CN115126823A - 一种基于力矩单元的单向配重装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于力矩单元的单向配重装置，包括：扭力扳手、卡箍、卡箍座、轮座、扭力输出轮、轴承和轮轴；其中，所述卡箍座与所述轮座的中部相连接；所述扭力扳手的中部通过所述卡箍与所述卡箍座相连接；所述扭力输出轮套设于所述轮轴的外表面；所述轮轴的两端均通过轴承与所述轮座的U型结构端连接；所述扭力扳手的输出端与所述轮轴的一端相连接。本发明能够平衡重物的重力，防止重物滑落。

Description

一种基于力矩单元的单向配重装置
技术领域
本发明属于机械应用技术领域，尤其涉及一种基于力矩单元的单向配重装置。
背景技术
重力提升机构在进行重物提升时，为提高装置的性能，防止提升机构在电气失效的情况下发生重物滑落的风险，有的采用增加配重机构的形式，以起到与要提升重物的重力平衡作用；有的采用驱动电机增加锁止功能，在断电等情况下，通过电机的自锁紧，实现重物的受力平衡。以上第一种方式，需要增加结构庞大的配重机构，而且在高频率长时间应用时，连接提升重物和配重的绳索磨损严重，需要定期进行绳索维护或更换。第二种形式，在重物在提升过程中发生电机故障，需要更换电机时，需要额外增加一套锁紧装置，且在更换电机时，提升机构系统由于受力不平衡，易发生事故。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于力矩单元的单向配重装置，能够平衡重物的重力，防止重物滑落。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于力矩单元的单向配重装置，包括：扭力扳手、卡箍、卡箍座、轮座、扭力输出轮、轴承和轮轴；其中，所述卡箍座与所述轮座的中部相连接；所述扭力扳手的中部通过所述卡箍与所述卡箍座相连接；所述扭力输出轮套设于所述轮轴的外表面；所述轮轴的两端均通过轴承与所述轮座的U型结构端连接；所述扭力扳手的输出端与所述轮轴的一端相连接。
上述基于力矩单元的单向配重装置中，所述轮轴的一端设有方形凹口，所述扭力扳手的输出端与所述轮轴的一端开设的方形凹口相连接。
上述基于力矩单元的单向配重装置中，所述扭力扳手的输出端设置有扭力方向调节钮；所述扭力扳手的中部设置有扳手手柄；所述扭力扳手的末端设置有扭力大小调节环。
上述基于力矩单元的单向配重装置中，所述扭力输出轮提供的最大扭矩M通过下面关系式得出：
M＝M0+μ·fP(X·Fr+Y·Fa)R；
其中，M0为扭力扳手设定扭矩；μ为轴承摩擦系数；fP为考虑冲击力、惯性力、轴与轴承座变形所产生的附加载荷的系数；X为径向载荷系数；Y为轴向载荷系数；Fr为轴承所受的径向载；Fa为轴承所受的轴向载荷；R为轴承当量半径。
上述基于力矩单元的单向配重装置中，所述卡箍的内表面和所述卡箍座的内表面均设置有橡胶垫。
上述基于力矩单元的单向配重装置中，所述轮轴上设置有键。
上述基于力矩单元的单向配重装置中，所述轮座的中部开设有通孔，所述卡箍座的底端插设于所述通孔内，卡箍拉紧钉与所述卡箍座的底端相连接。
上述基于力矩单元的单向配重装置中，所述扭力输出轮为直齿轮结构、伞齿轮结构、带轮结构或链轮结构。
一种竖直放置直线滑台形式的重物提升机构，包括：基于力矩单元的单向配重装置、驱动电机、驱动电机输出轮、滚珠丝杠、重物平台和直线导轨；其中，所述驱动电机与所述驱动电机输出轮相连接，所述驱动电机输出轮与所述滚珠丝杠连接，所述滚珠丝杠与所述重物平台螺纹连接，所述重物平台设置在所述直线导轨上；所述基于力矩单元的单向配重装置的扭力输出轮与所述滚珠丝杠相连接；所述驱动电机在通过所述驱动电机输出轮将力矩传递至所述滚珠丝杠上，所述滚珠丝杠转动使得所述重物平台沿所述直线导轨作上下运动；所述基于力矩单元的单向配重装置通过所述扭力输出轮的输出扭矩能够平衡重物平台的重量。
一种竖直放置直线滑台形式的重物提升机构，包括：基于力矩单元的单向配重装置、第二驱动电机、驱动轮、传动线缆、提升轮、提升机构支撑架、提升绳索、提升重物和重物提升滚筒；其中，所述第二驱动电机和所述驱动轮相连接；所述提升轮设置于所述提升机构支撑架上；所述传动线缆绕设于所述驱动轮和所述提升轮；所述提升轮与所述重物提升滚筒相连接，所述提升轮的中心线与所述重物提升滚筒的中心线重合；所述基于力矩单元的单向配重装置的扭力输出轮与所述提升轮的侧面连接。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明通过扭力输出轮与重物提升机构的力矩输入轴连接，依靠本装置上扭力扳手的扭力输出来平衡要提升重物的重力。
(2)本发明的单向配重装置，结构小巧，且不需要无提升重物相同质量的配重即可实现防止重物在提升机构发生电气失效时的滑落风险。
(3)本发明的单向配重装置，其与重物提升机构连接的扭力输出轮结构形式可以根据具体使用场景和应用特点进行选择或单独设计，具有广泛的适应性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的基于力矩单元的单向配重装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的基于力矩单元的单向配重装置的剖面示意图；
图3是本发明实施例提供的竖直放置直线滑台形式的重物提升机构的示意图；
图4是本发明实施例提供的绳索牵引的提升机构的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的基于力矩单元的单向配重装置的结构示意图；图2是本发明实施例提供的基于力矩单元的单向配重装置的剖面示意图。如图1和图2所示，该基于力矩单元的单向配重装置包括扭力扳手1、卡箍3、卡箍座4、轮座8、扭力输出轮9、轴承10和轮轴11；其中，
卡箍座4与轮座8的中部相连接；扭力扳手1的中部通过卡箍3与卡箍座4相连接；扭力输出轮9套设于轮轴11的外表面；轮轴11的两端均通过轴承10与轮座8的U型结构端连接；扭力扳手1的输出端与轮轴11的一端相连接。具体的，轮座8的中部开设有通孔，卡箍座4的底端插设于通孔内，卡箍拉紧钉13与卡箍座4的底端相连接。为提高扭力输出轮上扭矩输出的精度，轮轴与轮座连接处设有轴承。
轮轴11的一端设有方形凹口，扭力扳手1的输出端与轮轴11的一端开设的方形凹口相连接。
扭力输出轮9提供的最大扭矩M通过下面关系式得出：
M＝M0+μ·fPX·Fr+Y·FaR；
其中，M0为扭力扳手设定扭矩；μ为轴承摩擦系数；fP为考虑冲击力、惯性力、轴与轴承座变形所产生的附加载荷的系数；X为径向载荷系数；Y为轴向载荷系数；Fr为轴承所受的径向载；Fa为轴承所受的轴向载荷；R为轴承当量半径。
通过上述公式可以准确得到扭力输出轮的输出扭矩；通过对棘轮扳手设定扭矩的调节实现提升扭矩的调整。
扭力扳手1的输出端设置有扭力方向调节钮2；扭力扳手1的中部设置有扳手手柄5；扭力扳手1的末端设置有扭力大小调节环6。轮轴11上设置有键12。扭力扳手为单向力矩输出型扳手，具有外部力矩过载时扳手输出力矩失效的特征。扭力扳手上设有扭力方向调节钮和扭力大小调节环，可以方便对扭力输出轮上输出扭矩的大小和方向进行调节。
卡箍和卡箍座中间与扭力扳手连接部分设置橡胶垫，防止连接中造成扭力扳手局部变形而造成扭力扳手力矩输出的偏差。
扭力输出轮结构形式可以为直齿轮结构、伞齿轮结构、带轮结构、链轮结构等，可以根据具体使用场景和应用特点进行选择或单独设计。
本实施例通过卡箍3和卡箍座4将扭力扳手1固定于轮座8上，扭力扳手1扭力输出端与轮轴连接，轮轴上连接有扭力输出轮，扭力输出轮可对外的输出扭矩可通过扭力扳手的调节环调整；该装置通过扭力输出轮与重物提升机构的力矩输入轴连接，可以提供平衡重物重力的扭矩，防止提升机构因电气失效而造成重物滑落。
扭力输出轮与重物提升机构的力矩输入轴连接，连接部分也可以设置在提升机构力矩输出传动部件的中间环节；扭力输出轮的输出力矩可以平衡提升物体的重力，此时提升机构的驱动部件单独拆除不会影响重物的受力平衡；
与扭力输出轮连接的扭力扳手为单向力矩输出型扳手，当提升机构需要提升重物时，扭力输出轮不会影响提升机构工作。与扭力输出轮连接的扭力扳手具有外部力矩过载时扳手输出力矩失效的特征，当提升机构需要降落重物时，只需使提升机构驱动力矩和重物重力作用于扭力输出轮力矩的合力矩大于扭力扳受的过载力矩即可。
图3是本发明实施例提供的竖直放置直线滑台形式的重物提升机构的示意图。该竖直放置直线滑台形式的重物提升机构包括基于力矩单元的单向配重装置100、驱动电机101、驱动电机输出轮102、滚珠丝杠103、重物平台104和直线导轨105；其中，
驱动电机101与驱动电机输出轮102相连接，驱动电机输出轮102与滚珠丝杠103连接，滚珠丝杠103与重物平台104螺纹连接，重物平台104设置在直线导轨105上；扭力输出轮9与滚珠丝杠103相连接。
驱动电机101在通过驱动电机输出轮102将力矩传递至滚珠丝杠103上，滚珠丝杠103转动使得重物平台104沿直线导轨105作上下运动；基于力矩单元的单向配重装置通过扭力输出轮9的输出扭矩能够平衡重物平台104的重量。
力矩输出轮的输出扭矩M和重物平台总重量G1的平衡关系如下：
G1·Pb＝2·π·η·M
其中，Pb为丝杠导程，η为丝杠传递效率。
图4是本发明实施例提供的绳索牵引的提升机构的示意图。如图4所示，该绳索牵引的提升机构包括基于力矩单元的单向配重装置100、第二驱动电机201、驱动轮202、传动线缆203、提升轮204、提升机构支撑架205、提升绳索206、提升重物207和重物提升滚筒208。其中，
第二驱动电机201和驱动轮202相连接；提升轮204设置于提升机构支撑架205上；传动线缆203绕设于驱动轮202和提升轮204；提升轮204与重物提升滚筒208相连接，提升轮204的中心线与重物提升滚筒208的中心线重合；力矩单元的单向配重装置100的力矩输出轮与提升轮204侧面连接。
第二驱动电机201可带动驱动轮202旋转，驱动轮202通过传动线缆203带动提升轮204绕其转轴旋转，提升轮204上设有重物提升滚筒208，提升线索206可缠绕于重物提升滚筒上，驱动电机第二驱动电机201带动驱动轮202旋转，驱动轮202通过传动线缆203带动提升轮204旋转，通过提升轮204上重物提升滚筒的旋转，使得提升绳索206在重物提升滚筒上缠绕，实现重物的提升；本发明的单向配重装置100通过力矩输出轮与提升轮204侧面连接，通过力矩输出轮的输出扭矩即可平衡提升重物的重量。力矩输出轮的输出扭矩M和提升重物的重量G2的平衡关系如下：
M R2＝G2·R1·r
其中，R1为提升滚筒半径，R2为提升轮半径，r为力矩输出轮半径。
本发明通过扭力输出轮与重物提升机构的力矩输入轴连接，依靠本装置上扭力扳手的扭力输出来平衡要提升重物的重力；本发明的单向配重装置，结构小巧，且不需要无提升重物相同质量的配重即可实现防止重物在提升机构发生电气失效时的滑落风险；本发明的单向配重装置，其与重物提升机构连接的扭力输出轮结构形式可以根据具体使用场景和应用特点进行选择或单独设计，具有广泛的适应性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于力矩单元的单向配重装置，其特征在于包括：扭力扳手(1)、卡箍(3)、卡箍座(4)、轮座(8)、扭力输出轮(9)、轴承(10)和轮轴(11)；其中，
所述卡箍座(4)与所述轮座(8)的中部相连接；
所述扭力扳手(1)的中部通过所述卡箍(3)与所述卡箍座(4)相连接；
所述扭力输出轮(9)套设于所述轮轴(11)的外表面；
所述轮轴(11)的两端均通过轴承(10)与所述轮座(8)的U型结构端连接；
所述扭力扳手(1)的输出端与所述轮轴(11)的一端相连接。
2.根据权利要求1所述的基于力矩单元的单向配重装置，其特征在于：所述轮轴(11)的一端设有方形凹口，所述扭力扳手(1)的输出端与所述轮轴(11)的一端开设的方形凹口相连接。
3.根据权利要求1所述的基于力矩单元的单向配重装置，其特征在于：所述扭力扳手(1)的输出端设置有扭力方向调节钮(2)；所述扭力扳手(1)的中部设置有扳手手柄(5)；所述扭力扳手(1)的末端设置有扭力大小调节环(6)。
4.根据权利要求1所述的基于力矩单元的单向配重装置，其特征在于：所述扭力输出轮(9)提供的最大扭矩M通过下面关系式得出：
M＝M0+μ·fP(X·Fr+Y·Fa)R；
其中，M0为扭力扳手设定扭矩；μ为轴承摩擦系数；fP为考虑冲击力、惯性力、轴与轴承座变形所产生的附加载荷的系数；X为径向载荷系数；Y为轴向载荷系数；Fr为轴承所受的径向载；Fa为轴承所受的轴向载荷；R为轴承当量半径。
5.根据权利要求1所述的基于力矩单元的单向配重装置，其特征在于：所述卡箍(3)的内表面和所述卡箍座(4)的内表面均设置有橡胶垫。
6.根据权利要求1所述的基于力矩单元的单向配重装置，其特征在于：所述轮轴(11)上设置有键(12)。
7.根据权利要求1所述的基于力矩单元的单向配重装置，其特征在于：所述轮座(8)的中部开设有通孔，所述卡箍座(4)的底端插设于所述通孔内，卡箍拉紧钉(13)与所述卡箍座(4)的底端相连接。
8.根据权利要求1所述的基于力矩单元的单向配重装置，其特征在于：所述扭力输出轮(9)为直齿轮结构、伞齿轮结构、带轮结构或链轮结构。
9.一种竖直放置直线滑台形式的重物提升机构，其特征在于包括：权利要求1-8任一所述的基于力矩单元的单向配重装置、驱动电机(101)、驱动电机输出轮(102)、滚珠丝杠(103)、重物平台(104)和直线导轨(105)；其中，
所述驱动电机(101)与所述驱动电机输出轮(102)相连接，所述驱动电机输出轮(102)与所述滚珠丝杠(103)连接，所述滚珠丝杠(103)与所述重物平台(104)螺纹连接，所述重物平台(104)设置在所述直线导轨(105)上；所述基于力矩单元的单向配重装置的扭力输出轮(9)与所述滚珠丝杠(103)相连接；
所述驱动电机(101)在通过所述驱动电机输出轮(102)将力矩传递至所述滚珠丝杠(103)上，所述滚珠丝杠(103)转动使得所述重物平台(104)沿所述直线导轨(105)作上下运动；所述基于力矩单元的单向配重装置通过所述扭力输出轮(9)的输出扭矩能够平衡重物平台(104)的重量。
10.一种竖直放置直线滑台形式的重物提升机构，其特征在于包括：权利要求1-8任一所述的基于力矩单元的单向配重装置、第二驱动电机(201)、驱动轮(202)、传动线缆(203)、提升轮(204)、提升机构支撑架(205)、提升绳索(206)、提升重物(207)和重物提升滚筒(208)；其中，
所述第二驱动电机(201)和所述驱动轮(202)相连接；
所述提升轮(204)设置于所述提升机构支撑架(205)上；
所述传动线缆(203)绕设于所述驱动轮(202)和所述提升轮(204)；
所述提升轮(204)与所述重物提升滚筒(208)相连接，所述提升轮(204)的中心线与所述重物提升滚筒(208)的中心线重合；
所述基于力矩单元的单向配重装置的扭力输出轮(9)与所述提升轮(204)的侧面连接。
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