一种可自动调整扭转刚度的翻转装置储能机构,包括枢轴管、扭簧固定支座、矩形扭杆弹簧、底座,矩形扭杆弹簧设于枢轴管内,枢轴管的转动以扭簧固定支座为固定点扭转,其特征在于:还包括一个扭转角反馈机构。本发明能实现设备状态转换过程中储能机构的扭转刚度自动调整,尤其适于大型、重型设备的状态转换,设备的设计生产可以根据实际需要对储能机构进行匹配设计,可根据实际需要对扭转角反馈机构设计适宜的反馈角以达到扭转刚度在工作过程中可变化的要求,以利于优化平衡效能,达到储能、节能的目的。
1.一种可自动调整扭转刚度的翻转装置储能机构,包括枢轴管、第一转动支承、扭簧固定支座、矩形扭杆弹簧、底座,枢轴管套在第一转动支承内,矩形扭杆弹簧设于枢轴管内,第一转动支承安装在底座上,矩形扭杆弹簧的第一端伸出枢轴管的第一端安装在扭簧固定支座的方孔内,矩形扭杆弹簧的第二端安装在枢轴管的第二端的方孔内,枢轴管的转动以扭簧固定支座为固定点扭转,其特征在于:还包括一个扭转角反馈机构,所述扭转角反馈机构包括一个通过第二转动支承固定于底座上的丝杠副、一个套装固定于枢轴管上的不完全齿轮、一个变速齿轮组、一个可驱动丝杠副的锥齿轮组、一对与丝杠副的丝母相铰接的滑块,所述扭簧固定支座设有一对与滑块相匹配的滑座,所述不完全齿轮与变速齿轮组相匹配,所述变速齿轮组的输出端与锥齿轮组的输入端相啮合。技术领域
本发明涉及一种翻转装置的储能机构,尤其是一种工作过程中可自动调整扭转刚度的翻转装置储能机构。xa0
背景技术
现有技术的翻转装置储能机构,可实现将物体质心向下转动时释放的位能储存起来,以作为物体向上转动的驱动能。公开号为CN2506599Y的中国专利公开了一种翻转装置的储能机构,包括枢轴管、转动支承、扭簧固定支座、扭簧、底座,枢轴管套在转动支承内,扭簧位于枢轴管内,转动支承和扭簧固定支座安装在底座上,扭簧为矩形扭杆弹簧,其一端部伸出枢轴管安装在扭簧固定支座方孔内,另一端安装在枢轴管端部方孔内,枢轴管的转动以扭簧固定支座为固定点扭转。其原理是,设备的状态转换可带动枢轴管及扭杆弹簧的一端转动,设备状态转换所释放的能量以扭杆弹簧的变形能量储存在储能机构中,在设备状态逆向转换时,储能机构中储存的能量被释放用作动力。该技术方案采用矩形扭杆弹簧为弹性元件,其结构简单,占用空间小,储能效率高,已应用于多种需作翻转运动的设备,如电子对抗设备、通信设备、雷达的天线翻转。实践中发现,采用这种结构的储能机构,因理论计算与实际参数有一定偏差,往往导致力矩平衡效能达不到预期效果。xa0为解决方便调节扭力的问题,本申请人号为201110282490.5的中国专利公开了一种扭力可调的储能机构,通过调节扭力可实现使用时的平衡效能与理论计算尽量接近,但其扭力调整后的储能机构的扭转刚度为一定值,工作过程中不能变化,不能适应大型、重型设备在进行状态转换过程中需调整扭转刚度以实现平衡效能最大化的要求。本说明书所说的设备状态转换过程中扭转刚度的调整,是指相对扭转刚度的调整,不是对矩形扭杆弹簧的属性的调整。xa0现有技术的储能机构,还无法解决设备在进行状态转换过程中对扭转刚度可调整变化的技术问题。xa0
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提出了一种工作过程中可自动调整扭转刚度的翻转装置储能机构,其储能、节能效果好。xa0本发明采用如下技术方案,包括枢轴管、第一转动支承、扭簧固定支座、矩形扭杆弹簧、底座,枢轴管套在第一转动支承内,矩形扭杆弹簧设于枢轴管内,第一转动支承安装在底座上,矩形扭杆弹簧的第一端伸出枢轴管的第一端安装在扭簧固定支座的方孔内,矩形扭杆弹簧的第二端安装在枢轴管的第二端的方孔内,枢轴管的转动以扭簧固定支座为固定点扭转,其特征在于:还包括一个扭转角反馈机构,xa0所述扭转角反馈机构包括一个通过第二转动支承固定于底座上的丝杠副、一个套装固定于枢轴管上的不完全齿轮、一个变速齿轮组、一个可驱动丝杠副的锥齿轮组、一对与丝杠副的丝母相铰接的滑块,所述扭簧固定支座设有一对与滑块相匹配的滑座,所述不完全齿轮与变速齿轮组相匹配,所述变速齿轮组的输出端与锥齿轮组的输入端相啮合。xa0本装置通过扭转角反馈机构,可根据设备转换状态的实际需要,自动调整储能机构扭转刚度,优化平衡效能。其原理是:在储能机构的枢轴管上套装有一个不完全齿轮,当储能机构工作在0~θ₁转角段时,不完全齿轮与变速齿轮组中的齿轮处于脱开状态,在此工作角度段内,变速齿轮组、锥齿轮组、丝杠副处于不转动状态,扭簧固定支座处于固定状态,在此期间扭簧实际扭转角与设备翻转角度相同。当储能机构工作在θ₁~θ₂转角段时,不完全齿轮与变速齿轮组的齿轮处于啮合状态,在此工作角度段内,不完全齿轮依次驱动变速齿轮组、锥齿轮组、丝杠副,丝杠副的转动使丝母移动,丝母带动滑块向左移动,由于滑块与丝母相铰接,滑块左移驱动滑座向左偏移,扭簧固定支座即随同设备同向转动一个角度(扭簧固定支座可调转角,相当于调整了矩形扭杆弹簧的扭转刚度),此角度值为(θ₂-θ₁-δθ),这样储能机构中的扭簧实际扭转角为δθ,而设备实际工作转角为θ₁~θ₂,如0~θ₁段矩形扭杆弹簧扭转刚度为tg(α₁),则在θ₁~θ₂转角段时的矩形扭杆弹簧扭转的相对扭转刚度为tg(α₂),其值为tg(α₂)=tg(α₁)×δθ/(θ₂-θ₁)。扭转角反馈机构实现了设备在θ₁~θ₂转角段内工作过程中储能机构的扭转刚度可自动调整,调整后有利于优化平衡效能。xa0本装置可根据设备转换状态的实际需要,确定适宜的矩形扭杆弹簧的实际扭转角δθ,以达到设备实际所需要的平衡扭矩,扭转角反馈机构的传动比根据设备实际所需的反馈角度量(θ₂-θ₁-δθ)及结构参数确定。xa0本发明的有益效果:xa0本发明能实现设备状态转换过程中储能机构的扭转刚度自动调整,尤其适于大型、重型设备(如起重设备、电子对抗设备、通信设备、雷达等)的状态转换,设备的设计生产可以根据实际需要对储能机构进行匹配设计,一方面可对矩形扭杆弹簧的扭转刚度的作匹配设计,还可根据实际需要对扭转角反馈机构设计适宜的反馈角以达到扭转刚度在工作过程中可变化的要求,以利于优化平衡效能,达到储能、节能的目的。xa0
附图说明
图1为翻转装置储能机构的结构原理示意图。xa0图2为图1的右视结构示意图。xa0图3为图2的俯视结构原理示意图。xa0图4为图2的A-A剖视局部结构示意图。xa0图5为本发明的扭转角反馈机构的结构原理示意图。xa0图6是扭转刚度为定值的扭力可调储能机构的力矩平衡示意图。xa0图7为本发明(扭转刚度可调)的力矩平衡示意图。xa0
具体实施方式
如图1至图7所示,本发明一种实施例,包括枢轴管1、第一转动支承2、扭簧固定支座3、矩形扭杆弹簧4、底座,枢轴管1套在第一转动支承2内,矩形扭杆弹簧4设于枢轴管1内,第一转动支承2安装在底座上,矩形扭杆弹簧4的第一端伸出枢轴管1的第一端安装在扭簧固定支座3的方孔内,矩形扭杆弹簧4的第二端安装在枢轴管1的第二端的方孔内,枢轴管1的转动以扭簧固定支座3为固定点扭转,还包括一个扭转角反馈机构5,所述扭转角反馈机构5包括一个通过第二转动支承6固定于底座上的丝杠副7、一个套装固定于枢轴管1上的不完全齿轮8、一个变速齿轮组9、一个可驱动丝杠副7的锥齿轮组10、一对与丝杠副7的丝母11相铰接的滑块12,所述扭簧固定支座3设有一对与滑块12相匹配的滑座13,所述不完全齿轮8与变速齿轮组9相匹配,所述变速齿轮组9的输出端与锥齿轮组10的输入端15相啮合。xa0如图1至图7所示,本装置通过扭转角反馈机构5,可根据设备转换状态的实际需要,自动调整储能机构扭转刚度,优化平衡效能。其原理是:在储能机构的枢轴管1上套装有一个不完全齿轮8,当储能机构工作在0~θ₁转角段时,不完全齿轮8与变速齿轮组9中的齿轮处于脱开状态,在此工作角度段内,变速齿轮组9、锥齿轮组10、丝杠副7处于不转动状态,扭簧固定支座3处于固定状态,在此期间矩形扭杆弹簧4实际扭转角与设备翻转角度相同。当储能机构工作在θ₁~θ₂转角段时,不完全齿轮8与变速齿轮组9的齿轮14处于啮合状态,在此工作角度段内,不完全齿轮8依次驱动变速齿轮组9、锥齿轮组10、丝杠副7,丝杠副7的转动使丝母11移动,丝母11带动滑块12向左移动,由于滑块12与丝母11相铰接,滑块12左移驱动滑座13向左偏移,扭簧固定支座3即随同设备同向转动一个角度,此角度值为(θ₂-θ₁-δθ),这样储能机构中的矩形扭杆弹簧4实际扭转角为δθ,而设备实际工作转角为θ₁~θ₂,如0~θ₁段扭簧扭转刚度为tg(α₁),则在θ₁~θ₂转角段时的矩形扭杆弹簧4扭转的相对扭转刚度为tg(α₂),此相对扭转刚度的值为tg(α₂)=tg(α₁)×δθ/(θ₂-θ₁)。扭转角反馈机构5实现了设备在θ₁~θ₂转角段内工作过程中储能机构的扭转刚度可自动调整,调整后有利于优化平衡效能。xa0本装置可根据设备转换状态的实际需要,确定适宜的矩形扭杆弹簧4的实际扭转角δθ,以达到设备实际所需要的平衡扭矩,扭转角反馈机构5的传动比根据设备实际所需的反馈角度量(θ₂-θ₁-δθ)及结构参数确定,有一种实施例的传动比为39.2。xa0如图7所示,因矩形扭杆弹簧4的扭转刚度为tg(α₁),则在设备翻转角为θ₁时,其平衡力矩为T₁,T₁=tg(α₁)×θ₁。当储能机构工作在θ₁~θ₂转角段时,设备实际工作转角为θ₁~θ₂,矩形扭杆弹簧4的实际扭转角为δθ,设备翻转角为θ₂时,其平衡力矩为T₃,T₃=tg(α₁)×δθ。如不设置扭转角反馈机构5,则在设备翻转角为θ₂时,其平衡力矩为T₂,T₂=tg(α₁)×θ₂,从图7中比较T₂与T₃,可看出,T₂值较大,表明需提供较大的动力配置才能满足设备翻转的要求。采用本发明,以较小的平衡力矩即可实现设备翻转,达到了节能目的。xa0一种实施例,被翻转的设备为一质心位置较高的大型天线,天线质量为2142.8kg,质心位置距枢轴管中心高1670mm,天线需作90°翻转,天线传给枢轴管中心的力矩是35070N.m,如按扭力可调式储能机构设计,调整后其扭转刚度为一定值,其最佳平衡效能为20600N.m,即翻转天线过程中所需外力矩最大为14470N.m即可,其力矩平衡效果如图6所示。经采用本发明的扭转刚度可调的储能机构,其最佳平衡效能为30450N.m,即翻转天线过程中所需外力矩最大为4620N.m即可,平衡效能为扭力可调式储能机构的3.13倍,其力矩平衡效果如图7所示。通过本发明技术实现了平衡效能最大化,达到了储能、节能的目的,极大地提高了工作效率。xa0与本发明类似的同类结构的等效变换,均落入本发明的保护范围。xa0