專(zhuān)利名稱(chēng)：局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平衡裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，具體地講，涉及的是局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
所謂局部旋轉(zhuǎn)，是指旋轉(zhuǎn)角度小于90度的旋轉(zhuǎn)。在局部旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)平衡中，普通的彈簧平衡僅能做到在某個(gè)彈簧壓縮量位置的平衡，當(dāng)離開(kāi)平衡位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大，需要附加的平衡力或力矩就越大，主要是因?yàn)樵趶椈傻恼９ぷ鞣秶鷥?nèi)，彈簧壓縮量與其所受壓力呈正比。當(dāng)需要做到對(duì)某固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不同位置均能平衡時(shí)，普通的彈簧平衡就無(wú)法實(shí)現(xiàn)了。
若采用壓縮空氣或液壓平衡，其設(shè)備的結(jié)構(gòu)就相對(duì)復(fù)雜，需要配備相關(guān)的壓縮空氣源或液壓站等設(shè)施，這無(wú)疑相應(yīng)地增加了成本。而對(duì)于運(yùn)動(dòng)部件，還需考慮相關(guān)的壓縮空氣氣路或壓力油路的傳遞和輸送，也增加了對(duì)空間位置的要求，其整體結(jié)構(gòu)也不夠緊湊。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置，解決目前普通的彈簧平衡無(wú)法實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中保持實(shí)時(shí)平衡的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下: 局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置，包括固連于外部機(jī)構(gòu)上的鉸接座和回轉(zhuǎn)軸，主要由壓縮彈簧構(gòu)成的平衡彈簧，以及由負(fù)載力臂和作用力臂相互固連構(gòu)成的操縱臂；其中，平衡彈簧的一端與鉸接座鉸接，平衡彈簧的另一端與作用力臂鉸接，回轉(zhuǎn)軸活動(dòng)鏈接于操縱臂的兩個(gè)力臂的交匯處，且操縱臂以回轉(zhuǎn)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)。
為了便于力的傳遞，所述作用力臂和平衡彈簧之間還設(shè)有一端與平衡彈簧固定連接、另一端與作用力臂鉸接的連桿。
為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，所述回轉(zhuǎn)軸與操縱臂之間還設(shè)有軸承。
基于上述局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提供了該平衡裝置的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟: (O負(fù)載力臂承受外部負(fù)載下壓，操縱臂繞回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生扭矩； (2)作用力臂相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)上升，傳遞扭矩； (3)作用力臂帶動(dòng)連桿一端上升，二者間的鉸接使連桿該端繞鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)； (4)連桿的另一端推動(dòng)平衡彈簧，使其壓縮，并產(chǎn)生向上的扭力，該扭力使平衡彈簧繞鉸接座的向上轉(zhuǎn)動(dòng)，以平衡抵消該扭力。
進(jìn)一步地，當(dāng)外部負(fù)載位移變化時(shí)，操縱臂的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度相應(yīng)變化，連桿的位置也相應(yīng)變化，平衡彈簧的壓縮量和旋轉(zhuǎn)幅度也相應(yīng)變化。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果: (I)針對(duì)現(xiàn)有的普通彈簧平衡機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，本發(fā)明巧妙地設(shè)計(jì)出一種平衡裝置，很大程度上減小在彈簧壓縮量增加時(shí)附加的力的增加量，從而達(dá)到了恒扭矩平衡效果，使負(fù)載在局部旋轉(zhuǎn)的不同位置均能保持平衡，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。(2)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需很小的人力干預(yù)即可實(shí)現(xiàn)局部旋轉(zhuǎn)中的恒扭矩平衡，不僅使人工操作更輕便自如，而且與現(xiàn)有的液壓或氣壓平衡相比，無(wú)需復(fù)雜的油路或氣路系統(tǒng)，極大地降低了成本，保證了低廉的成本優(yōu)勢(shì)，具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的初始狀態(tài)的原理圖。圖2為本發(fā)明的施力狀態(tài)的原理圖。圖3為本發(fā)明的工作過(guò)程的原理圖。上述附圖中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的部件名稱(chēng)如下:
1-負(fù)載力臂，2-回轉(zhuǎn)軸,3-作用力臂，4-連桿,5-平衡彈簧,6-鉸接座。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例如圖1 圖3所示，該局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置，包括固連于外部機(jī)構(gòu)上的鉸接座6和回轉(zhuǎn)軸2，主要由壓縮彈簧構(gòu)成的平衡彈簧5，以及由負(fù)載力臂I和作用力臂3相互固連構(gòu)成的操縱臂；其中，平衡彈簧的一端與鉸接座鉸接，平衡彈簧的另一端與作用力臂鉸接，回轉(zhuǎn)軸活動(dòng)鏈接于操縱臂的兩個(gè)力臂的交匯處，且操縱臂以回轉(zhuǎn)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)。為了擴(kuò)展連接空間，所述作用力臂和平衡彈簧之間還設(shè)有一端與平衡彈簧固定連接、另一端與作用力臂鉸接連桿4。為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，降低力矩傳遞過(guò)程中能量損失，所述回轉(zhuǎn)軸與操縱臂之間還設(shè)有軸承。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法如下:
(O負(fù)載力臂承受外部負(fù)載下壓，操縱臂繞回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生扭矩；
(2)作用力臂相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)上升，傳遞扭矩；
(3)作用力臂帶動(dòng)連桿一端上升，二者間的鉸接使連桿該端繞鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；
(4)連桿的另一端推動(dòng)平衡彈簧，使其壓縮，并產(chǎn)生向上的扭力，該扭力使平衡彈簧繞鉸接座的向上轉(zhuǎn)動(dòng)，以平衡抵消該扭力。進(jìn)一步地，當(dāng)外部負(fù)載位移變化時(shí)，操縱臂的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度相應(yīng)變化，連桿的位置也相應(yīng)變化，平衡彈簧的壓縮量和旋轉(zhuǎn)幅度也相應(yīng)變化。在具體的實(shí)踐操作中，例如在工藝裝備的設(shè)計(jì)制造項(xiàng)目中，常需要一個(gè)工人操作重量超過(guò)100公斤的工裝，該工裝操作需要在水平方向和垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，由于回轉(zhuǎn)中心選擇的局限性很大，只能在特定位置選擇，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)該工裝的重心偏離回轉(zhuǎn)中心很遠(yuǎn)，導(dǎo)致重力偏心位移很大，如果沒(méi)有平衡器平衡掉重量，人工將無(wú)法負(fù)重操作。又由于工藝變更，原先采用的平衡器的方案因與其他工藝裝備干涉而無(wú)法實(shí)施。并且其他的平衡裝置如液壓或氣壓的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，占用空間大，而該工裝的可利用空間有限，均不適合應(yīng)用。
該操作工裝需要繞回轉(zhuǎn)中心垂直旋轉(zhuǎn)一定角度(約23度)，如果在高位使負(fù)載平衡，操作到低位則需要壓縮彈簧使出很大的力，如果在低位平衡，也需要很大的力將該工裝抬起到高位。而該工裝的操作非常頻繁，操作節(jié)拍為I分鐘一次，每次出稍微大一些的力，則總的勞動(dòng)強(qiáng)度會(huì)非常高。
本發(fā)明恰恰解決了這個(gè)問(wèn)題，利用彈簧著力點(diǎn)繞回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)的力臂變化，與彈簧彈力的線(xiàn)性變化進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)工裝扭矩的實(shí)時(shí)平衡。根據(jù)力矩的計(jì)算公式:力矩=力X力臂，在本實(shí)施例中，工裝產(chǎn)生的扭矩恒定為MO=FOXLO,而彈簧產(chǎn)生的相應(yīng)的平衡扭矩在高位時(shí)M=hAXFN，在低位時(shí)M’ =hBXF’ N，其中彈簧的彈力在高位時(shí)為FN，在低位時(shí)為F’ N，彈力在高位和低位之間的位移差為Λ L，故FN < F’ N，而hA > hB，所以M與M’的數(shù)值大約相等，由此保證其恒扭矩平衡。
經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)，該平衡裝置完全可行，并且效果良好。
按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置，其特征在于，包括鉸接座和回轉(zhuǎn)軸，主要由壓縮彈簧構(gòu)成的平衡彈簧，以及由負(fù)載力臂和作用力臂相互固連構(gòu)成的操縱臂；其中，平衡彈簧的一端與鉸接座鉸接，平衡彈簧的另一端與作用力臂鉸接，回轉(zhuǎn)軸活動(dòng)鏈接于操縱臂的兩個(gè)力臂的交匯處，且操縱臂以回轉(zhuǎn)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置，其特征在于，所述作用力臂和平衡彈簧之間還設(shè)有一端與平衡彈簧固定連接、另一端與作用力臂鉸接的連桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)軸與操縱臂之間還設(shè)有軸承。
4.權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟: (O負(fù)載力臂承受外部負(fù)載下壓，操縱臂繞回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生扭矩； (2)作用力臂相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)上升，傳遞扭矩； (3)作用力臂帶動(dòng)連桿一端上升，二者間的鉸接使連桿該端繞鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)； (4)連桿的另一端推動(dòng)平衡彈簧，使其壓縮，并產(chǎn)生向上的扭力，該扭力使平衡彈簧繞鉸接座的向上轉(zhuǎn)動(dòng)，以平衡抵消該扭力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，當(dāng)外部負(fù)載位移變化時(shí)，操縱臂的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度相應(yīng)變化，連桿的位置也相應(yīng)變化，平衡彈簧的壓縮量和旋轉(zhuǎn)幅度也相應(yīng)變化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種局部旋轉(zhuǎn)恒扭矩彈簧平衡裝置，解決了目前普通的彈簧平衡無(wú)法實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中保持實(shí)時(shí)平衡的問(wèn)題。該平衡裝置，包括固連于外部機(jī)構(gòu)上的鉸接座和回轉(zhuǎn)軸，主要由壓縮彈簧構(gòu)成的平衡彈簧，以及由負(fù)載力臂和作用力臂相互固連構(gòu)成的操縱臂；其中，平衡彈簧的一端與鉸接座鉸接，平衡彈簧的另一端與作用力臂鉸接，回轉(zhuǎn)軸活動(dòng)鏈接于操縱臂的兩個(gè)力臂的交匯處，且操縱臂以回轉(zhuǎn)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明還提供了該平衡裝置的實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)操縱臂和平衡彈簧的配合，很大程度上減小在彈簧壓縮量增加時(shí)附加的力的增加量，有效地實(shí)現(xiàn)了在局部旋轉(zhuǎn)中的恒扭矩平衡。
文檔編號(hào)F16F15/00GK103195859SQ20131013953
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者熊華 申請(qǐng)人:成都鑫焊眾達(dá)自動(dòng)化控制有限公司