CN114001137A - 一种移动式力限制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变刚度原理的移动式力限制器，主要用来在机床丝杠部分出现过载等突发事故中对人及机器进行保护。移动式力限制器主要包括凸轮模块、弹性体模块、弹性体导向模块、滑动模块、壳体模块五部分。本发明将变刚度机构与丝杠结合，具有刚柔耦合的效果，通过对凸轮廓线的设计获得良好的受力边界条件，使移动式力限制器具有更高的刚度阈值控制精度以及运行稳定性，采用新型的可加工弹簧，保证了更精准的刚度、更高的强度及更好的稳定性，同时便于整体结构的小型化。

Description

一种移动式力限制器

技术领域：本发明属于精密机械与智能仪器领域，涉及一种滚珠丝杠机构的安全保护装置，具体来说，是一种基于变刚度原理的移动式力限制器。

技术背景：人机交互越来越普遍，在人机交互过程中对人、机器的保护逐渐进入人们考虑的范畴，因此一些机械产品对冲击能量的吸收与缓冲能力成为人们关注的指标。应设计一种高可靠性、高精度的变刚度移动式力限制器，保证机械部件特别是滚珠丝杠螺杆在正常工况下处于刚性状态，在受到冲击、碰撞、过载的情况下刚度迅速变为零，以达到保护人和机器的目的，满足人机交互的新需求。

相比于主动变刚度移动式力限制器，被动变刚度移动式力限制器采用纯机械结构，具有尺寸紧凑、可靠性高、制造及维护成本低等优点。通过对变刚度移动式力限制器内部弹性体和整体结构设计可以满足不同工况下力的阈值要求，有着更为广泛的应用前景。

发明内容：

(1)要解决的技术问题

本发明通过提出一种兼具高精度与高可靠性的变刚度移动式力限制器，使其得以用于精密仪器、工业机器人等传动结构的滚珠丝杠部分。

(2)技术方案

本发明提供了一种变刚度移动式力限制器的设计，即该装置在正常工作中呈现高刚度状态，以保证整体机构的尺寸及精度；在机构受到一定程度的负载或过载后，变刚度移动式力限制器迅速响应，刚度变为零。利用凸轮机构的特性与弹簧的受力变形特性，实现刚度迅速转变的目标。

可选地，根据力变刚度移动式力限制器的尺寸和所限制力的阈值确定弹簧的尺寸及材料，并对凸轮曲线设计以确定其轮廓尺寸。

可选地，通过螺栓可以调节可加工弹簧的预压缩量，改变变刚度移动式力限制器的变刚度力的阈值。

可选地，滚子与凸轮轮廓以实现持续相切为要求，可设计直线、圆弧、渐开线、椭圆线四种轮廓曲线，可使变刚度移动式力限制器具有不同的变刚度特性，包括但不限于运动精度、限制力的变化范围。

可选地，在固定端和运动端支架上设计安装孔，以不影响各零件相对位置为前提条件，同时保证不会对变刚度移动式力限制器的运动产生干涉，能够用于不同的场合。

(3)本发明的优点

变刚度移动式力限制器是将变刚度机构应用到对力限制或过载保护中，机构具有刚柔耦合的特点；

通过对凸轮曲线的设计规划机构轮廓，使变刚度移动式力限制器具有更高的刚度阈值控制精度以及运行稳定性；

弹性原件上采用新型的类弹簧弹性体设计，保证了弹簧具有更好的刚度、强度、稳定性，同时便于整体尺寸的减小和整体结构的装配。

附图说明：

图1为本发明变刚度移动式力限制器原理图

图2为本发明变刚度移动式力限制器爆炸结构示意图

图3为凸轮模块爆炸结构示意图

图4为弹性体模块爆炸结构示意图

图5为弹性体导向模块爆炸结构示意图

图6为滑动模块爆炸结构示意图

图7为壳体模块爆炸结构示意图

图8a为变刚度移动式力限制器刚性状态各模块关系图

图8b为变刚度移动式力限制器零刚度状态各模块关系图

图中：

1-凸轮模块：11-凸轮；11a-凸轮固定孔；12-凸轮固定螺栓

2-弹性体模块：21-可加工弹簧；21a-滚子连接件固定孔；21b-可加工弹簧固定孔；

22-滚子连接件固定螺栓；23-可加工弹簧固定孔

3-弹性体导向模块：31-滚子；32-内滑块；32a-滚子连接件固定螺纹孔；

33-滚子连接件；33a-滚子固定孔；

33b-滚子连接件与可加工弹簧连接螺纹孔；33c-滚子连接件固定孔；

34-螺母；35-滚子连接件固定螺栓；36-内导轨支撑件；

36a-内导轨固定螺纹孔；36b-内导轨支撑件固定螺纹孔；

37-内导轨支撑件固定螺栓；38-内导轨；38a-内导轨固定孔；

39-内导轨固定螺栓

4-滑动模块：41-外滑块连接件固定螺栓；42-外滑块连接件；42a-外滑块连接件固定孔；

42b-内导轨支撑件固定孔；42c-可加工弹簧固定螺纹孔；43-外滑块；

43a-外滑块连接件固定螺纹孔；44-外导轨固定螺栓；45-外导轨；

45a-外导轨固定孔

5-壳体模块：51-外壳；51a-凸轮固定螺纹孔；51b-外壳减重孔；51c-外壳固定孔；

52-底座；52a-外导轨固定螺纹孔；52b-外壳固定螺纹孔；

53-外壳固定螺栓

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

(一)基于变刚度原理的变刚度移动式力限制器原理介绍

如图1所示，其中

F——外力；

F_e——凸轮(11)对滚子(31)的反作用力；

F_s——可加工弹簧(21)的弹力

α——倾斜角；

在移动式力限制器实现变刚度的过程中可以将其看成是一系列的平衡状态。在每个平衡状态下都会有一个倾斜角α。正是通过α的变化，保持在刚度突变的过程中变刚度移动式力限制器反应出的力保持不变。经过计算推导可以得到输入力与可加工弹簧(21)弹力以及平面接触角α的关系：

上式中K为可加工弹簧(21)的刚度，e为可加工弹簧(21)的压缩量。

其中与可加工弹簧(21)的弹力是变刚度的关键。弹簧弹力的大小取决于外力，这是由意外碰撞以及有效载荷产生的。变刚度移动式力限制器是否起刚性连接作用取决于其上施加的外力。当外力小于等于预设力时，该变刚度移动式力限制器将不会发生相对运动，此时变刚度移动式力限制器处于刚性；当外力大于预设力时，该变刚度移动式力限制器可发生相对运动，此时变刚度移动式力限制器处于零刚度。

(一)整体结构介绍

本发明公开了一种基于变刚度原理的移动式力限制器，如图2所示，在结构方面，其组成模块有：凸轮模块(1)、弹性体模块(2)、弹性体导向模块(3)、滑动模块(4)、壳体模块(5)。变刚度移动式力限制器整体为直线运动结构，在未受到外部载荷或外部载荷较小的情况下，滑动模块(4)与壳体模块(5)处于相对静止刚性状态，可视为刚性连接；在当受到外力达到设计阈值时，变刚度移动式力限制器处于柔性连接状态，整体刚度突变为零，并在凸轮模块(1)的凸轮(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)之间产生相对运动。

定义变刚度移动式力限制器的弹性体模块(2)中的可加工弹簧(21)的压缩方向为Z轴负方向，滑动模块(4)中外滑块连接件(42)的运动方向为X轴，则与XZ平面垂直的轴为Y轴，即构成空间坐标系XYZ。

(1)凸轮模块

如图3所示，凸轮模块(1)包括凸轮(11)和凸轮固定螺栓(12)。凸轮固定螺栓(12)通过凸轮固定孔(11a)与壳体模块(5)中的凸轮固定螺纹孔(51a)同心装配，将凸轮模块(1)与壳体模块(5)连接固定。凸轮(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)始终保持纯滚动接触，因此凸轮(11)需要使用硬度较高、耐磨性较好的材料加工；此外对凸轮(11)的表面加工精度也有着较高的要求，以保证导向模块(3)中的滚子(31)在其上滚动的流畅性同时避免点蚀。凸轮(11)的凸轮曲线的长度、斜率可根据不同的工作要求进行调整。凸轮(11)的X正负方向上均配有限位装置，可防止弹性体导向模块(3)中的滚子(31)与凸轮(11)脱离后不容易复原的情况出现，其形状、位置、尺寸可根据实际工作情况进行调整。凸轮(11)的外形轮廓可设计直线、圆弧、渐开线、椭圆线四种轮廓曲线。

(2)弹性体模块

如图4所示，弹性体模块(2)包括可加工弹簧(21)、滚子连接件固定螺栓(22)和可加工弹簧固定螺栓(23)。弹性体模块(2)是变刚度移动式力限制器的核心部件，变刚度移动式力限制器的变刚度力阈值主要受可加工弹簧(21)的刚度影响，因此对其从材料选择、结构设计、加工精度、装配精度有着较高的要求。滚子连接件固定螺栓(22)、滚子连接件固定孔(21a)与弹性体导向模块(3)中的滚子连接件与可加工弹簧连接螺纹孔(33b)规格相同且同轴装配，以连接弹性体模块(2)和弹性体导向模块(3)。可加工弹簧固定螺栓(23)、可加工弹簧固定孔(22b)与滑动模块(4)中的可加工弹簧固定螺纹孔(42c)规格相同且同轴装配，以连接弹性体模块(2)和滑动模块(4)。

可加工弹簧(21)是一体成型件，主要加工方法是线切割，其结构、外型、尺寸由安全关节的整体尺寸、所限制力的阈值等确定。可加工弹簧(21)的尺寸决定了变刚度移动式力限制器整体构型的大小，在满足精确控制峰值力和位移精度的前提下，要尽可能设计尺寸较小的弹簧。

(3)弹性体导向模块

如图5所示，弹性体导向模块(3)包括滚子(31)、内滑块(32)、滚子连接件(33)、螺母(34)、滚子连接件固定螺栓(35)、内导轨支撑件(36)、内导轨支撑件固定螺栓(37)、内导轨(38)、内导轨固定螺栓(39)。弹性体导向模块(3)的作用是保证可加工弹簧(21)只沿-Z方向变形，无弯曲、扭转形变，在延长其使用寿命的同时还能够保证变刚度移动式力限制器的整体性能，并将可加工弹簧(21)受到的压力转化为X方向上的限制力。

滚子(31)轴、螺母(34)与滚子固定孔(33a)尺寸相同且同轴装配，以完成滚子(31)在滚子连接件(33)上的固定。滚子连接件固定螺栓(35)、滚子连接件固定孔(33c)与滚子连接件固定螺纹孔(32a)尺寸相同且同轴装配，以完成滚子连接件(33)在内滑块(32)上的固定。内滑块(32)和内导轨(38)通过其间的燕尾槽结构进行配合。内导轨固定螺栓(39)、内导轨固定孔(38a)与内导轨固定螺纹孔(36a)尺寸相同且同轴装配，以完成内导轨(38)在内导轨支撑件(36)上的固定。

滚子连接件(33)上的滚子连接件与可加工弹簧连接螺纹孔(33b)与弹性体模块(2)中的可加工弹簧(21)上的滚子连接件固定孔(21a)尺寸相同且同轴配合，利用弹性体模块(2)中的滚子连接件固定螺栓(22)完成弹性体模块(2)与弹性体导向模块(3)的连接。内导轨支撑件(36)上的内导轨支撑件固定螺纹孔(36b)与滑动模块(4)中外滑块连接件(42)上的内导轨支撑件固定孔(42b)尺寸相同且同轴装配，利用内导轨支撑件固定螺栓(37)完成弹性体导向模块(3)与滑动模块(4)的连接。内滑块(32)与内导轨(38)的尺寸及型号可根据变刚度移动式力限制器的整体尺寸进行选取。

(4)滑动模块

如图6所示，滑动模块(4)包括外滑块连接件固定螺栓(41)、外滑块连接件(42)、外滑块(43)、外导轨固定螺栓(44)、外导轨(45)。外滑块连接件固定孔(42a)与外滑块连接件固定螺纹孔(43a)尺寸相同且同轴配合，通过外滑块连接件固定螺栓(41)完成外滑块连接件(42)在外滑块(43)上的固定。外滑块(43)和外导轨(45)通过其间的燕尾槽结构进行配合。

外滑块连接件(42)上的内导轨支撑件固定孔(42b)与弹性体导向模块(3)中的内导轨支撑件(36)上的内导轨支撑件固定螺纹孔(36b)尺寸相同且同轴配合，通过弹性体导向模块(3)中的内导轨支撑件固定螺栓(37)，以完成滑动模块(4)和弹性体导向模块(3)的连接。外滑块连接件(42)上的可加工弹簧固定螺纹孔(42c)与弹性体模块(2)中的可加工弹簧(21)上的可加工弹簧固定孔(21b)尺寸相同且同轴配合，通过弹性体模块(2)中的可加工弹簧固定螺栓(23)，以完成滑动模块(4)和弹性体模块(2)的连接。外导轨(45)上的外导轨固定孔(45a)与壳体模块(5)中的外导轨固定螺纹孔(52a)尺寸相同且同轴装配，通过外导轨固定螺栓(44)，以完成滑动模块(4)和壳体模块(5)的连接。外滑块(43)与外导轨(45)的尺寸及型号可根据变刚度移动式力限制器的整体尺寸进行选取。由于弹性体模块(2)中的可加工弹簧(21)与外滑块连接件(42)的尺寸，本发明中选取两个同规格的外滑块(43)，实际滑块数量选取过程中可根据变刚度移动式力限制器的整体尺寸和上述尺寸进行确定。

(5)壳体模块

如图7所示，壳体模块(5)包括外壳(51)、底座(52)、外壳固定螺栓(53)。外壳固定孔(51c)与外壳固定螺纹孔(52b)尺寸相同且同轴装配，通过外壳固定螺栓(53)完成外壳(51)与底座(52)的连接。

外壳(51)上的凸轮固定螺纹孔(51a)与凸轮模块(1)中的凸轮(11)上的凸轮固定孔(11a)尺寸相同且同轴配合，通过凸轮模块(1)中的凸轮固定螺栓(12)连接凸轮模块(1)与壳体模块(5)。底座(52)上的外导轨固定螺纹孔(52a)与滑动模块(4)中外导轨(45)上的外导轨固定孔(45a)尺寸相同且同轴配合，通过滑动模块(4)中的外导轨固定螺栓(44)连接滑动模块(4)与壳体模块(5)。

外壳(51)上配有减重孔(51b)，其形状、数量、尺寸根据变刚度移动式力限制器的整体尺寸、重量等确定。变刚度移动式力限制器中各零部件的固连通过螺栓和螺纹孔实现，须保证各连接处无相对滑移，在需要更高精度要求时，也可以将壳体模块(5)进行一体化加工。

(二)基于变刚度原理的变刚度移动式力限制器的使用过程

基于变刚度原理的变刚度移动式力限制器在使用过程中，壳体模块(5)中的外壳(51)和底座(52)作为固定端，与外部固定部分相连，滑动模块(4)中的外滑块连接件(42)作为力输入端，与外部负载相连。

如图8所示，当滑动模块(4)中的外滑块连接件(42)输入的力小于设计力时，凸轮模块(1)中的凸轮(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)之间不能发生相对运动，此时变刚度移动式力限制器呈现刚性状态，当滑动模块(4)中的外滑块连接件(42)输入的力达到设计数值时，凸轮模块(1)中的凸轮(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)之间会发生相对运动；此时弹性体模块(2)中的可加工弹簧(21)受力产生形变，但由于弹性体导向模块(3)中的内滑块(32)和内导轨(38)的限制，可加工弹簧(21)只能被压缩，沿着-Z方向运动。当弹性体导向模块(3)中的滚子(31)与凸轮模块(1)中的凸轮(11)之间产生微小的相对位移后，变刚度移动式力限制器就会由图(a)的刚性状态转变到图(b)的零刚度状态。在图(b)的零刚度状态下弹性体导向模块(3)中的滚子(31)在碰到凸轮模块(1)中凸轮(11)的限位装置之前可自由移动。凸轮模块(1)中凸轮(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)之间纯滚动接触面需保证较高的加工精度，保证其滚动的流畅性同时避免点蚀。

弹性体导向模块(3)中的滚子(31)在与凸轮模块(1)的凸轮(11)相对运动过程中，设计的凸轮曲线可以使变刚度移动式力限制器具有高的响应速度，达到迅速变刚度的目的。

Claims (9)

1.一种基于变刚度原理的移动式力限制器，其特征在包括：

其组成模块有：凸轮模块(1)、弹性体模块(2)、弹性体导向模块(3)、滑动模块(4)、壳体模块(5)。变刚度移动式力限制器整体为直线运动结构，在未受到外部载荷或外部载荷较小的情况下，滑动模块(4)与壳体模块(5)处于相对静止刚性状态，可视为刚性连接；在当受到外力达到设计阈值时，变刚度移动式力限制器处于柔性连接状态，整体刚度突变为零，并在凸轮模块(1)的凸轮(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)之间产生相对运动。定义变刚度移动式力限制器的弹性体模块(2)中的可加工弹簧(21)的压缩方向为Z轴负方向，滑动模块(4)中大滑块连接件(42)的运动方向为X轴，则与XZ平面垂直的轴为Y轴，即构成空间坐标系XYZ。

凸轮模块(1)包括凸轮(11)和凸轮固定螺栓(12)。凸轮固定螺栓(12)通过凸轮固定孔(11a)与壳体模块(5)中的凸轮固定螺纹孔(51a)同心装配，将凸轮模块(1)与壳体模块(5)连接固定。凸轮(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)始终保持纯滚动接触，因此凸轮(11)需要使用硬度较高、耐磨性较好的材料加工；此外对凸轮(11)的表面加工精度也有着较高的要求，以保证导向模块(3)中的滚子(31)在其上滚动的流畅性同时避免点蚀。

弹性体模块(2)包括可加工弹簧(21)、滚子连接件固定螺栓(22)和可加工弹簧固定螺栓(23)。弹性体模块(2)是变刚度移动式力限制器的核心部件，变刚度移动式力限制器的变刚度力阈值主要受可加工弹簧(21)的刚度影响，因此对其从材料选择、结构设计、加工精度、装配精度有着较高的要求。滚子连接件固定螺栓(22)、滚子连接件固定孔(21a)与弹性体导向模块(3)中的滚子连接件与可加工弹簧连接螺纹孔(33b)规格相同且同轴装配，以连接弹性体模块(2)和弹性体导向模块(3)。可加工弹簧固定螺栓(23)、可加工弹簧固定孔(22b)与滑动模块(4)中的可加工弹簧固定螺纹孔(42c)规格相同且同轴装配，以连接弹性体模块(2)和滑动模块(4)。

弹性体导向模块(3)包括滚子(31)、小滑块(32)、滚子连接件(33)、螺母(34)、滚子连接件固定螺栓(35)、小导轨支撑件(36)、小导轨支撑件固定螺栓(37)、小导轨(38)、小导轨固定螺栓(39)。弹性体导向模块(3)的将可加工弹簧(21)受到的压力转化为X方向上的限制力。滚子(31)轴、螺母(34)与滚子固定孔(33a)尺寸相同且同轴装配，以完成滚子(31)在滚子连接件(33)上的固定。滚子连接件固定螺栓(35)、滚子连接件固定孔(33c)与滚子连接件固定螺纹孔(32a)尺寸相同且同轴装配，以完成滚子连接件(33)在小滑块(32)上的固定。小滑块(32)和小导轨(38)通过其间的燕尾槽结构进行配合。小导轨固定螺栓(39)、小导轨固定孔(38a)与小导轨固定螺纹孔(36a)尺寸相同且同轴装配，以完成小导轨(38)在小导轨支撑件(36)上的固定。滚子连接件(33)上的滚子连接件与可加工弹簧连接螺纹孔(33b)与弹性体模块(2)中的可加工弹簧(21)上的滚子连接件固定孔(21a)尺寸相同且同轴配合，利用弹性体模块(2)中的滚子连接件固定螺栓(22)完成弹性体模块(2)与弹性体导向模块(3)的连接。小导轨支撑件(36)上的小导轨支撑件固定螺纹孔(36b)与滑动模块(4)中大滑块连接件(42)上的小导轨支撑件固定孔(42b)尺寸相同且同轴装配，利用小导轨支撑件固定螺栓(37)完成弹性体导向模块(3)与滑动模块(4)的连接。

滑动模块(4)包括大滑块连接件固定螺栓(41)、大滑块连接件(42)、大滑块(43)、大导轨固定螺栓(44)、大导轨(45)。大滑块连接件固定孔(42a)与大滑块连接件固定螺纹孔(43a)尺寸相同且同轴配合，通过大滑块连接件固定螺栓(41)完成大滑块连接件(42)在大滑块(43)上的固定。大滑块(43)和大导轨(45)通过其间的燕尾槽结构进行配合。大滑块连接件(42)上的小导轨支撑件固定孔(42b)与弹性体导向模块(3)中的小导轨支撑件(36)上的小导轨支撑件固定螺纹孔(36b)尺寸相同且同轴配合，通过弹性体导向模块(3)中的小导轨支撑件固定螺栓(37)，以完成滑动模块(4)和弹性体导向模块(3)的连接。大滑块连接件(42)上的可加工弹簧固定螺纹孔(42c)与弹性体模块(2)中的可加工弹簧(21)上的可加工弹簧固定孔(21b)尺寸相同且同轴配合，通过弹性体模块(2)中的可加工弹簧固定螺栓(23)，以完成滑动模块(4)和弹性体模块(2)的连接。大导轨(45)上的大导轨固定孔(45a)与壳体模块(5)中的大导轨固定螺纹孔(52a)尺寸相同且同轴装配，通过大导轨固定螺栓(44)，以完成滑动模块(4)和壳体模块(5)的连接。由于弹性体模块(2)中的可加工弹簧(21)与大滑块连接件(42)的尺寸，本发明中选取两个同规格的大滑块(43)，实际滑块数量选取过程中可根据变刚度移动式力限制器的整体尺寸和上述尺寸进行确定。

壳体模块(5)包括外壳(51)、底座(52)、外壳固定螺栓(53)。外壳固定孔(51c)与外壳固定螺纹孔(52b)尺寸相同且同轴装配，通过外壳固定螺栓(53)完成外壳(51)与底座(52)的连接。外壳(51)上的凸轮固定螺纹孔(51a)与凸轮模块(1)中的凸轮(11)上的凸轮固定孔(11a)尺寸相同且同轴配合，通过凸轮模块(1)中的凸轮固定螺栓(12)连接凸轮模块(1)与壳体模块(5)。底座(52)上的大导轨固定螺纹孔(52a)与滑动模块(4)中大导轨(45)上的大导轨固定孔(45a)尺寸相同且同轴配合，通过滑动模块(4)中的大导轨固定螺栓(44)连接滑动模块(4)与壳体模块(5)。

2.根据权利要求1所述的凸轮(11)，其凸轮曲线的长度、斜率可根据不同的工作要求进行调整。凸轮(11)的X正负方向上均配有限位装置，可防止弹性体导向模块(3)中的滚子(31)与凸轮(11)脱离后不容易复原的情况出现，其形状、位置、尺寸可根据实际工作情况进行调整。凸轮(11)的外形轮廓可设计直线、圆弧、渐开线、椭圆线四种轮廓曲线。

3.根据权利要求1所述的可加工弹簧(21)是一体成型件，主要加工方法是线切割，其结构、外型、尺寸由安全关节的整体尺寸、所限制力的阈值等确定。可加工弹簧(21)的尺寸决定了变刚度移动式力限制器整体构型的大小，在满足精确控制峰值力和位移精度的前提下，要尽可能设计尺寸较小的弹簧。

4.根据权利要求1所述的小滑块(32)与小导轨(38)、大滑块(43)与大导轨(45)的尺寸及型号可根据变刚度移动式力限制器的整体尺寸进行选取。

5.根据权利要求1所述的外壳(51)上配有减重孔(51b)，其形状、数量、尺寸根据变刚度移动式力限制器的整体尺寸、重量等确定。变刚度移动式力限制器中各零部件的固连通过螺栓和螺纹孔实现，须保证各连接处无相对滑移，在需要更高精度要求时，也可以将壳体模块(5)进行一体化加工。

6.根据权利要求1所述的变刚度移动式力限制器，其特征在于，所述整体为直线运动结构，在未受到外部载荷或外部载荷较小的情况下，滑动模块(4)与壳体模块(5)处于相对静止刚性状态，可视为刚性连接；在当受到外力达到设计阈值时，力限制安全装置处于柔性连接状态，整体刚度突变为零，并在凸轮盖模块(1)的凸轮盖(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)之间产生相对运动。

7.根据权利要求1所述的可加工弹簧(21)只沿-Z方向变形，无弯曲、扭转形变，在延长其使用寿命的同时还能够保证变刚度移动式力限制器的整体性能。

8.根据权利要求1所述的变刚度移动式力限制器，在使用过程中，壳体模块(5)中的外壳(51)和底座(52)作为固定端，与外部固定部分相连，滑动模块(4)中的大滑块连接件(42)作为力输入端，与外部负载相连。当滑动模块(4)中的大滑块连接件(42)输入的力小于设计力时，凸轮模块(1)中的凸轮(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)之间不能发生相对运动，此时变刚度移动式力限制器呈现刚性状态，当滑动模块(4)中的大滑块连接件(42)输入的力达到设计数值时，凸轮模块(1)中的凸轮(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)之间会发生相对运动；此时弹性体模块(2)中的可加工弹簧(21)受力产生形变，但由于弹性体导向模块(3)中的小滑块(32)和小导轨(38)的限制，可加工弹簧(21)只能被压缩，沿着-Z方向运动。当弹性体导向模块(3)中的滚子(31)与凸轮模块(1)中的凸轮(11)之间产生微小的相对位移后，变刚度移动式力限制器就会由刚性状态转变到零刚度状态。在零刚度状态下弹性体导向模块(3)中的滚子(31)在碰到凸轮模块(1)中凸轮(11)的限位装置之前可自由移动。

9.根据权利要求1所述的凸轮模块(1)中凸轮(11)与弹性体导向模块(3)中的滚子(31)之间纯滚动接触面需保证较高的加工精度，保证其滚动的流畅性同时避免点蚀。

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