本發(fā)明涉及一種扭矩控制方法及其控制裝置，尤其涉及一種大型設(shè)備的扭矩控制裝置，屬于機(jī)械連接結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大型設(shè)備種類繁多，例如復(fù)印掃描設(shè)備、大型冰柜等，這些設(shè)備一般都包括翻蓋及與翻蓋連接的機(jī)身，但而對(duì)于這些大型設(shè)備，使用時(shí)的翻蓋往往只能在某一個(gè)角度進(jìn)行懸停甚至無(wú)法懸停，懸停角度選擇性小，給操作帶來(lái)不便，影響了設(shè)備的使用性能。此外，在一些復(fù)印打印設(shè)備上對(duì)于加厚紙本的復(fù)印掃描，現(xiàn)有的復(fù)印或掃描設(shè)備由于對(duì)紙本按壓不到位，很容易使其掃描件出現(xiàn)陰影、暗角的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問(wèn)題，提供一種大型復(fù)印或掃描設(shè)備用的扭矩控制方法及其控制裝置。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

大型設(shè)備用扭矩控制方法，通過(guò)調(diào)節(jié)彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)扭矩與大型設(shè)備質(zhì)量矩之間的關(guān)系進(jìn)行控制，包括如下步驟，

S1、獲取彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)彈簧的受力長(zhǎng)度Da及非受力長(zhǎng)度D0，彈簧系數(shù)K；

S2、獲取垂直于作用力方向的力矩La；

S3、通過(guò)函數(shù)K*(D_o-D_a)*L_a獲取最終彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)扭矩；

S4、根據(jù)函數(shù)11.7*9.81*G cosωcos(θ+ω)獲取設(shè)備的上蓋質(zhì)量矩，其中θ為設(shè)備開(kāi)閉角度，ω為設(shè)計(jì)常數(shù)，G為常數(shù)；

S5、通過(guò)控制彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)扭矩與設(shè)備上蓋質(zhì)量矩之間的關(guān)系進(jìn)行扭矩的控制。

大型打印、復(fù)印或掃描設(shè)備的扭矩控制裝置，包括一與設(shè)備機(jī)身固定連接的底座及與設(shè)備翻蓋連接的底座翻轉(zhuǎn)體，所述扭矩控制裝置控制所述翻蓋與所述機(jī)身之間進(jìn)行20°-60°之間進(jìn)行懸停，且控制所述翻蓋與所述機(jī)身之間角度小于20°時(shí)自動(dòng)合緊；

所述翻轉(zhuǎn)體包括一上蓋體、置于上蓋體內(nèi)側(cè)的彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的上端與所述上蓋體上端連接，所述彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的下端與所述底座連接；

所述彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括上下套接的第一、第二中空箱體及置于兩個(gè)箱體內(nèi)的彈性元件，所述第一、第二中空箱體均為開(kāi)設(shè)有一開(kāi)口的中空容納腔，且兩個(gè)開(kāi)口相對(duì)設(shè)置；

所述第一、第二中空箱體的下端均向箱體內(nèi)凹開(kāi)設(shè)有一凹槽，所述第二中空箱體的上端嵌套設(shè)置于第一中空箱體內(nèi)，所述第二中空箱體的凹槽內(nèi)穿設(shè)有一連桿，且所述連桿的兩端穿出凹槽架設(shè)于所述底座兩端，所述第一中空箱體的凹槽槽徑大于所述連桿直徑，且所述第一、第二中空箱體可相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述彈性元件作伸縮運(yùn)動(dòng)，所述第一中空箱體的上方通過(guò)連接軸連接于所述上蓋體上部；

所述翻轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述第一中空箱體以連接軸為軸心、第二中空箱體以連桿為軸心進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述上蓋體與彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有連接板，所述連接板為置于彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩側(cè)的側(cè)板，所述連接板的上端通過(guò)穿設(shè)于上蓋體內(nèi)的第二連桿與上蓋體連接，所述連接板的下端通過(guò)穿設(shè)于所述底座內(nèi)的第三連桿與底座連接；所述連接板的下端設(shè)置于所述底座外側(cè)；

所述第二連桿軸線至上蓋體蓋面的距離小于所述連接軸軸線至上蓋體蓋面的距離，所述第二連桿與所述連接軸的中心在同一水平線上；

轉(zhuǎn)動(dòng)所述翻轉(zhuǎn)體，所述第一中空箱體頂部與第二箱體底部之間的距離呈線性減小軌跡；所述第三連桿與所述連桿之間的力矩呈非線性軌跡變化。

優(yōu)選地，所述大型設(shè)備的翻蓋選擇性的以所述第二連桿或第三連桿為旋轉(zhuǎn)軸。

優(yōu)選地，所述彈性元件由至少一個(gè)彈簧構(gòu)成，所述彈性元件的一端抵接所述第一中空箱體頂部，另一端抵接于所述第二中空箱體的底部。

優(yōu)選地，所述底座截面呈L形，由L形支架板及置于支架板兩側(cè)的擋板構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述支架板包括一水平底片及垂直于所述水平底片的垂直片，所述底座的兩側(cè)擋板上開(kāi)均設(shè)有一條形槽，所述垂直片的兩端設(shè)置有凸起插接于所述條形槽內(nèi)。

優(yōu)選地，所述扭矩控制裝置置于設(shè)備的最遠(yuǎn)端，且對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)。

優(yōu)選地，所述彈簧至少設(shè)置有兩個(gè)，且每個(gè)所述彈簧之間嵌套設(shè)置。

優(yōu)選地，所述上蓋體受力14N時(shí)，所述扭矩控制裝置以第三連桿為軸心，使得所述上蓋體與設(shè)備機(jī)身平行。

優(yōu)選地，所述扭矩控制裝置為鉸鏈。

本發(fā)明的有益效果：適用于大型設(shè)備機(jī)身與翻蓋的連接，使得翻蓋能在20-60°之間進(jìn)行任意角度的懸停。且能在20°夾角之后進(jìn)行緩慢的自動(dòng)閉合，可以根據(jù)所需的懸停角度通過(guò)調(diào)整連桿長(zhǎng)度及位置而實(shí)現(xiàn)角度變化的要求。本發(fā)明的扭矩控制裝置可以為鉸鏈機(jī)構(gòu)，且尤其適用于大型打印、復(fù)印掃描儀，結(jié)合鉸鏈機(jī)構(gòu)中連接板的設(shè)置，可以適用于對(duì)加厚紙本的復(fù)印掃描，避免了現(xiàn)有技術(shù)中上壓板不能有效按壓掃描件導(dǎo)致的掃描不到位，掃描件出現(xiàn)陰影暗角的缺陷。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的主視圖。

圖3是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖，此時(shí)隱藏了底座。

圖4是本發(fā)明在使用時(shí)與大型復(fù)印掃描儀的連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是圖4在實(shí)際加厚紙本復(fù)印或掃描時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是復(fù)印機(jī)上蓋的質(zhì)量矩相對(duì)鉸鏈開(kāi)閉角度的曲線。

圖7是圖6基礎(chǔ)上的一定邊界條件所產(chǎn)生的曲線圖。

圖8是本發(fā)明中設(shè)計(jì)模型運(yùn)動(dòng)軌跡分析示意圖。

圖9是本發(fā)明的扭矩的性能曲線。

圖10是本發(fā)明在加厚紙張復(fù)印時(shí)的各個(gè)數(shù)值變化曲線示意。

圖11是本發(fā)明在加厚紙張復(fù)印時(shí)扭矩和施加壓力的曲線關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明具體揭示了大型設(shè)備的扭矩控制裝置，為更好的說(shuō)明和理解本發(fā)明，以下以大型打印、復(fù)印或掃描設(shè)備為具體實(shí)施例，所述扭矩控制裝置為鉸鏈?？紤]到力的分布，為更好地控制翻蓋，一般需要在大型復(fù)印或掃描設(shè)備的兩端各設(shè)置一只上述鉸鏈機(jī)構(gòu)，以降低每只鉸鏈機(jī)構(gòu)當(dāng)中連桿等部件所承受的扭力，提高設(shè)備使用過(guò)程中的穩(wěn)定性，并可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。同時(shí)，結(jié)合所述鉸鏈機(jī)構(gòu)的自重及體積，以上所述鉸鏈機(jī)構(gòu)一般應(yīng)用于大型復(fù)印機(jī)、大型掃描儀、或大型打印機(jī)上。當(dāng)然，本發(fā)明的裝置也可以使用于大型冰柜等其他設(shè)備。對(duì)此，本發(fā)明并不做進(jìn)一步的局限。

如圖1-圖5所示，包括一底座1，及與所述底座1樞軸連接的翻轉(zhuǎn)體。所述底座1與大型復(fù)印掃描儀的機(jī)身7連接，所述翻轉(zhuǎn)體與所述大型復(fù)印掃描儀的翻蓋6連接。所述扭矩控制裝置控制所述翻蓋與所述機(jī)身之間進(jìn)行20°-60°之間進(jìn)行懸停，且控制所述翻蓋與所述機(jī)身之間角度小于20°時(shí)自動(dòng)合緊；

具體的，所述翻轉(zhuǎn)體包括一上蓋體2、置于上蓋體2內(nèi)側(cè)的彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的上端與所述上蓋體2上端連接，所述彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的下端與所述底座連接。

所述底座由一呈L形的支架板及設(shè)置于支架板兩側(cè)的擋板組成，所述支架板包括一垂直片及水平底片，所述底座的兩側(cè)擋板上開(kāi)均設(shè)有一條形槽6，所述垂直片的兩端通過(guò)設(shè)置的凸起插接于所述條形槽6內(nèi)。

所述彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括上、下套接的第一、第二中空箱體及置于兩個(gè)箱體內(nèi)的彈性元件(圖中未示意)。所述彈性元件由至少一個(gè)彈簧構(gòu)成，所述彈性元件的一端抵接所述第一中空箱體3頂部，另一端抵接于所述第二中空箱體4的底部。彈簧的數(shù)量可以根據(jù)彈性變量的需求進(jìn)行設(shè)定，若設(shè)置有至少兩個(gè)，則兩個(gè)彈簧之間可采用套接的形式設(shè)置。

所述第一、第二中空箱體均為開(kāi)設(shè)有一開(kāi)口的中空容納腔，且兩個(gè)開(kāi)口相對(duì)設(shè)置，所述第一中空箱體3套置于所述第二中空箱體4外。具體為，所述第二中空箱體4的上端套接設(shè)置于第一中空箱體3內(nèi)。

所述第一、第二中空箱體的下端均向箱體內(nèi)凹開(kāi)設(shè)有一凹槽，所述第一中空箱體3下端為第一凹槽32，所述第二中空箱體4的下端為第二凹槽41。所述第二凹槽41內(nèi)穿設(shè)有一連桿34，且所述連桿34的兩端穿出架設(shè)于所述底座的側(cè)板上，所述第一凹槽32槽徑大于所述連桿34直徑，且所述第一、第二中空箱體可相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述彈性元件作伸縮運(yùn)動(dòng)，所述第一中空箱體3的上方通過(guò)連接軸33連接于所述上蓋體上部。

所述翻轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述第一中空箱體以連接軸33為軸心、第二中空箱體以連桿34為軸心進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述上蓋體與彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有連接板5，所述連接板5置于彈性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩側(cè)，所述連接板5的上端通過(guò)第二連桿35與上蓋體2連接，所述連接板5的下端通過(guò)第三連桿51與底座的擋板連接。具體，所述連接板5的下端設(shè)置于所述擋板的外側(cè)通過(guò)第三連桿51連接。轉(zhuǎn)動(dòng)所述翻轉(zhuǎn)體，所述第一中空箱體頂部與第二箱體底部之間的距離呈線性減小軌跡；所述第三連桿與所述連桿之間的力矩呈非線性軌跡變化。所述大型復(fù)印掃描儀的翻蓋選擇性的以所述第二連桿或第三連桿為旋轉(zhuǎn)軸。

從總裝的整體角度，由于扭矩控制裝置與掃描儀的翻蓋和掃描儀本體裝配，掃描儀翻蓋的旋轉(zhuǎn)軸即是扭矩控制裝置的旋轉(zhuǎn)軸?；诒驹O(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)于不同應(yīng)用環(huán)境，鉸鏈的第二連接桿35或第三連接桿51可分別作為掃描儀翻蓋的旋轉(zhuǎn)軸，以達(dá)到不同使用目的。

由于連接板5與上蓋體2及擋板的連接關(guān)系，使得本鉸鏈機(jī)構(gòu)在實(shí)際復(fù)印加厚紙本8時(shí)，通過(guò)對(duì)翻蓋一端的施力，可以在可控范圍內(nèi)進(jìn)行翻蓋的下壓，使得上蓋體2隨著翻蓋一起運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)連接板5活動(dòng)，最終將加厚紙本8完全覆蓋，以更好的進(jìn)行復(fù)印或掃描。

所述第二連桿35軸線至上蓋體蓋面的距離小于所述連接軸33軸線至上蓋體蓋面的距離，所述第二連桿35與所述連接軸33的中心在同一水平線上。

以下闡述下本發(fā)明中的具體力矩控制原理。

上蓋懸停設(shè)計(jì)

由于在開(kāi)合過(guò)程中復(fù)印機(jī)上蓋重心的不斷移動(dòng)，導(dǎo)致復(fù)印機(jī)上蓋質(zhì)量矩基于開(kāi)合角的變化而變化。因此，扭矩控制裝置的設(shè)計(jì)需要首先求得復(fù)印機(jī)上蓋的質(zhì)量矩相對(duì)鉸鏈開(kāi)閉角度的曲線。

復(fù)印機(jī)上蓋質(zhì)量矩相對(duì)上蓋開(kāi)閉角度的方程曲線為：

M_a＝11.7*9.81*G cosωcos(θ+ω)

其中M_a為復(fù)印機(jī)蓋的質(zhì)量矩，θ為鉸鏈開(kāi)閉角度，ω為設(shè)計(jì)常數(shù)：H,G,均為常數(shù)根據(jù)上述方程式，M_a曲線可繪制如圖6所示。

從圖6可見(jiàn)復(fù)印機(jī)上蓋質(zhì)量矩相對(duì)上蓋開(kāi)閉角度的關(guān)系為，隨著上蓋開(kāi)閉角度的增大，上蓋質(zhì)量矩逐漸減小。

求得在此曲線基礎(chǔ)之上繪制以下邊界條件：所述邊界條件繪制如圖7所示。

0°時(shí)：

M_a<M_h+M_f，M_h>M_a-M_f

M_a>M_h+M_s，M_h<M_a-M_s

0°-15°時(shí)，M_h>M_a-M_f

15°-60°時(shí)：M_h＝M_a

其中M_a為上蓋質(zhì)量矩，M_h為鉸鏈彈簧扭矩，M_f為上蓋開(kāi)合力。

為了使鉸鏈扭矩滿足圖7的邊界條件，設(shè)計(jì)中采用了連桿轉(zhuǎn)動(dòng)的原理。隨鉸鏈開(kāi)閉角度的增大，鉸鏈上部的移動(dòng)部件沿著旋轉(zhuǎn)中心(第三連桿51)的轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，彈簧所在第一中空箱體3與彈簧所在第二中空箱體4的距離Da不斷縮小，彈簧被壓縮，產(chǎn)生彈力Fa。與此同時(shí)，旋轉(zhuǎn)中心(第三連桿51)與支撐桿(連桿34)間的距離雖然不變，但是對(duì)于彈力Fa來(lái)說(shuō)，垂直于力作用方向的力矩La也在不斷變化。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡分析，Da，La的數(shù)值變化繪制如圖8所示，其中實(shí)線部分為Da軌跡，虛線部分為L(zhǎng)a軌跡。

如圖8所示，隨著鉸鏈開(kāi)閉角度的增大，Da的減小是線性的，而La的變化是非線性的，隨著鉸鏈開(kāi)閉角度的增大，La先是增大，當(dāng)鉸鏈旋轉(zhuǎn)到彈簧彈力垂直于旋轉(zhuǎn)中心(第三連桿51)與支撐桿(連桿34)的連線時(shí)到達(dá)頂峰。此時(shí)La等于旋轉(zhuǎn)中心(第三連桿51)與支撐桿(連桿34)的連線距離。在這之后，La值開(kāi)始變小。

根據(jù)模型，鉸鏈扭矩的計(jì)算方程為：

M_h＝K*(D_o-D_a)*L_a

在此方程中，除了上述提到的La，Da之外，Do是非受力情況下彈簧的自由長(zhǎng)度，K是彈簧系數(shù)。當(dāng)彈簧數(shù)量大于1時(shí)，可以將不同的Do和K值分別計(jì)算求和。

從方程中可以看出，鉸鏈扭矩Mh是由彈簧參數(shù)K，彈簧自由長(zhǎng)度Do，力矩La和彈簧壓縮后的長(zhǎng)度Da共同決定。由于La的非線性變化特性以及La和Da的乘積關(guān)系，Mh曲線也是非線性變化，其峰值會(huì)在La峰值的左側(cè)出現(xiàn)。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以通過(guò)變換旋轉(zhuǎn)中心(第三連桿51)與支撐桿(連桿34)的位置關(guān)系，彈簧數(shù)量以及彈簧參數(shù)的方式，達(dá)到控制鉸鏈扭矩的目的。鉸鏈的空間位置局限性也是設(shè)計(jì)中的另一約束條件。綜合考慮后，即可求出滿足鉸鏈要求所需的邊界條件的最優(yōu)解，以及符合設(shè)計(jì)需要所需的彈簧數(shù)量及彈簧參數(shù)。選取合適彈簧，調(diào)整連桿即可滿足以上邊界條件。當(dāng)鉸鏈開(kāi)閉角度變化時(shí)，所述連桿的旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致彈簧壓縮量和力臂產(chǎn)生變化。彈簧壓縮量和力臂同時(shí)在本機(jī)構(gòu)內(nèi)作用導(dǎo)致扭矩的變化，以達(dá)到所要求的懸停/緩慢閉合效果。

以上變量做出選擇后，鉸鏈扭矩的性能曲線即可繪制如圖9所示，從曲線中可以看出，Mh的峰值出現(xiàn)在開(kāi)閉角度約為20度時(shí)。當(dāng)鉸鏈開(kāi)閉角度大于峰值時(shí)，鉸鏈扭矩與復(fù)印機(jī)上蓋質(zhì)量矩高度重合。此時(shí)由于力矩平衡，復(fù)印機(jī)上蓋可以在任意角度懸停。當(dāng)鉸鏈開(kāi)閉角度小于峰值時(shí)，20度時(shí)上蓋質(zhì)量矩可以克服鉸鏈扭矩與靜摩擦力產(chǎn)生的扭矩，復(fù)印機(jī)上蓋可以開(kāi)始下落。當(dāng)鉸鏈閉合時(shí)開(kāi)閉角度等于零，此時(shí)上蓋質(zhì)量矩克服鉸鏈扭矩后仍有比較多的余量，可以為復(fù)印樣張?zhí)峁┮欢▔毫ΓＷC復(fù)印樣張可以被壓平在復(fù)印面上不會(huì)移動(dòng)，提供更好的復(fù)印效果。

考慮到實(shí)際產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力，在設(shè)計(jì)過(guò)程中給出了一定的余量，峰值由理論要求的15度拖后至實(shí)際的20度之后。

以下簡(jiǎn)述下本發(fā)明對(duì)于加厚紙本的復(fù)印掃描原理，

對(duì)于加厚紙本的復(fù)印掃描，現(xiàn)有的鉸鏈結(jié)構(gòu)不能使打印機(jī)或復(fù)印機(jī)蓋板對(duì)紙本按壓到位，使其掃描件出現(xiàn)陰影、暗角的缺陷。本設(shè)計(jì)同時(shí)解決了加厚紙本的復(fù)印掃描問(wèn)題。

當(dāng)加厚紙本被放置于掃描面上時(shí)，本鉸鏈設(shè)計(jì)允許上蓋同時(shí)沿連接軸33與第三連桿51旋轉(zhuǎn)。上蓋可以穩(wěn)穩(wěn)按壓在加厚紙本上，避免掃描件出現(xiàn)陰影或暗角的問(wèn)題。

要滿足以上要求，需確保按壓力在可承受范圍內(nèi)。由力的分析可知，用戶需要對(duì)上蓋施加一定壓力才能將上蓋按壓在加厚紙本上。

結(jié)合上述公式及原理，本裝置的扭矩的計(jì)算方程為：

M_h＝K*(D_o-D_a)*L_a

對(duì)于加厚紙本的案例，相似的，

M_t＝K*(D_o-D_p)*L_p

F_p＝M_p/L_t＝2×M_t/L_t

其中Mt是復(fù)印加厚紙本時(shí)的鉸鏈扭矩，Lp是此時(shí)的力矩，Dp是此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度(壓縮后的長(zhǎng)度)，Do是未受力情況下的彈簧自由長(zhǎng)度，K是彈簧系數(shù)。由Mt便可計(jì)算出用戶對(duì)上蓋所施加的壓力Fp。Lt是用戶克服鉸鏈扭矩所需的力矩。

通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡分析，Dp，Lp，Lt的數(shù)值變化繪制如圖10所示。將變量Dp，Lp，Lt及前述彈簧參數(shù)帶入方程，則前述Mt，F(xiàn)p可繪制如圖11所示。經(jīng)驗(yàn)證，用戶向上蓋施加的最大下壓力為約14N，為可承受范圍內(nèi)。

本發(fā)明尚有多種具體的實(shí)施方式。凡采用等同替換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。