[实用新型]阵列式弹簧平衡装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种阵列式弹簧平衡装置。其用途是消除绕固定轴转动的转动体(包括部件、整机或其结合体，以下相同)对于其转动轴的不平衡力矩，特别是转动体的偏心所引起的偏心力矩。

背景技术

在机电一体化设备中，转动体绕固定轴转动的例子经常可见，一般来说转动体的转轴位置是根据转动体的结构以及绕轴转动范围确定的，最好是与转动部分的质心重合，这样转动惯量和风力矩都比较小，转动过程中附加力矩及力矩波动较小。但是由于在制造中尺寸和重量都有误差，转动体的质量和质心位置在设计时不可能准确的预计，或者是受到结构限制，所以通常不可能做到转轴的位置与转动体的质心重合，也就是转动体在转动过程中相对于转轴不能做到完全平衡。转动体的质心与其转轴的不重合，会在转动体转动时产生由于偏心而引起的偏心力矩，这种偏心力矩不是定值，一般都是随转轴的转动角度而呈正旋变化，这就会增加驱动功率、增大设备的摩擦磨损，影响转动的平稳性，这就必然会增加控制系统的控制难度，特别是需要实现高度精确控制的转动系统。当转轴的不平衡量过大时,引起机电设备转动体的振动和噪声加大,严重地影响其运转性能,同时还会加快轴承等零件的磨损,从而降低机电设备转动体的使用寿命。另外，对于机电设备转动体转动过程中速度、加速度起伏大、需要在任意位置急停急转的控制系统，在此情况下甚至可能引起系统的震动，严重时造成系统失控，不能正常工作。不平衡力矩是有规律变化的，不平衡力矩误差属于系统误差。在控制上可以设法补偿，但会使控制系统变得复杂、功率增大、稳定性变差。比较简便、可靠的方法是在机械上实现完全平衡。阵列式弹簧平衡装置是用来平衡由于转动体重心不通过转动轴而形成的偏心重力矩的一种机械装置，只要设计合理就可以实现负载对于转轴的完全静平衡。

目前各种机电一体化设备中，绕固定轴转动的转动体大都采用配重块对负载进行平衡，但是由于负载的外部构造和转角范围等因素，采用这种配重平衡方式有很大的局限性，尤其是当负载重量较大时，上述局限性就越明显，具体表现为：一是平衡范围窄，不同的负载需要不同的配重块；二是平衡的调整复杂；三是随着负载的增大，配重块的安装越发困难。采用弹簧平衡装置对负载进行自动平衡，这种方式平衡负载范围大，调整简单，工作可靠，可以大大减轻系统重量。因此弹簧平衡装置具有简单可靠，使用方便，可以随时根据负载转轴的转角大小调整螺旋压缩弹簧力使装置处于一个动态平衡的条件下，具有随时随地对不平衡力矩进行平衡的优点。

图10、图11中为现在常用的普通弹簧平衡装置，是根据螺旋压缩弹簧特性和系统的力矩平衡条件推导而来的。实现完全静平衡需要满足下面三个条件:

⑴转轴α＝γ转角，α＝γ螺旋压缩弹簧压缩量S＝AB

⑵OD·G＝P′·OA·OB，螺旋压缩弹簧钢度

则机构就能在任意位置上使偏心力矩和螺旋压缩弹簧力矩相等，即实现完全静平衡。

对于中小尺寸与质量的偏心转动负载，常用的实现方式为：转动臂01一端与负载转轴固联，当负载转轴转动时与其一起转动，另一端与单体螺旋压缩弹簧轴拉杆402铰接。压缩螺旋压缩弹簧05穿过单体螺旋压缩弹簧轴拉杆402安装于旋转套04与压头07之间，旋转套04上两侧的转动半轴安装于固定件08与压块09之间的法兰盘衬套03内形成一活动转动联接，固定件08固联于设备大支架010上，压块09固联于固定件08上。

当负载转动时，固联于负载上的转动臂01与其一起转动，转动臂01带动与其铰接的单体螺旋压缩弹簧轴拉杆02沿自身轴线移动同时与随旋转套04、螺旋压缩弹簧05、压头07旋转套04上的两半轴转动，同时进行压缩与放松螺旋压缩弹簧05的运动。当负载的质心D处于铅垂位置时，负载对其转轴O的不平衡力矩为0。这时OAB位于同一直线上，螺旋压缩弹簧的压缩量AB为最小，弹簧压缩力对于负载转轴O的力矩也为0，转动系统处于静平衡状态。当负载转动时，螺旋压缩弹簧05被压缩，负载偏离铅垂面的转角γ，负载轴轴心与转背01与单体螺旋压缩弹簧轴拉杆02的交接轴轴心之间的连线，负载轴轴心与旋转套上的两半轴轴心间的连线所形成的转轴α自然满足α＝γ。

对于，只要在当负载的质心D处于铅垂位置时，这时OAB位于同一直线上，使螺旋压缩弹簧的压缩量S＝AB，当负载轴转动时AB随转动臂01的转动而变化，螺旋压缩弹簧所增加的压缩量等于AB的增加量，即可以始终保持S＝AB。

只要恰当设计螺旋压缩弹簧，使螺旋压缩弹簧刚度，即可实现转动系统在任意转角的静平衡。