CN114850352B - 一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置 - Google Patents

Abstract

一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置，所述高精度金属零长弹簧反向旋转装置包括待反向金属零长弹簧、反向旋转阶梯轴、导向轮、锁紧装置、平衡连接连杆、高强耐磨滚珠轴承、压缩弹簧支撑筒、压力传感器与压力显示器；所述反向旋转阶梯轴包括细轴与粗轴，细轴的右端通过轴承与粗轴的左端转动连接，细端的左侧活动连接于转动盘上；所述待反向金属零长弹簧的内圈环绕设置于细轴与粗轴连接处的外圈上。本设计采用了新颖的复合阶梯芯轴的设计方法，解决了悬臂弹簧压紧导致芯轴轴向弯曲、弹簧反向精度较低，以及弹簧轴向反向导向不精确的问题，提高了金属零长弹簧反向旋转的精度、预应力的精确施加、弹簧螺旋精度高、反向过程自动高效。

Description

一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置

技术领域

本发明涉及一种零长弹簧反向旋转技术的改进，属于地球物理实验与仪器领域，尤其涉及一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置。

背景技术

高精度金属零长弹簧是重力仪及精密隔振系统的核心器件与关键技术。主要特点 是抗横向扰动能力强、相对尺寸小、灵敏度高，对精密仪器小型化至关重要。高精度金属零 长弹簧的分辨力为1

（微米），为满足全球测量，弹簧变形量达600

（微米）。因此，弹簧测 量范围与分辨力之比是：

，弹簧需在这样大的测量范围内保持严格的线性关 系，极其准确地实现力与变形的线性关系。

研制这种高精度金属零长弹簧，则需要独特的工艺加以保证，而反向旋转装置则是复杂制造工艺中极为重要的一环，是金属零长弹簧获得高预应力的重要保证，可解决高精度金属零长弹簧受力不均、尺寸不精确、精度不高、生产效率低等技术问题；如果对所绕制的弹簧材料本身没有什么严格要求，在绕制之后不需要进行热处理。则在绕制时，弹簧丝材一边放料一边绕其本身轴线旋转就可以获得具有内应力的螺旋弹簧。

但是由于对弹簧丝材性能要求很严格，丝材都属于精密恒弹性合金。为了获得所要求的无磁或弱磁、高弹性、恒模量等指标，都要求在冷加工后进行热处理，以发挥其最优的合金性能。这样即使在绕制时使之获得了内应力。但在经一定温度的热处理后，其内应力都要被释放大部分以至全部。另外从工艺衔接角度出发，要严格控制弹簧的外径。这样弹簧经很高温度处理，也不可能允许预先获得内应力。

综上所述，要给弹簧施加内应力，只能在热处理和定型处理完之后进行。因此，金属弹簧的反向旋转是必不可少的一道关键工艺，反向旋转后，弹簧就成为具有高内应力的金属零长弹簧。

金属弹簧反向旋转，实质上就是把左（右）旋弹簧变成右（左）弹簧的一种特殊工艺，在这个过程中弹簧每一圈都被旋转了一个角度，依靠丝材的弹性变形获得了高的内应力；经过多次实践，可以知道特定参数的金属弹簧所需内应力的反向旋转压力多少，做到一次反向旋转就可以获得设计所需求的数据。

传统反向旋转基本采用悬臂弹簧压紧的方法，缺点：一是与弹簧丝材间还存在滑动摩擦，容易损伤表面，二是不能直接读反向旋转应力的大小，使用极其不方便，三是无轴向导向装置，弹簧精度难以保证。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在弹簧精度难以保证的问题，提供了弹簧精度可以保证的一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置，所述高精度金属零长弹簧反向旋转装置包括待反向金属零长弹簧、反向旋转阶梯轴、导向轮、锁紧装置、平衡连接连杆、高强耐磨滚珠轴承、压缩弹簧支撑筒、压力传感器与压力显示器；

所述反向旋转阶梯轴包括细轴与粗轴，细轴的右端通过轴承与粗轴的左端转动连接，细端的左侧活动连接于转动盘上，粗端的右端固定连接在固定座上；

所述待反向金属零长弹簧的内圈环绕设置于细轴与粗轴连接处的外圈上；

所述粗轴的底部设置有轴向运动滑块，细轴的底部设置有导向轮；

所述滑块与导向轮上均设置有锁紧装置，两个锁紧装置的顶部之间通过平衡连接连杆连接；

所述平衡连接连杆上设置有压缩弹簧支撑筒，压缩弹簧支撑筒的内壁设置有压缩弹簧，压缩弹簧支撑筒的内壁位于压缩弹簧的上方设置有锁紧螺母，锁紧螺母的底部与压缩弹簧的顶部接触，所述压缩弹簧支撑筒的内壁底部设置有压力传感器，压力传感器的顶部与压缩弹簧的底部连接，所述压力传感器的底部与高强耐磨滚珠轴承的侧面连接，高强耐磨滚珠轴承的底部与待反向金属零长弹簧的外表面接触；

所述压缩弹簧支撑筒的左侧安装有压力显示器，压力传感器的输出端与压力显示器输入端电连接。

所述粗轴的底部开设有滑槽，轴向运动滑块的顶部与滑槽的内壁滑动配合。

所述滑块的顶部设置有滑轮，滑轮与滑槽的内壁滑动配合。

所述锁紧装置与反向旋转阶梯轴的前后两端夹持连接。

所述细轴的左端连接有固定盘，所述细轴绕固定盘的圆心旋转。

所述压缩弹簧支撑筒内分为放置腔和挤压腔，所述放置腔和挤压腔以压力传感器为分界，压力传感器以上部分为放置腔，压力传感器以下部分为挤压腔。

所述高强耐磨滚珠轴承的侧面轴心处转动连接有连接座，连接座的顶部与压力传感器的底部连接。

所述导向轮包括滚轮、轴承和转轴，所述滚轮的内部设置有轴承，轴承的内圈与转轴的外圈连接，转轴的的两端与锁紧装置连接。

所述滚轮的外圈表面开设有V型槽，V型槽的内壁上设置有多个耐磨滚珠，耐磨滚珠以V型槽竖直中线为中心对称设置，耐磨滚珠与细轴的外表面活动连接。

所述高强耐磨滚珠轴承包括上块与下块，上块的底部与下块的顶部连接，所述下块的长度小于上块的长度，所述下块的侧面与上块的底部与待反向金属零长弹簧的左端外圈抵接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置中，反向旋转阶梯轴包括细轴与粗轴，细轴的右端通过轴承与粗轴的左端转动连接，粗轴的底部设置有轴向运动滑块，细轴的底部设置有导向轮；所述滑块与导向轮上均设置有锁紧装置，两个锁紧装置的顶部之间通过平衡连接连杆连接，滚轮的外圈表面开设有V型槽，V型槽的内壁上设置有多个耐磨滚珠，耐磨滚珠以V型槽竖直中线为中心对称设置，耐磨滚珠与细轴的外表面活动连接，采用了新颖的复合阶梯芯轴的设计方法，利用导向轮、轴向运动滑块及滚珠轴承将阶梯轴夹紧的结构，从而在根本上解决了悬臂弹簧压紧导致芯轴轴向弯曲、弹簧反向精度较低，以及弹簧轴向反向导向不精确的问题，提高了金属零长弹簧反向旋转的精度、预应力的精确施加、弹簧螺旋精度高、反向过程自动高效。因此，本发明精度更高，使用更为方便，避免弹簧了的磨损。

2、本发明一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置中，压缩弹簧支撑筒的内壁设置有压缩弹簧，压缩弹簧支撑筒的内壁位于压缩弹簧的上方设置有锁紧螺母，锁紧螺母的底部与压缩弹簧的顶部接触，所述压缩弹簧支撑筒的内壁底部设置有压力传感器，压力传感器的顶部与压缩弹簧的底部连接，所述压力传感器的底部与高强耐磨滚珠轴承的侧面连接，高强耐磨滚珠轴承的底部与待反向金属零长弹簧的外表面接触，高强滚珠轴承给待反向金属弹簧材料一个反向的压力和轴向推力，可以通过精确调整所组成的螺纹副中锁紧螺母来控制压力的大小，通过压力传感器可以测出和监测反向旋转过程中压力的大小和脉动范围，并在显示屏上显示便于查看。因此，本发明调节方便，便于计算压力大小。

3、本发明一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置中，粗轴的底部开设有滑槽，轴向运动滑块的顶部与滑槽的内壁滑动配合，滑块的顶部设置有滑轮，滑轮与滑槽的内壁滑动配合，导向轮包括滚轮、轴承和转轴，所述滚轮的内部设置有轴承，轴承的内圈与转轴的外圈连接，转轴的的两端与锁紧装置连接，导向轮和滑块的配合使用在高强耐磨滚珠轴承的外力作用下，辅助整个待反向金属零长弹簧向左移动，调节更加稳定。因此，本发明移动调节更为方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中锁紧装置的结构示意图。

图3是本发明中反向旋转阶梯轴的结构示意图。

图4是本发明中高强耐磨滚珠轴承的结构示意图。

图中：待反向金属零长弹簧1、反向旋转阶梯轴2、细轴21、粗轴22、导向轮3、滚轮31、轴承32、V型槽33、耐磨滚珠34、转轴35、滑块4、滑轮41、锁紧装置5、平衡连接连杆6、高强耐磨滚珠轴承7、上块71、下块72、连接座73、锁紧螺母8、压缩弹簧9、压缩弹簧支撑筒10、放置腔101、挤压腔102、压力传感器11、压力显示器12、转动盘13、固定座14。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图4，一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置，所述高精度金属零长弹簧反向旋转装置包括待反向金属零长弹簧1、反向旋转阶梯轴2、导向轮3、锁紧装置5、平衡连接连杆6、高强耐磨滚珠轴承7、压缩弹簧支撑筒10、压力传感器11与压力显示器12；

所述反向旋转阶梯轴2包括细轴21与粗轴22，细轴21的右端通过轴承与粗轴22的左端转动连接，细端21的左侧活动连接于转动盘13上，粗端22的右端固定连接在固定座14上；

所述待反向金属零长弹簧1的内圈环绕设置于细轴21与粗轴22连接处的外圈上；

所述粗轴22的底部设置有轴向运动滑块4，细轴21的底部设置有导向轮3；

所述滑块4与导向轮3上均设置有锁紧装置5，两个锁紧装置5的顶部之间通过平衡连接连杆6连接；

所述平衡连接连杆6上设置有压缩弹簧支撑筒10，压缩弹簧支撑筒10的内壁设置有压缩弹簧9，压缩弹簧支撑筒10的内壁位于压缩弹簧9的上方设置有锁紧螺母8，锁紧螺母8的底部与压缩弹簧9的顶部接触，所述压缩弹簧支撑筒10的内壁底部设置有压力传感器11，压力传感器11的顶部与压缩弹簧9的底部连接，所述压力传感器11的底部与高强耐磨滚珠轴承7的侧面连接，高强耐磨滚珠轴承7的底部与待反向金属零长弹簧1的外表面接触；

所述压缩弹簧支撑筒10的左侧安装有压力显示器12，压力传感器11的输出端与压力显示器12输入端电连接。

所述粗轴22的底部开设有滑槽23，轴向运动滑块4的顶部与滑槽23的内壁滑动配合。

所述滑块4的顶部设置有滑轮41，滑轮41与滑槽23的内壁滑动配合。

所述锁紧装置5与反向旋转阶梯轴2的前后两端夹持连接。

所述细轴21的左端连接有固定盘13，所述细轴21绕固定盘13的圆心旋转。

所述压缩弹簧支撑筒10内分为放置腔101和挤压腔102，所述放置腔101和挤压腔102以压力传感器11为分界，压力传感器11以上部分为放置腔101，压力传感器11以下部分为挤压腔102。

所述高强耐磨滚珠轴承7的侧面轴心处转动连接有连接座73，连接座73的顶部与压力传感器11的底部连接。

所述导向轮3包括滚轮31、轴承32和转轴35，所述滚轮31的内部设置有轴承32，轴承32的内圈与转轴35的外圈连接，转轴35的的两端与锁紧装置5连接。

所述滚轮31的外圈表面开设有V型槽33，V型槽33的内壁上设置有多个耐磨滚珠34，耐磨滚珠31以V型槽33竖直中线为中心对称设置，耐磨滚珠31与细轴21的外表面活动连接。

所述高强耐磨滚珠轴承7包括上块71与下块72，上块71的底部与下块72的顶部连接，所述下块72的长度小于上块71的长度，所述下块72的侧面与上块71的底部与待反向金属零长弹簧1的左端外圈抵接。

实施例1：

一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置，所述高精度金属零长弹簧反向旋转装置包括待反向金属零长弹簧1、反向旋转阶梯轴2、导向轮3、锁紧装置5、平衡连接连杆6、高强耐磨滚珠轴承7、压缩弹簧支撑筒10、压力传感器11与压力显示器12；所述反向旋转阶梯轴2包括细轴21与粗轴22，细轴21的右端通过轴承与粗轴22的左端转动连接，细端21的左侧活动连接于转动盘13上，粗端22的右端固定连接在固定座14上；所述待反向金属零长弹簧1的内圈环绕设置于细轴21与粗轴22连接处的外圈上，金属弹簧的材料一般是高弹性软态合金丝材，材料的抗拉强度高、弹性模量温度系数低、机械品质因数高、无磁性，使得金属弹簧在反向运动时，依靠丝材经受的弹性形变的回复力得到高的预应力；所述粗轴22的底部设置有轴向运动滑块4，细轴21的底部设置有导向轮3；所述滑块4与导向轮3上均设置有锁紧装置5，用于调节高强耐磨滚珠轴承7对待反向金属零长弹簧1的初始压力及初始位置，两个锁紧装置5的顶部之间通过平衡连接连杆6连接，平衡连接连杆6将压缩弹簧支撑筒10、导向轮3及轴向运动滑块4连接为一个整体；所述平衡连接连杆6上设置有压缩弹簧支撑筒10，压缩弹簧支撑筒10的内壁设置有压缩弹簧9，压缩弹簧支撑筒10的内壁位于压缩弹簧9的上方设置有锁紧螺母8，锁紧螺母8的底部与压缩弹簧9的顶部接触，所述压缩弹簧支撑筒10的内壁底部设置有压力传感器11，压力传感器11的顶部与压缩弹簧9的底部连接，所述压力传感器11的底部与高强耐磨滚珠轴承7的侧面连接，高强耐磨滚珠轴承7的底部与待反向金属零长弹簧1的外表面接触，高强耐磨滚珠轴承7的转动方向与待反向金属零长弹簧1旋转方向相反；所述压缩弹簧支撑筒10的左侧安装有压力显示器12，压力传感器11的输出端与压力显示器12输入端电连接。

使用方法如下；粗端22尾部夹持固定不动，滑槽23垂直于屏幕方向放置固定，滑槽23的左侧至反向旋转阶梯轴2分界面为一根金属弹簧的长度，左侧细端21转动连接在转动盘13上，整个装置调整好初始位置后，由锁紧装置5锁紧，并通过锁紧螺母8来调节压缩弹簧9的形变量，从而使高强耐磨滚珠轴承7给与待反向金属零长弹簧1以初始压力，此时，整体装置相当于高强耐磨滚珠轴承7、导向轮3、轴向运动滑块4将反向旋转阶梯轴2压紧或者抱紧的一个状态，而且在耐磨滚珠34及轴向运动滑块4作用下，随着反向旋转阶梯轴2细端21旋转运动，装置只能精确的沿着反向旋转阶梯轴2的轴线一个方向向前运动，待反向金属零长弹簧1也在运动过程中顺利的在反向旋转阶梯轴2细端21反向形成，高强耐磨滚珠轴承7转动，全程始终在正上方精确向前运动，待反向金属零长弹簧1经过这一精确的反向过程，每一圈的螺旋角发生了一个小角度的翻转，弹簧的旋向也由左（右）旋变为右（左）旋，无预应力变为具有特定高预应力。

实施例2：

实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：

一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置，所述粗轴22的底部开设有滑槽23，轴向运动滑块4的顶部与滑槽23的内壁滑动配合；所述锁紧装置5与反向旋转阶梯轴2的前后两端夹持连接；所述细轴21的左端连接有固定盘13，所述细轴21绕固定盘13的圆心旋转；所述压缩弹簧支撑筒10内分为放置腔101和挤压腔102，所述放置腔101和挤压腔102以压力传感器11为分界，压力传感器11以上部分为放置腔101，压力传感器11以下部分为挤压腔102；所述高强耐磨滚珠轴承7的侧面轴心处转动连接有连接座73，连接座73的顶部与压力传感器11的底部连接；所述高强耐磨滚珠轴承7包括上块71与下块72，上块71的底部与下块72的顶部连接，所述下块72的长度小于上块71的长度，所述下块72的侧面与上块71的底部与待反向金属零长弹簧1的左端外圈抵接，通过调节高度锁紧螺母8来调节压缩弹簧9的形变量，从而使高强耐磨滚珠轴承7给与待反向金属零长弹簧1以初始压力。

实施例3：

实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：

一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置，所述滑块4的顶部设置有滑轮41，滑轮41与滑槽23的内壁滑动配合，滑槽23的左侧至反向旋转阶梯轴2分界面之间的距离为待反向金属零长弹簧1的长度，所述导向轮3包括滚轮31、轴承32和转轴35，所述滚轮31的内部设置有轴承32，轴承32的内圈与转轴35的外圈连接，转轴35的的两端与锁紧装置5连接，所述滚轮31的外圈表面开设有V型槽33，V型槽33的内壁上设置有多个耐磨滚珠34，耐磨滚珠31以V型槽33竖直中线为中心对称设置，耐磨滚珠31与细轴21的外表面活动连接，耐磨滚珠31可沿反向旋转阶梯轴2细端21无摩擦滚动。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置，其特征在于，所述高精度金属零长弹簧反向旋转装置包括待反向金属零长弹簧（1）、反向旋转阶梯轴（2）、导向轮（3）、锁紧装置（5）、平衡连接连杆（6）、高强耐磨滚珠轴承（7）、压缩弹簧支撑筒（10）与压力传感器（11）；

所述反向旋转阶梯轴（2）包括细轴（21）与粗轴（22），细轴（21）的右端通过轴承与粗轴（22）的左端转动连接，粗轴（22）的右端固定连接在固定座（14）上；

所述待反向金属零长弹簧（1）的内圈环绕设置于细轴（21）与粗轴（22）连接处的外圈上；

所述粗轴（22）的底部设置有轴向运动滑块（4），细轴（21）的底部设置有导向轮（3）；

所述轴向运动滑块（4）与导向轮（3）上均设置有锁紧装置（5），两个锁紧装置（5）的顶部之间通过平衡连接连杆（6）连接；

所述平衡连接连杆（6）上设置有压缩弹簧支撑筒（10），压缩弹簧支撑筒（10）的内壁设置有压缩弹簧（9），压缩弹簧支撑筒（10）的内壁位于压缩弹簧（9）的上方设置有锁紧螺母（8），锁紧螺母（8）的底部与压缩弹簧（9）的顶部接触，所述压缩弹簧支撑筒（10）的内壁底部设置有压力传感器（11），压力传感器（11）的顶部与压缩弹簧（9）的底部连接，所述压力传感器（11）的底部与高强耐磨滚珠轴承（7）的侧面连接，高强耐磨滚珠轴承（7）的底部与待反向金属零长弹簧（1）的外表面接触；

所述高强耐磨滚珠轴承（7）的侧面轴心处转动连接有连接座（73），连接座（73）的顶部与压力传感器（11）的底部连接，压力传感器（11）的输出端与压力显示器（12）输入端电连接，所述压缩弹簧支撑筒（10）的左侧安装有压力显示器（12）；

所述导向轮（3）包括滚轮（31）、轴承（32）和转轴（35），所述滚轮（31）的内部设置有轴承（32），轴承（32）的内圈与转轴（35）的外圈连接，转轴（35）的两端与锁紧装置（5）连接；

所述滚轮（31）的外圈表面开设有V型槽（33），V型槽（33）的内壁上设置有多个耐磨滚珠（34），耐磨滚珠（34）以V型槽（33）竖直中线为中心对称设置，耐磨滚珠（34）与细轴（21）的外表面活动连接；

所述高强耐磨滚珠轴承（7）包括上块（71）与下块（72），上块（71）的底部与下块（72）的顶部连接，所述下块（72）的长度小于上块（71）的长度，所述下块（72）的侧面与上块（71）的底部与待反向金属零长弹簧（1）的左端外圈抵接；

所述锁紧装置（5）与反向旋转阶梯轴（2）的前后两端夹持连接；

所述细轴（21）的左端连接有固定盘（13），所述细轴（21）绕固定盘（13）的圆心旋转。

2.根据权利要求1所述的一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置，其特征在于：所述粗轴（22）的底部开设有滑槽（23），轴向运动滑块（4）的顶部与滑槽（23）的内壁滑动配合。

3.根据权利要求2所述的一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置，其特征在于：所述轴向运动滑块（4）的顶部设置有滑轮（41），滑轮（41）与滑槽（23）的内壁滑动配合。

4.根据权利要求1所述的一种高精度金属零长弹簧反向旋转装置，其特征在于：所述压缩弹簧支撑筒（10）内分为放置腔（101）和挤压腔（102），所述放置腔（101）和挤压腔（102）以压力传感器（11）为分界，压力传感器（11）以上部分为放置腔（101），压力传感器（11）以下部分为挤压腔（102）。

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