專利名稱：重物升降平衡及調(diào)節(jié)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及運動物體重量的平衡及進行調(diào)節(jié)控制的機構(gòu)。
在許多需要操作重物做靈活升降運動的場合，因為重物重量的影響而導致操作負荷的輕重不均，需一套簡易的機構(gòu)來克服重量的影響，使得重物如在失重狀態(tài)一樣地便于操作，而且要求達到全行程范圍都保持這樣的狀態(tài)。
現(xiàn)行的重物升降平衡調(diào)節(jié)機構(gòu)一般可分為重物配重調(diào)節(jié)機構(gòu)、凸輪彈簧調(diào)節(jié)機構(gòu)及電動調(diào)節(jié)機構(gòu)三類。電動調(diào)節(jié)機構(gòu)可以達到較好的效果，但成本較高，不適用于低價產(chǎn)品；重物配重調(diào)節(jié)機構(gòu)主要用于施工機械(如塔吊)等體積大、空間不受限制或操作對象不定的場合；凸輪彈簧調(diào)節(jié)機構(gòu)普遍用于空間受限、要求低成本實現(xiàn)調(diào)節(jié)又不便使用配重機構(gòu)，或配重機構(gòu)達不到要求的場合(如小型機床)。
現(xiàn)行的凸輪彈簧調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由定滑輪、凸輪、圓柱輪(或凸輪)和彈簧組成，其凸輪輪沿工作段由幾段偏心圓弧擬合而成，調(diào)節(jié)采用凸輪圓柱輪整體擺動以改變彈簧伸長量從而改變力矩總和的方式。其存在以下不足①只能達到點平衡，即可在行程內(nèi)任一點達到平衡，但平衡不能保持移到另一點，當運動體離開調(diào)到的平衡點時，平衡就立即被打破，只有重新調(diào)節(jié)以達到平衡，其根本原因是彈簧圓柱輪一方的力矩變化與圓柱輪的轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系，而重物凸輪一方的力矩變化與凸輪的轉(zhuǎn)角成非正比關(guān)系，兩關(guān)系雖有交點，但不能重合。②調(diào)節(jié)機構(gòu)須使用齒輪或蝸輪蝸桿等高成本零件，故成本較高，生產(chǎn)較復雜，要求有相應(yīng)的加工設(shè)備。
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本實用新型提出一種重物升降平衡及調(diào)節(jié)機構(gòu)，它克服了上述兩大不足，可以在行程內(nèi)任一點調(diào)定狀態(tài)——平衡狀態(tài)或者特定的非平衡狀態(tài)工作并全行程保持。
本實用新型提出的重物升降平衡及調(diào)節(jié)機構(gòu)屬于凸輪彈簧調(diào)節(jié)機構(gòu)，其特征在于a、凸輪輪沿工作段是一同心的阿基米得螺旋線與基圓復合而成的曲線，凸輪工作段上任一點至基圓圓心距離ρ的增量△ρ與對應(yīng)轉(zhuǎn)角增量△θ成正比，即滿足△ρ＝a△θ(a是常數(shù))的特性；b、調(diào)節(jié)機構(gòu)由錐形輪、錐配輪、促動器、柔性連接件和調(diào)節(jié)彈簧組成，彈簧與錐形輪(或錐配輪)和圓柱輪分別通過柔性連接件經(jīng)繩具張緊扣相連，彈簧的另一端固定在機體上；c、促動器的傳動機構(gòu)采用傳動絲桿副或螺桿螺母傳動。
凸輪可采用具有特征a所述輪沿工作段特征的鏈輪、槽輪等輪盤類零件。
柔性連接件分別與凸輪、圓柱輪、錐形輪的連接采用輪周繞固連接方式。
錐配輪可以是任意一種其錐部與錐形輪具有對偶關(guān)系(此有彼無，彼有此無)的零件。
支承轉(zhuǎn)動軸的軸承為向心推力球軸承或向心推力滾柱軸承。
同軸安裝的凸輪、圓柱輪、錐形輪及錐配輪相互之間可以組合制成具有雙重或三重功能的一個零件，如凸輪和圓柱輪；凸輪、圓柱輪和錐配輪；凸輪、圓柱輪和錐形輪；凸輪和錐配輪；凸輪和錐形輪；圓柱輪和錐配輪；圓柱輪和錐形輪。
柔性連接件可采用鋼帶、鋼繩、鏈條等高強度有機材料制成的帶、繩。
圖面說明

圖1為依據(jù)本實用新型提出的重物升降平衡及調(diào)節(jié)機構(gòu)的工作原理圖。圖2為圖1的左視圖。
該重物升降平衡及調(diào)節(jié)機構(gòu)包括改變作用力方向的定滑輪(1)，連接重物(運動體)與凸輪(2)的連接件(10)，在支承軸(6)上同軸安裝并可同步轉(zhuǎn)動的凸輪、圓柱輪(3)、錐形輪(4)及錐配輪(14)，支承軸的向心推力軸承(7)，繞固在圓柱輪和錐形輪上的柔性連接件(11，12)其一端分別通過繩具張緊扣(13)與匹配彈簧(9)和調(diào)節(jié)彈簧(8)連接，彈簧另一端固定在機體上。促使錐形輪相對錐配輪或錐配輪相對錐形輪作軸向移動的促動器(5)，并迫使與調(diào)節(jié)彈簧連接的柔性連接件(12)在錐面上運動從而改變其工作園周(柔性連接件中心對應(yīng)的錐形體的橫截園)半徑——也即彈簧作用力臂作連接變化。
工作原理如圖中所示，調(diào)節(jié)彈簧(8)的作用可以折算后疊加到匹配彈簧(9)上形成等效彈簧，其彈性系數(shù)為K′，則轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)部份就簡化為簡單的凸輪與圓柱輪及等效彈簧組成的力矩調(diào)節(jié)系統(tǒng)。重力P經(jīng)定滑輪(1)進行方向轉(zhuǎn)換后作用于凸輪的輪周上形成順時針轉(zhuǎn)矩Mc，其變化特征為重力P不變，力臂ρ的增量與凸輪的轉(zhuǎn)角增量△θ成正比，即△ρ＝a·△θ(a是常數(shù))，導至順時針方向轉(zhuǎn)矩變化量△Mc與凸輪轉(zhuǎn)角變化量△θ成正比，△Mc＝P·a·△θ；另一方面，彈簧力作用于圓柱輪(3)形成逆時針轉(zhuǎn)矩Mcc，其力臂為圓柱輪的半徑R(常數(shù))，等效彈簧的作用力F的增量△F＝K′·△X＝ (2πR)/(360°) K′·△θ與轉(zhuǎn)角(也是凸輪的轉(zhuǎn)角)△θ成正比，導致逆時針方向的轉(zhuǎn)矩增量△Mcc＝ (2πR2)/(360°) K′△θ與轉(zhuǎn)角增量△θ成正比。當兩個方向的正比關(guān)系的比例系數(shù)相等時，兩力矩變化量總是等量反向，總和為零，處于力矩變化量平衡狀態(tài)(動平衡)，且是全行程保持。當匹配彈簧(9)和連接件(11)的參數(shù)選擇合適，輔以繩張緊扣(13)的調(diào)節(jié)，總可以在一定的彈簧變形量Xo下使Mc＝Mcc，達到靜平衡。如前所述，這一狀態(tài)在全行程保持。本機構(gòu)的調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由錐形輪、錐配輪、促動器(5)、柔性連接件(12)和調(diào)節(jié)彈簧(8)組成，是用以調(diào)節(jié)△Mcc和△θ的比例系數(shù)C而設(shè)計的函數(shù)，C＝f(r)為一個增函數(shù)，其中r為柔性連接體(12)的中心線對應(yīng)的錐形體上的橫截園半徑。當順時針轉(zhuǎn)動促動器(5)的傳動絲桿時，錐形輪(4)向左作直線運動，錐形輪和錐配輪(14)的間距減小，迫使柔性連接體(12)沿錐形輪的錐面向上運動，使得在連續(xù)地增加調(diào)節(jié)彈簧張力的同時，連續(xù)地增大連接件(12)對應(yīng)的錐體橫截園半徑r(也就是調(diào)節(jié)彈簧力的作用力臂)，C＝f(r)也增加；同理，逆時針轉(zhuǎn)動促動器的傳動絲桿時，r減小，C＝f(r)也減小。
當C＝f(r)＝P·a時，機構(gòu)就達到平衡，重物可停于行程的任一位置。式中P為重力，a為常數(shù)，P·a即為重力轉(zhuǎn)矩的變化量△Mc與△θ的比例系數(shù)。
當C＞P·a時，△Mcc＞△Mc，重物(運動體)向上運動。
當C＜P·a時，△Mcc＜△Mc，重物(運動體)向下運動。
本機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，實用，成本低，免維護且功能理想等優(yōu)點。
權(quán)利要求1.一種重物升降平衡及調(diào)節(jié)機構(gòu)，主要由定滑輪(1)、凸輪(2)、圓柱輪(3)、錐形輪(4)、錐配輪(14)、促動器(5)、支承軸(6)、軸承(7)、彈簧(8，9)、柔性連接件(10，11，12)及繩具張緊扣(13)組成，運動體(重物)和凸輪之間用柔性連接件(10)經(jīng)過滑輪(1)相連，其特征在于a、凸輪輪沿工作段是一同心的阿基米得螺旋線與基圓復合而成的曲線，凸輪工作段上任一點至基圓圓心距離ρ的增量Δρ與對應(yīng)轉(zhuǎn)角增量Δθ成正比，即滿足Δρ=αΔθ(α是常數(shù))的特性；b、調(diào)節(jié)機構(gòu)由錐形輪(4)、錐配輪(14)、促動器(5)、柔性連接件和調(diào)節(jié)彈簧組成，彈簧(9，8)與錐形輪或錐配輪和圓柱輪分別通過柔性連接件(11，12)經(jīng)繩具張緊扣(13)相連，彈簧的另一端固定在機體上；c、促動器的傳動機構(gòu)采用傳動絲桿副或螺桿螺母傳動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機構(gòu)，其特征在于凸輪可采用具有特征a所述輪沿工作段特征的鏈輪、槽輪等輪盤類零件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機構(gòu)，其特征在于柔性連接件(10，11，12)分別與凸輪、圓柱輪、錐形輪的連接采用輪周繞固連接方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機構(gòu)，其特征在于錐配輪可以是任意一種其錐部與錐形輪具有對偶關(guān)系的零件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機構(gòu)，其特征在于支承轉(zhuǎn)動軸(6)的軸承(7)為向心推力球軸承或向心推力滾柱軸承。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機構(gòu)，其特征在于同軸安裝的凸輪、圓柱輪、錐形輪及錐配輪相互之間可以組合制成具有雙重或三重功能的一個零件，如凸輪和圓柱輪；凸輪、圓柱輪和錐配輪；凸輪、圓柱輪和錐形輪；凸輪和錐配輪；凸輪和錐形輪；圓柱輪和錐配輪；圓柱輪和錐形輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機構(gòu)，其特征在于柔性連接件可采用鋼帶、鋼繩、鏈條等高強度有機材料制成的帶、繩。
專利摘要本實用新型提出一種重物升降平衡及調(diào)節(jié)機構(gòu)，可以在行程內(nèi)任一點調(diào)定狀態(tài)——平衡狀態(tài)或者特定的非平衡狀態(tài)工作并全行程保持，其特征是a、凸輪輪沿工作段是一同心的阿基米得螺旋線與基圓復合而成的曲線，凸輪工作段上任一點至基圓圓心距離p的增量△p與對應(yīng)轉(zhuǎn)角增量△θ成正比，即滿足△p＝a△θ(a是常數(shù))的特性；b、調(diào)節(jié)機構(gòu)由錐形輪(4)、錐配輪(14)、促動器(5)、柔性連接件和調(diào)節(jié)彈簧組成；c、促動器的傳動機構(gòu)采用傳動絲桿副或螺桿螺母組成。
文檔編號B66C13/18GK2181492SQ9323543
公開日1994年11月2日 申請日期1993年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月31日
發(fā)明者楊建明 申請人:楊建明