现刹车；刹车机构12还可以是设置从动齿轮2运动平面上可以向从动齿轮2趋近的齿条或齿盘，通过与从动齿轮2进行啮合锁止，进而实现刹车。

本申请中刹车机构12的优选结构包括刹车本体12A和刹车片12B。刹车本体12A为电磁部件，并且套设于从动齿轮轴10上，以及固定连接于从动轮安装架1C。刹车片12B也套设于从动齿轮轴10上，并且固定连接于从动齿轮2端面，这样需要刹车于，对刹车本体12A通电，使其对刹车片12B产生吸附作用，从而利用磁吸时产生的摩擦力实现对从动齿轮2的锁止，进而实现刹车。更为优选的，从动齿轮2和从动齿轮轴10之间也设置有轴承13，这样可以保证从动齿轮2相对于从动齿轮轴10流畅转动无卡滞。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也包括复数。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种力矩平衡器，其特征在于：包括底座组件(1)、设于底座组件(1)上并相互啮合的主动齿轮(3)和从动齿轮(2)、与主动齿轮(3)连接的储能装置(6)以及与从动齿轮(2)连接的负载(5)；

主动齿轮(3)绕自身主齿轮心(O₁)自转，从动齿轮(2)绕自身从齿轮心(O₂)自转；主动齿轮(3)和从动齿轮(2)之间进行变传动比传动并形成位置变化的节点(P)；节点(P)和主齿轮心(O₁)的连线形成变化的主齿瞬时啮合半径，节点(P)和从齿轮心(O₂)的连线形成变化的从齿瞬时啮合半径；

负载(5)在从动齿轮(2)的运动平面内绕从齿轮心(O₂)进行第一旋转运动，并基于第一旋转运动时所在的瞬时位置和所受外力生成不断变化的瞬时力矩；

储能装置(6)能够对主动齿轮(3)产生瞬时储能扭矩，并通过从动齿轮(2)的传递，以及基于节点(P)所在当前位置平衡所述瞬时力矩。

2.根据权利要求1所述的一种力矩平衡器，其特征在于：从动齿轮(2)的运动平面位于竖直平面内；

所述瞬时力矩由以下公式生成：

Tg＝G×L×sinα

其中，Tg表示瞬时力矩；G表示负载(5)的重力；L表示力臂的长度，力臂具体为负载(5)质心与从齿轮心(O₂)之间的连线；α表示负载(5)的瞬时夹角，即竖直方向与力臂当前位置形成的夹角。

3.根据权利要求2所述的一种力矩平衡器，其特征在于：

底座组件(1)包括底座(1A)，设于底座(1A)上的主动轮安装架组(1B)和从动轮安装架组(1C)；

力矩平衡器还包括安装于主动轮安装架组(1B)上的主动齿轮轴(11)，安装于从动轮安装架组(1C)上的从动齿轮轴(10)、调整机构(8)和固定端子(7)；主动齿轮(3)与主动齿轮轴(11)之间、从动齿轮(2)与从动齿轮轴(10)之间均转动连接；固定端子(7)固设于主动齿轮(3)端面；

储能装置(6)为卷簧并套设于主动齿轮轴(11)，以及两端分别为固设于固定端子(7)上的卷簧外端和固设于主动齿轮轴(11)上的卷簧内端；调整机构(8)布局于主动齿轮轴(11)上，能够实现主动齿轮轴(11)相对主动轮安装架组(1B)的周向固定；

设定α₀为负载(5)在初始位置时的初始夹角，即竖直方向与力臂初始位置形成的夹角，t为差分步，ε为差分步距；负载(5)的瞬时夹角表示为：

α(t)＝α₀+ε*t

负载(5)瞬时力矩表示为：

Tg(t)＝G×L×sinα(t)

当α(t)＞0时：

所述主齿瞬时啮合半径、从齿瞬时啮合半径、瞬时储能扭矩和扭转角的对应关系，根据以下公式生成：

[R1(t+1)+R1(t)]*[β(t+1)-β(t)]＝[R2(t+1)+R2(t)]*ε

其中

C为从动齿轮(2)与主动齿轮(3)的中心距；k为储能装置(6)的扭转系数；β(t)为储能装置(6)的扭转角；

节点(P)在主动齿轮(3)运动平面上的轨迹形成主齿节线(S1)，节点(P)在从动齿轮(2)运动平面上的轨迹形成从齿节线(S2)。

4.根据权利要求3所述的一种力矩平衡器，其特征在于：负载(5)在初始位置时，力臂处于竖直方向，即α₀＝0°，负载(5)的瞬时夹角表示为α(t)＝ε*t；

当α(t)＝0时，

所述主齿瞬时啮合半径、从齿瞬时啮合半径、瞬时储能扭矩为预设值，即R1(0)、R2(0)和Ts(0)都是人工设定的大于0的常数值。

5.根据权利要求4所述的一种力矩平衡器，其特征在于：第一旋转运动具体为：负载(5)绕从齿轮心(O₂)进行往复偏摆；并且负载(5)的运动轨迹构成第一圆弧轨迹；

当负载(5)运动至第一圆弧轨迹的一端时，所述力臂位于竖直方向；

当负载(5)运动至第一圆弧轨迹的另一端时，所述力臂与竖直方向呈固定夹角。

6.根据权利要求5所述的一种力矩平衡器，其特征在于：还包括均固设于从动齿轮(2)端面，并且均为凸台结构的第一限位件(14)和第二限位件(15)；

当负载(5)运动至第一圆弧轨迹的一端时，第一限位件(14)与从动轮安装架组(1C)一侧接触；当负载(5)运动至第一圆弧轨迹的另一端时，第二限位件(15)与从动轮安装架组(1C)另一侧接触。

7.根据权利要求6所述的一种力矩平衡器，其特征在于：

当t＝0时，储能装置(6)的扭转角β(0)＞0。

8.根据权利要求3所述的一种力矩平衡器，其特征在于：调整机构(8)包括相互啮合的调整蜗轮(8A)和调整蜗杆(8B)；底座组件(1)还包括与调整蜗杆(8B)进行转动连接的蜗杆安装架组(1D)；

调整蜗轮(8A)套设于主动齿轮轴(11)，并能够与主动齿轮轴(11)进行同步转动。

9.根据权利要求1所述的一种力矩平衡器，其特征在于：还包括刹车机构(12)；刹车机构(12)设置于从动齿轮(2)一侧，能够停止负载(5)的第一旋转运动并使负载(5)固定于当前位置。

10.一种X光机，其特征在于：包括权利要求1～9中任意一项所述的力矩平衡器。