專利名稱：膜式大行程單向彈簧機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械領域的單向彈簧機構。
背景技術：
彈簧被廣泛地運用與機械工程和結構工程中。簡單的彈簧形式有螺旋彈簧，扭簧，板簧。碟簧等。這類彈簧的功能簡單，不能完全滿足一些工程的需求。為了某些特殊的需求，往往需要用機構或結構來實現(xiàn)彈簧的功能。如單向彈簧，這類彈簧只在一個方向提供彈簧的功能，而其它兩個方向的剛度相對很大。如機械上采用對螺旋彈簧外側加一個剛性外套或對螺旋彈簧內側加一個剛性內襯實現(xiàn)單向彈簧，如《變剛度彈性系統(tǒng)模擬裝置》 (ZL200410093082.5)。再如建筑結構上采用的一些支座，采用一層鋼板一層橡膠這種“千層餅”式結構實現(xiàn)單向彈簧，如《變剛度調節(jié)型橡膠隔振器》(ZL200720076571.9)。但這類彈簧的行程較小。另一方面，現(xiàn)有的單向彈簧由于其結構自身及制作工藝的問題，其彈性系數(shù)曲線難以設計。本發(fā)明針對大行程單向彈簧及其彈性系數(shù)可設計的要求提出。提出目的是用于海浪發(fā)電，也可用于有相關要求的機械和結構。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種膜式大行程單向彈簧機構，其特征在于膜式彈性裝置， 剛度輸出端齒輪齒條機構，位移放大機構和工作端齒輪齒條機構；
膜式彈簧裝置為整個機構提供彈性剛度，它由支撐圓柱、環(huán)狀薄膜帶、張緊裝置及連接器組成，圓柱不少于2個，圓柱固定在機箱上，用于支撐環(huán)狀薄膜帶，連接器一端與環(huán)狀薄膜帶線性接觸，另一端與齒條剛性連接；
剛度輸出端齒輪齒條機構作用是將薄膜帶橫向變形的線位移轉換為轉動位移，以利于對位移進行放大，它由齒輪齒條機構組成，齒條與剛度輸出的連接器連接，其底部設有導輥，導輥與箱體連接；
位移放大機構的作用是放大力作用產生的位移，它是行星齒輪增速器，也可采用圓柱齒輪增速器；
工作端齒輪齒條機構的作用是將旋轉位移轉換為直線位移，它由齒輪齒條機構及導輥組成，齒輪齒條機構的齒輪傳動于增速器的主動輪。如上所述的膜式大行程單向彈簧機構，其特征在于在剛度輸出的兩端各設一個連接器用于輸出彈簧的剛度，形成對稱布置。對稱布置可以保證對稱平衡和增加彈簧輸出的剛度。如上所述的膜式大行程單向彈簧機構，其特征在于所述行星齒輪增速器，它由主動軸，太陽輪、內齒輪，行星齒輪、行星齒輪軸、行星架，從動軸組成，從動軸一端與剛度輸出端齒輪齒條機構的齒輪通過IV鍵連接，另一端通過III鍵與行星架連接。本發(fā)明的有益效果是該結構能夠提供大行程的彈簧，且運動方向只有一個，其它兩個方向的剛度較運動方向的剛度大很多，可以保證不發(fā)生運動。同時彈簧的彈性變化曲線可以給出解析式，對于要求彈性變化準確的設計是十分重要的。以下結合
本發(fā)明的具體實施例。
圖1膜式彈簧原理圖。圖2彈性系數(shù)曲線。圖3膜式大行程單向彈簧結構主視圖。圖4膜式大行程單向彈簧結構A-A視圖。圖5膜式大行程單向彈簧結構B-B視圖。圖6膜式大行程單向彈簧結構C-C視圖。圖7膜式大行程單向彈簧結構D-D視圖。圖8連接器結構圖。
具體實施例方式圖3中標記的說明雙面齒條1，雙面齒條導輥2，機箱3，主動軸4，工作齒輪5，內齒輪6，行星齒輪7，行星齒輪軸8、太陽輪9，行星架10，環(huán)狀薄膜帶11，圓柱12，齒輪13，從動軸14，蓋板15，齒條16。圖4一圖7中標記的說明I鍵17，II鍵18，III鍵19，導輥20，連接器21，螺桿22，
自鎖螺母23，IV鍵24。發(fā)明原理如圖1所示，外力F作用下，由圓柱支撐的薄膜帶發(fā)生變形，產生彈性恢復力。彈性恢復力與薄膜帶橫向變形S之間關系為
F = '2明、^+ —W 巧！
式中Ttl為薄膜上的初始張力，A為薄膜的橫截面積，E為薄膜的彈性模量，δ為薄膜橫向變形量，L為薄膜剛度輸出端支撐圓柱的間距，Ltl為薄膜帶的原長，F(xiàn)為施加于薄膜橫向的力。圖2給出了三組彈性恢復力與變形的關系曲線，即彈性系數(shù)曲線。圖中三條曲線除膜上初始張力Ttl不同外，其余各參數(shù)均相同。從圖中可見，該類型彈簧在大變形情況為非線性彈簧，但其關系可直接給出其解析式，便于設計利用。在小變形情況，該類彈簧可視為線性彈簧，膜上的初始張拉力可直接改變彈簧的剛度。直接通過薄膜帶產生的變形較小，為了得到較大的變形行程，可通過對位移放大機構實現(xiàn)。本發(fā)明由四部分組成膜式彈性裝置，剛度輸出端齒輪齒條機構，位移放大機構和工作端齒輪齒條機構。膜式彈簧裝置為整個機構提供彈性剛度，它由支撐圓柱12、環(huán)狀薄膜帶11、張緊
裝置及連接器21組成。支撐圓柱12不少于2個，本實施例中采用了九個，圓柱固定在機箱
3上，用于支撐環(huán)狀薄膜帶11。圓柱12的個數(shù)越多，則可以支撐的環(huán)狀薄膜帶11越長；剛
度輸出端的圓柱12間距直接影響彈簧的輸出剛度。由圓柱11支撐的環(huán)狀薄膜11處于預先
張緊狀態(tài)。在剛度輸出的兩端各設一個連接器21用于輸出彈簧的剛度。對稱布置可以保
證對稱平衡和增加彈簧輸出的剛度。連接器21 —端與薄膜帶11線性接觸，另一端與齒條16剛性連接。張緊裝置由自鎖螺母23、螺桿22和連接器21及蓋板15組成。連接器21 — 端與薄膜帶11線接觸，另一端與螺桿22連接。螺桿穿過蓋板上的孔，與螺母23連接。蓋板15固定于機箱上。在薄膜帶張緊力不足時或薄膜帶松弛時，可通過自鎖螺母調節(jié)薄膜帶的松緊程度，微調整膜式彈簧的剛度，以適應設計要求。剛度輸出端齒輪齒條機構作用是將薄膜帶橫向變形的線位移轉換為轉動位移，以利于對位移進行放大。它是由齒輪齒條機構組成。齒條16與剛度輸出的連接器21連接， 其底部設有導輥20，導輥與箱體連接，保證齒條不發(fā)生上下方向的運動。齒條16與齒輪13 嚙合連接。齒輪13通過IV鍵M與增速器的從動軸14連接。位移放大結構的作用是放大力作用產生的位移，它是由增速器組成，可以是行星齒輪增速器，也可采用圓柱齒輪增速器。本例中采用行星齒輪增速器。它由主動軸4，太陽輪9、內齒輪6、行星齒輪軸8、行星輪7、行星架10，從動軸14組成。從動軸一端與剛度輸出端齒輪齒條機構的齒輪13通過IV鍵M連接，另一端通過III鍵19與行星架10連接。行星架設軸承座與行星輪軸8連接，行星齒輪7安裝在行星輪軸8上。行星齒輪與太陽輪嚙合帶動太陽輪旋轉。太陽輪通過II鍵18與主動軸4連接。主動軸4另一端與工作齒輪齒條機構的齒輪5通過I鍵17連接。工作端齒輪齒條機構的作用是將旋轉位移轉換為直線位移，它是由齒輪齒條機構及導輥組成，保證齒條只沿一個方向運動。工作齒輪5與雙面齒條1通過嚙合連接，雙面齒條兩邊設有導輥2限制齒條1沿左右運動，形成單向彈簧。其工作方式為在雙面齒條1下端受有上下方向的力時，雙面齒條上下運動。該運動帶動工作齒輪5產生旋轉運動。齒輪5通過I鍵17帶動主動軸4旋轉，主動軸4通過II 鍵18帶動太陽輪9旋轉。太陽輪9通過嚙合帶動行星齒輪7產生運動，行星齒輪7帶動行星架10發(fā)生轉動。行星架通過III鍵19帶動從動軸14轉動。從動軸14通過IV鍵M帶動齒輪13產生旋轉運動，通過齒輪13與齒條16嚙合帶動齒條16產生前后運動。齒條16與連接器21連接，將運動傳遞至薄膜帶。薄膜帶橫向發(fā)生變形，從而產生彈性恢復力來抵抗傳來的運動。從而形成大行程單向彈簧的作用。本發(fā)明的優(yōu)點是該結構能夠提供大行程的彈簧，且運動方向只有一個，其它兩個方向的剛度較運動方向的剛度大很多，可以保證不發(fā)生運動。同時彈簧的彈性變化曲線可以給出解析式，對于要求彈性變化準確的設計是十分重要的。應用本發(fā)明可應用于CN201110186182. 2重力平衡器中替代其彈簧裝置。較螺旋彈簧形成的結構有如下優(yōu)點；大大地減少了彈簧的尺寸；有效地克服了水平方向剛度弱的缺點，保證運動準確；可以給出準確的彈性變形系數(shù)，便于平衡軌道設計。
具體實施方式
中的實施例只是實現(xiàn)本發(fā)明權利要求技術方案的部分例子，通過全文表述的技術思想和具體實施方式
給出的指引，結合本技術領域的常識所做的多種變形都應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.膜式大行程單向彈簧機構，其特征在于膜式彈性裝置，剛度輸出端齒輪齒條機構， 位移放大機構和工作端齒輪齒條機構；膜式彈簧裝置為整個機構提供彈性剛度，它由支撐圓柱(12)、環(huán)狀薄膜帶(11)、張緊裝置及連接器(21)組成，圓柱(12)不少于2個，圓柱固定在機箱(3)上，用于支撐環(huán)狀薄膜帶(11)，連接器(21)—端與環(huán)狀薄膜帶(11)線性接觸，另一端與齒條(16)剛性連接；剛度輸出端齒輪齒條機構作用是將薄膜帶橫向變形的線位移轉換為轉動位移，以利于對位移進行放大，它由齒輪齒條機構組成，齒條(16)與剛度輸出的連接器(21)連接，其底部設有導輥(20)，導輥與箱體連接；位移放大機構的作用是放大力作用產生的位移，它是行星齒輪增速器，或圓柱齒輪增速器；工作端齒輪齒條機構的作用是將旋轉位移轉換為直線位移，它由齒輪齒條機構及導輥組成，齒輪齒條機構的齒輪傳動于增速器的主動輪。
2.如權利要求1所述的膜式大行程單向彈簧機構，其特征在于在剛度輸出的兩端各設一個連接器(21)用于輸出彈簧的剛度，形成對稱布置。
3.如權利要求1或2所述的膜式大行程單向彈簧機構，其特征在于所述行星齒輪增速器，它由主動軸(4)，太陽輪(9)、內齒輪(6)、行星齒輪(7)、行星齒輪軸(8)、行星架(10) 和從動軸(14)組成，從動軸一端與剛度輸出端齒輪齒條機構的齒輪(16)通過IV鍵(24)連接，另一端通過III鍵(19)與行星架(10)連接。
全文摘要
膜式大行程單向彈簧機構，其特征在于膜式彈性裝置，剛度輸出端齒輪齒條機構，位移放大機構和工作端齒輪齒條機構；膜式彈簧裝置為整個機構提供彈性剛度，它由支撐圓柱、環(huán)狀薄膜帶、張緊裝置及連接器組成，圓柱不少于2個，圓柱固定在機箱上，用于支撐環(huán)狀薄膜帶，連接器一端與環(huán)狀薄膜帶線性接觸，另一端與齒條剛性連接；剛度輸出端齒輪齒條機構由齒輪齒條機構組成，齒條與剛度輸出的連接器連接，其底部設有導輥，導輥與箱體連接；位移放大機構是行星齒輪增速器，或圓柱齒輪增速器；工作端齒輪齒條機構的作用是將旋轉位移轉換為直線位移。該結構是單向大行程的彈簧，且彈簧的彈性變化曲線可以給出解析式，對于要求彈性變化準確的設計十分重要。
文檔編號F16H35/00GK102305260SQ20111024207
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權日2011年8月23日
發(fā)明者沈理姣, 蔡元奇 申請人:蔡元奇