CN2181492Y - 重物升降平衡及调节机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种重物升降平衡及调节机构， 可以在行程内任一点调定状态——平衡状态或者特 定的非平衡状态工作并全行程保持，其特征是：a、凸 轮轮沿工作段是一同心的阿基米得螺旋线与基圆复 合而成的曲线，凸轮工作段上任一点至基圆圆心距离 p的增量△p与对应转角增量△θ成正比，即满足△ p＝a△θ(a是常数)的特性；b、调节机构由锥形轮 (4)、锥配轮(14)、促动器(5)、柔性连接件和调节弹簧 组成；c、促动器的传动机构采用传动丝杆副或螺杆螺 母组成。

Description

本实用新型涉及运动物体重量的平衡及进行调节控制的机构。

在许多需要操作重物做灵活升降运动的场合，因为重物重量的影响而导致操作负荷的轻重不均，需一套简易的机构来克服重量的影响，使得重物如在失重状态一样地便于操作，而且要求达到全行程范围都保持这样的状态。

现行的重物升降平衡调节机构一般可分为重物配重调节机构、凸轮弹簧调节机构及电动调节机构三类。电动调节机构可以达到较好的效果，但成本较高，不适用于低价产品；重物配重调节机构主要用于施工机械（如塔吊）等体积大、空间不受限制或操作对象不定的场合；凸轮弹簧调节机构普遍用于空间受限、要求低成本实现调节又不便使用配重机构，或配重机构达不到要求的场合（如小型机床）。

现行的凸轮弹簧调节机构主要由定滑轮、凸轮、圆柱轮（或凸轮）和弹簧组成，其凸轮轮沿工作段由几段偏心圆弧拟合而成，调节采用凸轮圆柱轮整体摆动以改变弹簧伸长量从而改变力矩总和的方式。其存在以下不足：①只能达到点平衡，即可在行程内任一点达到平衡，但平衡不能保持移到另一点，当运动体离开调到的平衡点时，平衡就立即被打破，只有重新调节以达到平衡，其根本原因是弹簧圆柱轮一方的力矩变化与圆柱轮的转角成正比关系，而重物凸轮一方的力矩变化与凸轮的转角成非正比关系，两关系虽有交点，但不能重合。②调节机构须使用齿轮或蜗轮蜗杆等高成本零件，故成本较高，生产较复杂，要求有相应的加工设备。

针对上述现有技术存在的不足之处，本实用新型提出一种重物升降平衡及调节机构，它克服了上述两大不足，可以在行程内任一点调定状态——平衡状态或者特定的非平衡状态工作并全行程保持。

本实用新型提出的重物升降平衡及调节机构属于凸轮弹簧调节机构，其特征在于：

a、凸轮轮沿工作段是一同心的阿基米得螺旋线与基圆复合而成的曲线，凸轮工作段上任一点至基圆圆心距离ρ的增量△ρ与对应转角增量△θ成正比，即满足△ρ＝a△θ（a是常数）的特性；

b、调节机构由锥形轮、锥配轮、促动器、柔性连接件和调节弹簧组成，弹簧与锥形轮（或锥配轮）和圆柱轮分别通过柔性连接件经绳具张紧扣相连，弹簧的另一端固定在机体上；

c、促动器的传动机构采用传动丝杆副或螺杆螺母传动。

凸轮可采用具有特征a所述轮沿工作段特征的链轮、槽轮等轮盘类零件。

柔性连接件分别与凸轮、圆柱轮、锥形轮的连接采用轮周绕固连接方式。

锥配轮可以是任意一种其锥部与锥形轮具有对偶关系（此有彼无，彼有此无）的零件。

支承转动轴的轴承为向心推力球轴承或向心推力滚柱轴承。

同轴安装的凸轮、圆柱轮、锥形轮及锥配轮相互之间可以组合制成具有双重或三重功能的一个零件，如凸轮和圆柱轮；凸轮、圆柱轮和锥配轮；凸轮、圆柱轮和锥形轮；凸轮和锥配轮；凸轮和锥形轮；圆柱轮和锥配轮；圆柱轮和锥形轮。

柔性连接件可采用钢带、钢绳、链条等高强度有机材料制成的带、绳。

图面说明：图1为依据本实用新型提出的重物升降平衡及调节机构的工作原理图。图2为图1的左视图。

该重物升降平衡及调节机构包括改变作用力方向的定滑轮（1），连接重物（运动体）与凸轮（2）的连接件（10），在支承轴（6）上同轴安装并可同步转动的凸轮、圆柱轮（3）、锥形轮（4）及锥配轮    （14），支承轴的向心推力轴承（7），绕固在圆柱轮和锥形轮上的柔性连接件（11，12）其一端分别通过绳具张紧扣（13）与匹配弹簧（9）和调节弹簧（8）连接，弹簧另一端固定在机体上。促使锥形轮相对锥配轮或锥配轮相对锥形轮作轴向移动的促动器（5），并迫使与调节弹簧连接的柔性连接件（12）在锥面上运动从而改变其工作园周（柔性连接件中心对应的锥形体的横截园）半径——也即弹簧作用力臂作连接变化。

工作原理如图中所示，调节弹簧（8）的作用可以折算后叠加到匹配弹簧（9）上形成等效弹簧，其弹性系数为K′，则转动调节部份就简化为简单的凸轮与圆柱轮及等效弹簧组成的力矩调节系统。重力P经定滑轮（1）进行方向转换后作用于凸轮的轮周上形成顺时针转矩Mc，其变化特征为重力P不变，力臂ρ的增量与凸轮的转角增量△θ成正比，即△ρ＝a·△θ（a是常数），导至顺时针方向转矩变化量△Mc与凸轮转角变化量△θ成正比，△Mc＝P·a·△θ；另一方面，弹簧力作用于圆柱轮（3）形成逆时针转矩Mcc，其力臂为圆柱轮的半径R（常数），等效弹簧的作用力F的增量△F＝K′·△X＝ (2πR)/(360°) K′·△θ与转角（也是凸轮的转角）△θ成正比，导致逆时针方向的转矩增量△Mcc＝ (2πR²)/(360°) K′△θ与转角增量△θ成正比。当两个方向的正比关系的比例系数相等时，两力矩变化量总是等量反向，总和为零，处于力矩变化量平衡状态（动平衡），且是全行程保持。当匹配弹簧（9）和连接件（11）的参数选择合适，辅以绳张紧扣（13）的调节，总可以在一定的弹簧变形量Xo下使Mc＝Mcc，达到静平衡。如前所述，这一状态在全行程保持。本机构的调节机构主要由锥形轮、锥配轮、促动器（5）、柔性连接件（12）和调节弹簧（8）组成，是用以调节△Mcc和△θ的比例系数C而设计的函数，C＝f（r）为一个增函数，其中r为柔性连接体（12）的中心线对应的锥形体上的横截园半径。当顺时针转动促动器（5）的传动丝杆时，锥形轮（4）向左作直线运动，锥形轮和锥配轮（14）的间距减小，迫使柔性连接体（12）沿锥形轮的锥面向上运动，使得在连续地增加调节弹簧张力的同时，连续地增大连接件（12）对应的锥体横截园半径r（也就是调节弹簧力的作用力臂），C＝f（r）也增加；同理，逆时针转动促动器的传动丝杆时，r减小，C＝f（r）也减小。

当C＝f（r）＝P·a时，机构就达到平衡，重物可停于行程的任一位置。式中：P为重力，a为常数，P·a即为重力转矩的变化量△Mc与△θ的比例系数。

当C＞P·a时，△Mcc＞△Mc，重物（运动体）向上运动。

当C＜P·a时，△Mcc＜△Mc，重物（运动体）向下运动。

本机构具有结构简单，实用，成本低，免维护且功能理想等优点。

Claims (7)

1、一种重物升降平衡及调节机构，主要由定滑轮(1)、凸轮(2)、圆柱轮(3)、锥形轮(4)、锥配轮(14)、促动器(5)、支承轴(6)、轴承(7)、弹簧(8，9)、柔性连接件(10，11，12)及绳具张紧扣(13)组成，运动体(重物)和凸轮之间用柔性连接件(10)经过滑轮(1)相连，其特征在于：

a、凸轮轮沿工作段是一同心的阿基米得螺旋线与基圆复合而成的曲线，凸轮工作段上任一点至基圆圆心距离ρ的增量Δρ与对应转角增量Δθ成正比，即满足Δρ=αΔθ(α是常数)的特性；

b、调节机构由锥形轮(4)、锥配轮(14)、促动器(5)、柔性连接件和调节弹簧组成，弹簧(9，8)与锥形轮或锥配轮和圆柱轮分别通过柔性连接件(11，12)经绳具张紧扣(13)相连，弹簧的另一端固定在机体上；

c、促动器的传动机构采用传动丝杆副或螺杆螺母传动。

2、根据权利要求1所述的机构，其特征在于凸轮可采用具有特征a所述轮沿工作段特征的链轮、槽轮等轮盘类零件。

3、根据权利要求1所述的机构，其特征在于柔性连接件（10，11，12）分别与凸轮、圆柱轮、锥形轮的连接采用轮周绕固连接方式。

4、根据权利要求1所述的机构，其特征在于锥配轮可以是任意一种其锥部与锥形轮具有对偶关系的零件。

5、根据权利要求1所述的机构，其特征在于支承转动轴（6）的轴承（7）为向心推力球轴承或向心推力滚柱轴承。

6、根据权利要求1所述的机构，其特征在于同轴安装的凸轮、圆柱轮、锥形轮及锥配轮相互之间可以组合制成具有双重或三重功能的一个零件，如凸轮和圆柱轮；凸轮、圆柱轮和锥配轮；凸轮、圆柱轮和锥形轮；凸轮和锥配轮；凸轮和锥形轮；圆柱轮和锥配轮；圆柱轮和锥形轮。

7、根据权利要求1所述的机构，其特征在于柔性连接件可采用钢带、钢绳、链条等高强度有机材料制成的带、绳。

Images