力轉(zhuǎn)換器裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種這樣的裝置，該裝置用于將小的輸入力或力矩轉(zhuǎn)換成較大的輸出力或力矩，同時保持相對恒定的輸入與輸出速度比。
【背景技術(shù)】
[0002]變速箱是用于將動力從驅(qū)動力傳輸成期望的輸出力的最有用的設(shè)備之一?？蓪⑤敵隽蛄卦O(shè)定成期望的操作水平但速度比是不同的，并且這種設(shè)定沒有效率是因為消耗了高能量以及在傳遞機構(gòu)之間的摩擦損失，這些都是所不期望的。換言之，輸出速度下降使輸出力增大。本發(fā)明從另一方面增大了輸出力，同時保持相對恒定的輸入與輸出速度比。
[0003]需要一種更有效的裝置及方法以用于將驅(qū)動力傳輸成期望的輸出力。提高力的傳輸?shù)囊环N方式是利用離心力。已經(jīng)存在利用這種力的一些裝置。例如，US 3，589，842指出一種用于使非圓形軌道中的機器(例如，旋轉(zhuǎn)泵中的滑動葉片)繞軌運行的機構(gòu)，同時，加拿大專利2，210，332指出一種用于產(chǎn)生力的離心力驅(qū)動機器，其中，控制構(gòu)件在框架與具有重心的塊體之間可操作的連接，在該重心處，控制構(gòu)件將該塊體約束成在平衡位置與非平衡位置之間運動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一方面是提供一種用于將小的輸入力轉(zhuǎn)換成較大的輸出力同時保持大體恒定的輸入與輸出速度比的設(shè)備，該設(shè)備包括:馬達軸，該馬達軸能圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)；臂，該臂安裝在馬達軸上以用于圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，其中，在該臂的端部處的砝碼(weight，配重件)產(chǎn)生離心力；輸入力，該輸入力對馬達軸進行驅(qū)動并使臂旋轉(zhuǎn)；線性運動器件，該線性運動器件允許旋轉(zhuǎn)中心通過由砝碼產(chǎn)生的離心力而在靜止位置與中心位置之間前后移動，并且在旋轉(zhuǎn)中心從一個靜止位置到另一靜止位置的選擇的移動過程中將離心力的一部分經(jīng)由力傳遞機構(gòu)而傳遞至輸出件。
[0005]本發(fā)明的另一方面是提供一種將小的輸入力轉(zhuǎn)換成較大的輸出力同時保持大體恒定的輸入與輸出速度比的方法，該方法包括:提供用于使臂旋轉(zhuǎn)的輸入力，該臂具有與能圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的馬達軸連接的一個端部，該臂的另一個端部處具有砝碼，該砝碼在圓形和非圓形運行軌道上行進以產(chǎn)生離心力；通過離心力使旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)中心移動，旋轉(zhuǎn)中心在第一靜止位置與第二靜止位置之間前后移動同時經(jīng)過中心位置并且當旋轉(zhuǎn)中心在靜止位置之間移動時將離心力的一部分傳遞至輸出件，其中，輸出力大于輸入力。
[0006]本發(fā)明的又一方面是提供一種將小的輸入力轉(zhuǎn)換成較大的輸出力同時保持大體恒定的輸入與輸出速度比的方法，該方法包括:安裝在柔性安裝旋轉(zhuǎn)臂的遠端部處的砝碼在循環(huán)期間行進通過圓形運行軌道和非圓形運行軌道上的不同區(qū)段以產(chǎn)生離心力，并將離心力的一部分傳遞至輸出件；圓形和非圓形軌道的每個區(qū)段均是能變化的，以便這些區(qū)段中的一些能基于基本點而增大或減小，從而提供不同的輸出結(jié)果；圓形運行軌道的周長與非圓形運行軌道的周長是大體相同的；旋轉(zhuǎn)臂在行進通過不同區(qū)段時的運動與旋轉(zhuǎn)中心的運動同步且和諧，以提供最大的效率同時將離心力的一部分傳遞至輸出件。
[0007]在一個實施方式中，輸出件包括將輸出力傳輸成線性力或旋轉(zhuǎn)力的機構(gòu)或結(jié)構(gòu)。例如，線性前后運動可使與能旋轉(zhuǎn)的輸出軸共軸連接的傳輸桿或旋轉(zhuǎn)離合器進行往復(fù)運動。
[0008]現(xiàn)將參考附圖對本發(fā)明的這些以及其他目的和特征進行說明。
【附圖說明】
[0009]圖1是具有安全保護殼體的力轉(zhuǎn)換器裝置及方法機器的局部立體俯視圖。
[0010]圖2是具有線性運動、馬達、傳感器以及力傳遞機構(gòu)的力轉(zhuǎn)換器裝置及方法機器的局部立體俯視圖。
[0011]圖3是具有線性運動和力傳遞機構(gòu)的力轉(zhuǎn)換器裝置及方法機器的底部立體圖。
[0012]圖4是力轉(zhuǎn)換器裝置及方法(未安裝有柔性砝碼安裝旋轉(zhuǎn)臂)的示意性立體俯視圖。
[0013]圖5是示出了旋轉(zhuǎn)中心穿過包括力傳遞區(qū)段的不同區(qū)段的函數(shù)的示意圖。
[0014]圖6是示出了旋轉(zhuǎn)的各個區(qū)段的視圖。
[0015]圖7是示出了 U形支架的旋轉(zhuǎn)臂的局部立體圖。
[0016]圖8是處于底部靜止位置中機器的側(cè)視圖。
[0017]圖9是處于頂部靜止位置中機器的側(cè)視圖。
[0018]圖10示出了處于中央靜止位置中的側(cè)部。
[0019]圖11是圓形運行軌道與非圓形運行軌道的示意圖。
[0020]圖12是圖11的局部放大視圖。
[0021]圖13示出了處于中央靜止位置中利用離合器的本發(fā)明的另一實施方式。
[0022]圖14示出了處于頂部靜止位置中圖13的離合器。
[0023]圖15示出了處于中央靜止位置中圖13的離合器。
[0024]圖16示出了處于底部靜止位置中圖13的離合器。
【具體實施方式】
[0025]參考圖1至圖5，用于將小的輸入力轉(zhuǎn)換成較大的輸出力同時保持相對恒定的輸入與輸出速度比的力轉(zhuǎn)換器裝置及方法機器100包括剛性機器框架1010。該機器框架包括保護殼體1024以防護旋轉(zhuǎn)臂2010。該保護殼體1024確保機器在操作時是安全的，并且保護殼體包括環(huán)形頂部表面1011以及從屬的環(huán)形壁1013，該環(huán)形壁限定接收上文描述的旋轉(zhuǎn)臂2010的環(huán)形空間?？稍诒Ｗo殼體1024的上方使用頂部覆蓋件(未示出)。在安全的殼體及其覆蓋件就位時操作力轉(zhuǎn)換器裝置及方法是安全且明智的。
[0026]機器框架1010包括兩個圓形的線性運動軌道1012、1014。這兩個線性運動軌道是間隔開的。這兩個線性運動軌道通過兩個方形構(gòu)件1016、1018連接在一起以保持運動軌道剛性并且彼此大體平行?？蚣?010包括安裝在兩個方形構(gòu)件1016、1018的側(cè)面上的兩個板件1020、1022。在一個實施方式中，板件1020、1022豎直的布置成作為機器的腿來支撐力轉(zhuǎn)換器機器100。
[0027]四個線性運動支承件1026、1028、1030、1032裝配在兩個線性支承件殼體1034、1036(見圖2)中，這兩個線性支承件殼體通過平臺或中央板1015連接在一起。
[0028]在一個實施方式中，用于使臂2010旋轉(zhuǎn)的器件包括具有軸1019的驅(qū)動馬達1017，該軸使旋轉(zhuǎn)臂2010旋轉(zhuǎn)。馬達1017安裝在平臺或中央板1015的背部處。馬達1017還可遠離中央板的中心而安裝并且通過同步帶或同步鏈連接至驅(qū)動軸1019，以向驅(qū)動軸1019的旋轉(zhuǎn)提供恒定的旋轉(zhuǎn)速度。驅(qū)動軸1019定位在機器100的中心2037處并定位在中央板或平臺1015的上方。傳感器致動器1039位于軸1019的側(cè)面上。傳感器致動器1039與電子近位傳感器1009連通，電子近位傳感器將信息提供至機器控制器1031以控制旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)中心或軸線1025的運動。
[0029]兩個雙沖程氣壓缸1021、1023安裝在兩個方形構(gòu)件1016、1018的側(cè)面上。氣壓缸1021安裝在方形構(gòu)件1016上并且氣壓缸1023安裝在方形構(gòu)件1018上。這些氣壓缸由機器控制器1031進行致動以精確并適時地控制旋轉(zhuǎn)中心1025的運動和位置。機器控制器可為有線或無線的任意合適的電控制器、計算器、CPU等。
[0030]參考圖1、圖6以及圖7，用于將小的輸入力轉(zhuǎn)換成較大輸出力的力轉(zhuǎn)換器裝置或設(shè)備100及方法包括旋轉(zhuǎn)臂2010。旋轉(zhuǎn)臂2010的近端部2011借助于自由旋轉(zhuǎn)銷2012等安裝至U形支架2014。在一個實施方式中，銷2012可包括螺栓和螺母，以將臂2010連接至U形支架2014，從而允許臂2010的近端部2011相對于U形支架2014稍微彎曲或移動，以確保機器100的流暢運轉(zhuǎn)。支架2014(與連接至該支架的臂2010 —起)圍繞軸線2017旋轉(zhuǎn)，該軸線與旋轉(zhuǎn)軸線1025共軸。將臂2010連接至U形支架2014的自由旋轉(zhuǎn)銷2012從旋轉(zhuǎn)中心1025偏移(從馬達驅(qū)動軸1019偏移)。
[0031]從旋轉(zhuǎn)中心1025至自由旋轉(zhuǎn)銷2012的偏移距離向旋轉(zhuǎn)臂2010提供了最大的柔性以在旋轉(zhuǎn)中心1025向后及向前移動時在靜止位置之間的線性運動上正常地運行并且有效。換言之，固定銷2012的偏移確保旋轉(zhuǎn)臂2010正常運行并且不受諸如在一個方向上運動的離心力以及在另一方向上運動的平臺1015等因素的影響。
[0032]應(yīng)當注意的是，將旋轉(zhuǎn)臂安裝至支架2014的固定銷2012可位于旋轉(zhuǎn)中心1025處或位于驅(qū)動軸1019處，但這會減小連接的柔性并且導(dǎo)致不和諧的蠕變，特別是當旋轉(zhuǎn)臂的砝碼在與旋轉(zhuǎn)中心的位移相反的方向上行進時。此外，旋轉(zhuǎn)臂2010能直接安裝至驅(qū)動軸1019，但這減小了旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)速度并減小了離心力，并且力轉(zhuǎn)換器會更快磨損，這是不期望的。
[0033]更特別地，支架2014連接至驅(qū)動軸1019并且通過鍵槽2018上的螺栓和鍵(未示出)而被鎖定在驅(qū)動軸上(見圖1、圖2、圖4)。旋轉(zhuǎn)臂2010的一側(cè)2025與另一側(cè)2027從單臂型支架2014的開口隔開以自由地且柔性地運行。
[0034]兩個可調(diào)節(jié)的螺栓2020和2022穿過單臂支架2014的兩個側(cè)面，以設(shè)定該單臂支架與旋轉(zhuǎn)臂2010之間的公差，從而提供旋轉(zhuǎn)臂2010有效運行的最大彎曲范圍。由可壓縮塑料等制成的緩沖墊2029A、2029B用于當設(shè)備100啟動或停止時使旋轉(zhuǎn)臂與固定支架2014之間的沖擊和摩擦最小化。
[0035]旋轉(zhuǎn)臂2010的遠端部或另一端