專利名稱：用于搖擺臺的彈簧平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及搖擺臺，具體涉及搖擺臺上所使用的彈簧平衡裝置。
背景技術(shù)：
隨著近代科學技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是車載、艦載和機載雷達設(shè)備的需要，對搖擺 臺的體積和重量也提出了越來越高的要求，到目前為止，國內(nèi)的各種平臺均采用不同型號 重量的配重塊對負載進行平衡，同時在設(shè)計時使負載的重心盡可能靠近轉(zhuǎn)軸，但是由于負 載的外部構(gòu)造和搖擺臺的結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)角范圍等因素，實際上負載的重心是不可能與轉(zhuǎn)動部 分的重心重合的，因此勢必需要增加各種不同型號重量的配重塊，來對負載進行平衡，但這 種平衡方式有很大的局限性，尤其是當負載重量較大時，上述局限性就越明顯，具體表現(xiàn) 為一是平衡范圍窄，不同的負載需要有特定的配重塊，同時平衡的調(diào)整很復雜，由于平衡 塊通常全部安裝在內(nèi)環(huán)上，不僅要考慮內(nèi)環(huán)軸系的平衡，同是還要兼顧外環(huán)軸系的平衡，所 以配重塊在內(nèi)環(huán)的分布是不均勻的，不同的負載均需在計算機上進行仿真，算出配重塊的 重量及質(zhì)量分布，因此，采用這種平衡方式，通常負載小于50kg;二是增加了轉(zhuǎn)動部分的重 量，因此轉(zhuǎn)動慣量，驅(qū)動裝置，以及整個平臺的結(jié)構(gòu)和重量也隨著急劇增大。據(jù)調(diào)查，對于 120kg的負載，搖擺臺的總重量大約在2000 3000kg不等；三是隨著負載的增大，配重塊 的安裝越發(fā)困難，由于負載的重心通常距轉(zhuǎn)軸較遠，為達到平衡，配重塊的重量可能為負載 重量的2 4倍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有單自由度搖擺、雙自由度復合搖擺下自 動平衡的用于搖擺臺的彈簧平衡裝置。采用該彈簧平衡裝置，平衡負載范圍大，調(diào)整簡單， 工作可靠，大大減輕搖擺臺的整機重量。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案用于搖擺臺的彈簧平衡裝置，包括一級彈簧平衡裝置和二級彈簧平衡裝置，其中 一級彈簧平衡裝置通過曲柄安裝在搖擺臺的內(nèi)環(huán)傳動軸上，二級彈簧平衡裝置通過曲柄安 裝在搖擺臺的外環(huán)傳動軸上；所述的一級彈簧平衡裝置和二級彈簧平衡裝置結(jié)構(gòu)相同，均 包括連接桿，在連接桿上套裝有彈簧筒，內(nèi)彈簧和外彈簧通過活塞裝于彈簧筒中，連接桿伸 出彈簧筒的一端通過可調(diào)節(jié)螺母與萬向球鉸鏈連接，萬向球鉸鏈通過傳動軸與曲柄連接。本技術(shù)方案中，曲柄和萬向球鉸鏈用傳動軸連接在一起，曲柄的另一端與搖擺臺 的內(nèi)環(huán)軸系或外環(huán)軸系相連，萬向球鉸鏈、連接桿用可調(diào)節(jié)螺母相連，可調(diào)節(jié)螺母可微調(diào)彈 簧的預壓縮距離，內(nèi)、外彈簧用活塞裝于彈簧筒中，當搖擺臺上安裝負載時，通過活塞調(diào)節(jié) 內(nèi)、外彈簧的預壓縮量，首先調(diào)節(jié)一級彈簧平衡裝置中的內(nèi)、外彈簧，使負載在內(nèi)環(huán)軸系達 到平衡，然后調(diào)節(jié)二級彈簧平衡裝置中的內(nèi)、外彈簧，使負載在外環(huán)軸系達到平衡，從而使 負載在單自由度搖擺、雙自由度復合搖擺時的任一位置，彈簧力矩與重力矩相等，則完成了 對負載的平衡。
還可在彈簧筒上遠離可調(diào)節(jié)螺母的一端安裝端蓋。考慮負載在運動過程中，彈簧平衡裝置會撓支撐軸進行擺動，因此，根據(jù)搖擺臺的 空間結(jié)構(gòu)，可在一級彈簧平衡裝置彈簧筒的兩端固接支撐軸，在搖擺臺的內(nèi)環(huán)框架上安裝 第一支座，該第一支座上與支撐軸的相應(yīng)位置處開設(shè)有軸孔，所述的支撐軸套于上述軸孔 中。同理，在二級彈簧平衡裝置彈簧筒的兩端固接支撐軸，在搖擺臺的外環(huán)支架上安裝第二 支座，該第二支座上與支撐軸的相應(yīng)位置處開設(shè)有軸孔，所述的支撐軸套于上述軸孔中。具體的說，在一長1075mm，寬1080mm，高970mm的搖擺臺上，所述一級或二級彈簧 平衡裝置的長為650 750mm，寬為100 140mm，深為200 350mm。其中，所述一級彈簧 平衡裝置的中心線與水平線的夾角為36°，彈簧平衡轉(zhuǎn)角范圍為士25°。所述二級彈簧平 衡裝置的中心線與水平線的夾角為46°，彈簧平衡轉(zhuǎn)角范圍為士23°。其中彈簧平衡轉(zhuǎn)角 范圍應(yīng)大于搖擺臺轉(zhuǎn)角范圍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明搖擺臺彈簧平衡裝置，采用組合彈簧平衡裝置，平衡負載 范圍大，調(diào)整簡單，工作可靠，大大減輕搖擺臺的整機重量，通過調(diào)整彈簧的壓縮量，可實現(xiàn) 負載在搖擺轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)任意角度下，彈簧力矩與重力矩相等，即達到完全平衡；由于沒有增 加轉(zhuǎn)動部分的重量，則所需的最大驅(qū)動力矩也將大大減小，這樣不僅使搖擺臺結(jié)構(gòu)尺寸減 小，而且也大大降低了制造成本；本發(fā)明彈簧平衡裝置還可適用于多種運動載體。


圖1為本發(fā)明彈簧平衡裝置的一種實施方式安裝在搖擺臺上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中二級平衡裝置的結(jié)構(gòu)(去掉彈簧筒)及其與搖擺臺外環(huán)傳動軸的連 接示意圖；圖3為圖1中一級平衡裝置的結(jié)構(gòu)及其與搖擺臺內(nèi)環(huán)傳動軸的連接示意圖；圖4為圖1中一級平衡裝置的平衡設(shè)計簡圖；圖5為圖1中二級平衡裝置的平衡設(shè)計簡圖。圖中標號為1 一級彈簧平衡裝置；2 二級彈簧平衡裝置；3搖擺臺；4外環(huán)支架；5第二支座；6 支撐軸；7曲柄；8搖擺臺的外環(huán)傳動軸；9端蓋；10連接桿；11彈簧筒；12可調(diào)節(jié)螺母；13 傳動軸；14萬向球鉸鏈；15內(nèi)彈簧；16外彈簧；17搖擺臺的內(nèi)環(huán)傳動軸；18內(nèi)環(huán)框架；19第
一支座。
具體實施例方式參見圖1至圖3，本發(fā)明用于搖擺臺的彈簧平衡裝置，包括一級彈簧平衡裝置1和 二級彈簧平衡裝置2，所述的一級彈簧平衡裝置1通過曲柄7安裝在搖擺臺3的內(nèi)環(huán)傳動軸 17上，二級彈簧平衡裝置2通過曲柄7安裝在搖擺臺3的外環(huán)傳動軸8上。其中的二級彈 簧平衡裝置2包括連接桿10，在連接桿10上套裝有彈簧筒11，內(nèi)彈簧15和外彈簧16通過 活塞裝于彈簧筒11中(其中外彈簧16為右旋，內(nèi)彈簧15為左旋)連接桿10的一端伸出 彈簧筒11通過可調(diào)節(jié)螺母12與萬向球鉸鏈14連接，萬向球鉸鏈14通過傳動軸13與曲柄 7連接，所述彈簧筒11上遠離可調(diào)節(jié)螺母12的一端安裝有端蓋9。一級彈簧平衡裝置1和 二級彈簧平衡裝置2的結(jié)構(gòu)相同，在此不再詳述。
在二級彈簧平衡裝置2彈簧筒11的兩端固接支撐軸6，在搖擺臺3外環(huán)支架4上 安裝第二支座5，該第二支座5上與支撐軸6的相應(yīng)位置處開設(shè)有軸孔，所述的支撐軸6套 于上述軸孔中。同理，在一級彈簧平衡裝置1彈簧筒11的兩端固接支撐軸6，在搖擺臺3內(nèi) 環(huán)框架18上安裝第一支座19，該第一支座19上與支撐軸6的相應(yīng)位置處開設(shè)有軸孔，所述 的支撐軸6套于上述軸孔中。具體以一長1075mm，寬1080mm，高970mm的搖擺臺3為例，在其上安裝的一級彈 簧平衡裝置1或二級彈簧平衡裝置2的長為650 750mm，寬為100 140mm，深為200 350mm。其中，所述一級彈簧平衡裝置1的中心線與水平線的夾角為36°，彈簧平衡轉(zhuǎn)角范 圍為士25°。所述二級彈簧平衡裝置2的中心線與水平線的夾角為46°，彈簧平衡轉(zhuǎn)角范 圍為士23°。具體的彈簧平衡裝置的設(shè)計如下1、一級彈簧平衡裝置的設(shè)計一級彈簧平衡裝置的平衡簡圖如圖4所示。設(shè)負載W= 125kg，負載重心距離內(nèi)環(huán) 軸心為540mm。內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)角范圍為士20°，彈簧平衡轉(zhuǎn)角范圍為士25°，當負載仰角為0°時，負載 的重心偏離內(nèi)環(huán)軸的角度θ =0°。彈簧平衡裝置的空間尺寸選定如下OA = 160mm, OB = 341mm，當負載仰角為0°時，重心在內(nèi)環(huán)軸心上，0、Α、Β三點共 線，并根據(jù)結(jié)構(gòu)的空間尺寸選定OB與X軸夾角為36°。確定彈簧的預壓縮量為S ο = AB = OB-OA = 181mm當負載轉(zhuǎn)到25°時，彈簧的最大壓縮量為Smax = A1B,根據(jù)余弦定律，
J
A1B = IOAf +OB2 - ZOA1 . OB ‘ cosZS5 = 207.3ram根據(jù)力矩平衡原理，確定彈簧剛度k為
Γ π , OD-W 540X1.25 ^ ,,k =-二-= 1.24kffymm
OA-OB 160X3 41則彈簧的最大工作載荷為Pmax= k · Smax = 1. 24X208 = 258kg。由于彈簧剛度大，為了減小平衡器的空間尺寸，采用雙層組合彈簧，為保證組合彈 簧的同心關(guān)系，防止內(nèi)、外彈簧產(chǎn)生歪斜現(xiàn)象，兩個彈簧的旋向相反，外彈簧采用右旋，內(nèi)彈 簧采用左旋，彈簧剛度為k = kl+k2。設(shè)計外彈簧(右旋)的剛度kl = 0. 65kg/mm,內(nèi)彈簧(左旋)的剛度k2 = 0. 85kg/ mm，則一級彈簧平衡裝置的總剛度k為k = kl+k2 = 0. 65+0. 85 = 1. 5kg/mm。2、二級彈簧平衡裝置的設(shè)計二級彈簧平衡裝置的平衡簡圖如圖5所示。設(shè)計負載W= 330kg，負載重心距離外 環(huán)軸心為200mm。外環(huán)轉(zhuǎn)角范圍為士 18°，彈簧平衡轉(zhuǎn)角范圍為士23°，當負載仰角為0°時，負載 的重心偏離外環(huán)軸的角度θ = 0°。彈簧平衡器裝置的空間尺寸選定如下OA= 150mm，OB = 320mm，當負載仰角為0°時，重心在外環(huán)軸心，0、Α、Β三點共線，并根據(jù)結(jié)構(gòu)的空間尺寸選定OB與Z軸夾角為46°。確定彈簧的預壓縮量為S ο = AB = OB-OA = 170mm當負載轉(zhuǎn)到23°時，彈簧的最大壓縮量為Smax = A1B,根據(jù)余弦定律，
=VfISO2 + 3202 - 2xl50x320xcos23° = 19Irani彈簧剛度k為 彈簧的最大工作載荷為Pmax = K · Smax = 1. 38X191 = 264kg。彈簧采用雙層組合彈簧，外彈簧采用右旋，內(nèi)彈簧采用左旋，設(shè)計外彈簧(右旋) 的剛度kl = 1.02kg/mm，內(nèi)彈簧(左旋)的剛度k2 = 0. 53kg/mm，二級彈簧平衡裝置的總 剛度 k 為k = kl+k2 = 1. 02+0. 53 = 1. 55kg/mm。
權(quán)利要求
用于搖擺臺的彈簧平衡裝置，其特征在于包括一級彈簧平衡裝置(1)和二級彈簧平衡裝置(2)，其中一級彈簧平衡裝置(1)通過曲柄(7)安裝在搖擺臺(3)的內(nèi)環(huán)傳動軸(17)上，二級彈簧平衡裝置(2)通過曲柄(7)安裝在搖擺臺(3)的外環(huán)傳動軸(8)上；所述的一級彈簧平衡裝置(1)和二級彈簧平衡裝置(2)結(jié)構(gòu)相同，均包括連接桿(10)，在連接桿(10)上套裝有彈簧筒(11)，內(nèi)彈簧(15)和外彈簧(16)通過活塞裝于彈簧筒(11)中，連接桿(10)伸出彈簧筒(11)的一端通過可調(diào)節(jié)螺母(12)與萬向球鉸鏈(14)連接，萬向球鉸鏈(14)通過傳動軸(13)與曲柄(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于搖擺臺的彈簧平衡裝置，其特征在于一級彈簧平衡裝 置(1)的彈簧筒(11)的兩端固接有支撐軸(6)，兩支撐軸(6)的另一端套于安裝在搖擺臺 (3)的內(nèi)環(huán)框架(18)上的第一支座(19)上的軸孔中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于搖擺臺的彈簧平衡裝置，其特征在于二級彈簧平衡裝 置(2)的彈簧筒(11)的兩端固接有支撐軸(6)，兩支撐軸(6)的另一端套于安裝在搖擺臺 (3)的外環(huán)支架(4)上的第二支座(5)上的軸孔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于搖擺臺的彈簧平衡裝置，其特征在于在長1075mm，寬 1080mm，高970mm的搖擺臺(3)上，所述一級彈簧平衡裝置(1)或二級彈簧平衡裝置(2)的 長為650 750mm，寬為100 140mm，深為200 350mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于搖擺臺的彈簧平衡裝置，其特征在于所述一級彈簧平 衡裝置(1)的中心線與水平線的夾角為36°，彈簧平衡轉(zhuǎn)角范圍為士25°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于搖擺臺的彈簧平衡裝置，其特征在于所述二級彈簧平 衡裝置(2)的中心線與水平線的夾角為46°，彈簧平衡轉(zhuǎn)角范圍為士23°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于搖擺臺的彈簧平衡裝置，它包括一級彈簧平衡裝置和二級彈簧平衡裝置，其中一級彈簧平衡裝置通過曲柄安裝在搖擺臺的內(nèi)環(huán)傳動軸上，二級彈簧平衡裝置通過曲柄安裝在搖擺臺的外環(huán)傳動軸上；所述的一級彈簧平衡裝置和二級彈簧平衡裝置結(jié)構(gòu)相同，均包括連接桿，在連接桿上套裝有彈簧筒，內(nèi)彈簧和外彈簧通過活塞裝于彈簧筒中，連接桿伸出彈簧筒的一端通過可調(diào)節(jié)螺母與萬向球鉸鏈連接，萬向球鉸鏈通過傳動軸與曲柄連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明平衡負載范圍大，調(diào)整簡單，工作可靠，大大減輕搖擺臺的整機重量，通過調(diào)整彈簧的壓縮量，可實現(xiàn)負載在轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)任意角度下彈簧力矩與重力矩相等。
文檔編號G05D3/10GK101881974SQ20101019601
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者傅文軍, 方宜堃, 方皓, 魏繼達, 黃瓊瓊 申請人:桂林長海發(fā)展有限責任公司