CN114001135A

CN114001135A - 将多个圆振动合成为摆动的机构

Info

Publication number: CN114001135A
Application number: CN202111430710.4A
Authority: CN
Inventors: 张太雷; 刘凯旋
Original assignee: Luoyang Fengchi 3d Technology Co ltd
Current assignee: Luoyang Fengchi 3d Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-02-01

Abstract

本发明提出将多个圆振动合成为摆动的机构。该机构具有一根被支承部件铰接支撑的摆动轴，以其轴线为对称中心，通过连接支架将多个具有旋转的偏心质体结构的激振器部件旋转对称的连接在摆动轴上；这些激振器部件的偏心质体旋转方向和转速都相同时，就会出现摆动式振动自动同步状态，在此状态下，各激振器做圆振动产生的激振力合力为正弦变化的力矩，使摆动轴绕其轴线做往复摆动；当摆动轴受到阻碍摆动的外力时，驱动其摆动的激振器并不会因此受阻，仍然能在摆动轴上产生力矩，因此该机构具有柔性传动特性，可应用于以摆动方式工作的机械设备中。

Description

将多个圆振动合成为摆动的机构

技术领域

本发明提出将多个圆振动合成为摆动的机构，适用于产生具有柔性传动特性的摆动，可应用于采用摆动方式工作的机械设备中。

背景技术

目前已知的摆动机构多采用曲柄摇杆、齿轮、凸轮等传动方式，此类传动方式在工作中必须达到其几何形状所确定的运动幅度才可完成摆动；当受外力阻碍无法达到其完整运动幅度时，就会出现堵转停机。

而目前已知的采用激振器做圆振动驱动的机构，因为圆振动力的方向在不断变化，所以此类振动机械一直被认为必须采用多自由度支承系统，例如最常见的采用多个弹簧构成的六自由度支承系统；这一认知已成为振动机械领域的常识，因此利用圆振动获得摆动的机构从未被提出。

发明内容

本发明提出将多个圆振动合成为摆动的机构。

该摆动机构并不遵循振动机械必须采用多自由度支承系统这一常识性认知，反而采用只具备一个旋转自由度的铰接支承系统，利用多个同频同向的激振器达到摆动式振动自同步状态时，合力为正弦变化的力矩这一特性，形成一种与已知结构都不同的摆动机构。

该摆动机构的一个特点是其摆动幅度不是固定不变的，而是与阻力成反比，当阻力远大于该摆动机构的驱动力时，其摆动幅度趋近于零，而此时原动机仍然能驱动激振器正常运转，使其持续输出正弦变化的力矩，这种具有柔性的传动特性避免了前述已知摆动机构堵转停机的问题。

本发明所提出的将多个圆振动合成为摆动的机构具有一根摆动轴，摆动轴被支承部件铰接支撑，使摆动轴可绕其轴线摆动，以该轴线为对称中心，通过连接支架将多个具有旋转的偏心质体结构的激振器部件旋转对称的连接在摆动轴上。

这些激振器部件做圆振动，各偏心质体旋转方向和转速都相同时，就会出现摆动式振动自动同步状态，在此状态下，以摆动轴为原点，各激振器部件的激振力相位角始终为激振器部件相对原点的相位角加周期时间转动相位角；即在摆动式振动自动同步状态下，各激振器偏心质体相互之间有固定的相位角差，其值为各激振器部件相对于原点的相位角差。

可选的，也可以采用同步装置使各激振器部件更容易达到或保持摆动式振动自动同步状态，这种同步装置既可以是齿轮传动、同步带传动、链传动、摩擦轮传动等机械传动结构，也可以是由变频器、编码器、逻辑控制电路构成的电控系统，或是二者皆有。

考虑到在现实情况下，摆动轴在一个摆动周期内正向摆动和反向摆动受到的阻力不可能是完全相等的，激振器部件的激振力也不可能是完全相等的，因此摆动轴会向激振力较大或阻力较小的方向偏转，对于需要摆动轴在相对固定范围内摆动的工作机就需要采用限位装置限制偏转。

可在摆动轴旋转方向上设置刚性限位装置，限制摆动轴摆动范围，这种情况下摆动部与刚性限位装置会发生冲击，可用于工作机靠冲击力工作的场合，此时工作机本身即可以是限位装置。

对于不需要利用冲击力做功的工作机，则可采用弹性限位装置限制偏转；例如可以采用弹性零件如螺旋弹簧、橡胶弹簧、空气弹簧、液压弹簧、波形弹簧、碟形弹簧、板簧等布置在摆动轴旋转方向上，构成弹性限位装置。

可选的，也可以采用扭杆弹簧一端同轴连接在摆动轴上，另一端周向固定，利用其扭转弹性构成扭杆弹簧限位装置；以此原理也可将扭杆弹簧与摆动轴合为一体，即采用具有良好扭转弹性的摆动轴，两端固定支撑，由摆动轴自身扭转弹性构成摆角受限的铰接结构。

可选的，也可以采用扭杆弹簧与摆动轴不同轴而是轴线呈夹角的连接方式，例如使用万向联轴器连接二者，即可使二者以轴线呈夹角的方式连接。

可选的，也可以采用齿轮传动、链传动、带传动、摩擦轮传动等传动方式连接扭杆弹簧与摆动轴形成弹性限位装置；由于摆动机构并不做完整圆周转动，所以这些传动机构中轮的结构可简化为扇形。

可选的，也可采用多连杆机构连接扭杆弹簧与摆动轴形成弹性限位装置。

附图说明

现将参考示意的附图对本发明进行进一步说明，且其中

图1示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用两个激振器部件驱动时的机构运动简图，和

图2示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用两个激振器部件驱动时的轴测图，和

图3示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用两个激振器部件驱动时，间隔四分之一周期时间的四个时间点的主视图，和

图4示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用三个激振器部件驱动时的轴测图，和

图5示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用三个激振器部件驱动时，间隔四分之一周期时间的四个时间点的主视图，和

图6示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用四个激振器部件驱动时的轴测图，和

图7示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用四个激振器部件驱动时，间隔四分之一周期时间的四个时间点的主视图，和

图8示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用四个激振器部件驱动的另一种布置方式的轴测图，和

图9示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用四个激振器部件驱动的另一种布置方式，间隔四分之一周期时间的四个时间点的主视图，和

图10示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用螺旋弹簧构成限位装置时的主视图，和

图11示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用扭杆弹簧同轴连接摆动轴构成限位装置时的轴测图，和

图12示出了将多个圆振动合成为摆动的机构采用扭杆弹簧通过半齿轮传动结构连接摆动轴构成限位装置时的轴测图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。已下实施例或者附图用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了本发明采用两个激振器部件驱动时的机构运动简图，其中激振器部件的偏心质体质量为m₀，偏心距为r，旋转方向为顺时针方向，角速度为ω，各激振器部件产生的离心力为F=m₀ω²r，此时已达到摆动式振动自同步状态，其合力为以摆动轴为原点的力矩T=2Lm₀ωr∙sin(ωt)；其中L为偏心质体回转中心到摆动轴轴线的距离；t为零时刻到当前状态的时间，零时刻是指任意一次偏心质体的质心与偏心质体的回转中心及摆动轴的回转中心共线的时刻，此时各激振器部件的合力为零；一个摆动周期内会出现两次零时刻。

其具体结构如图2所示，可见摆动轴1被带座轴承2a、2b铰接支撑，并以其旋转轴为旋转对称中心，通过连接支架3旋转对称分布连接了激振器部件4a、4b；此时已达到摆动式振动自同步状态，且刚好为零时刻。

其在一个摆动周期内的四个时间点的运动状态如图3所示，可以看出在零时刻（t=0）时，两激振器部件的激振力合力为0；自此时刻起，在四分之一个周期时间（t=1/4T）时，两激振器部件的激振力合力并不是某一方向的力，而是以摆动轴为原点的力矩，此时刚好为该力矩达到最大值，方向为逆时针方向；在半个周期时间（t=2/4T）时，达到第二个零时刻；在四分之三个周期时间（t=3/4T）时，力矩再次达到最大值，但此时为顺时针方向；这种正弦变化的力矩是产生摆动的根本原因。

当采用三个激振器部件驱动时可采用图4所示的布置方式，这种等距分布方式可用于具有任意数量激振器部件的结构中。

另一种布置方式如图8所示，不同于等距分布方式，这种编组后等距分布的方式只能用于激振器部件数量为合数的情况。

考虑到在现实情况下，摆动轴在一个摆动周期内正向旋转和反向旋转受到的阻力不可能是完全相等的，激振器部件的激振力也不可能是完全相同的，因此摆动轴会向激振力较大或阻力较小的方向偏转，对于需要摆动轴在相对固定范围内摆动的工作机就需要采用限位装置限制偏转。

可以在摆动轴旋转方向设置弹性部件构成限位装置，图10示出了采用螺旋弹簧8作为限位装置的方案；由于摆动轴1可以向两个方向偏转，但螺旋弹簧8采用的压缩弹簧结构只能单向受力，所以需要在其两侧均设置弹性限位；如果将弹簧8两端与其连接零件固定，使其即可以压缩，又可以拉伸，则只需要单侧弹簧即可构成弹性限位装置；此处的螺旋弹簧8也可替换为橡胶弹簧、空气弹簧、液压弹簧、波形弹簧、碟形弹簧、板簧等具有弹性的结构。

另一种方案是采用扭杆弹簧同轴连接摆动轴作为限位装置，如图11所示，扭杆弹簧5通过联轴器6同轴连接摆动轴1的一端，另一端由支座7固定支撑，利用扭杆弹簧5的扭转弹性限制摆动轴1的摆动范围，构成弹性限位装置；可以看出该结构中摆动轴1只需要在一端用带座轴承2a铰接支撑，另一端由扭杆弹簧5和支架7支撑。

也可以在摆动轴具有良好扭转弹性的情况下，将摆动轴1与扭杆弹簧5合为一体，即摆动轴1的支撑部件2a、2b为不提供旋转自由度的固定支座，由摆动轴1自身扭转形成转角受限的铰接结构。

也可以采用扭杆弹簧通过传动结构连接摆动轴作为限位装置，如图12所示，扭杆弹簧5一端通过半齿轮9、10连接摆动轴1，另一端由支座7固定，即可构成通过齿轮传动的弹性限位装置；作为可选结构，带座轴承11可限制扭杆弹簧5的径向位移，这有利于齿轮传动中齿的啮合；显而易见，这种结构可以采用多个弹性限位结构连接摆动轴1，也可以将其中的齿轮传动替换为带传动、链传动、摩擦轮传动等结构。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.将多个圆振动合成为摆动的机构，该机构具有一根摆动轴（1），被支承部件（2a，2b）支撑，使摆动轴（1）能绕其轴线摆动；多个具有旋转偏心质体结构的激振器部件（4a，4b，4c，4d）以摆动轴（1）的轴线为对称中心，通过连接支架（3）旋转对称分布连接在摆动轴（1）上。

2.根据权利要求1所述的将多个圆振动合成为摆动的机构，其特征在于：所述各激振器部件（4a，4b，4c，4d）做圆振动，各偏心质体旋转方向及转速都相同时，就会达到摆动式振动自同步状态；该状态的特点是各激振器部件（4a，4b，4c，4d）的激振力方向相互之间具有固定的相位角差，其值等于各激振器部件相对于原点的相位角差。

3.根据权利要求2所述的将多个圆振动合成为摆动的机构，其特征在于：所述各激振器部件（4a，4b，4c，4d）具有采用机械结构或电子控制或二者皆有的同步装置，使它们更容易达到或始终保持摆动式振动自同步状态。

4.根据前述任意权利要求所述的将多个圆振动合成为摆动的机构，其特征在于：所述激振器部件（4a，4b，4c，4d）是由电机通过联轴器驱动的激振器。

5.根据权利要求1、2、3所述的将多个圆振动合成为摆动的机构，其特征在于：所述激振器部件（4a，4b，4c，4d）是振动电机。

6.根据前述任意权利要求所述的将多个圆振动合成为摆动的机构，其特征在于：具有能限制摆动轴（1）摆动范围的限位结构。

7.根据权利要求6所述的将多个圆振动合成为摆动的机构，其特征在于：采用具有弹性的零件（5，8）布置在摆动轴（1）旋转方向上限制其摆动范围，构成弹性限位结构。

8.根据权利要求6所述的将多个圆振动合成为摆动的机构，其特征在于：采用扭杆弹簧（5）以同轴或轴线呈夹角的方式连接摆动轴（1），以扭杆弹簧（5）的扭转弹性限制摆动轴（1）的摆动范围，构成弹性限位结构。

9.根据前述任意权利要求所述的将多个圆振动合成为摆动的机构，其特征在于：所述支承部件（2a，2b）是轴承及轴承座。

10.根据权利要求6所述的将多个圆振动合成为摆动的机构，其特征在于：采用具有良好扭转弹性的摆动轴（1），支承部件（2a，2b）是不提供旋转自由度的固定支座，以摆动轴（1）自身扭转弹性构成摆角受限的铰接结构。