连续弹性刚度调节装置制造方法及图纸

一种连续弹性刚度调节装置，包括：开口圆环、中心轴和连接件，其中：开口圆环、中心轴和连接件，其中：开口圆环的一端通过连杆与中心轴的一端相连，中心轴的另一端设有驱动机构，连接件套设于开口圆环，本发明专利技术中的中心轴只承受支座的压力，没有弯矩，易于保持所需刚度，装置的刚度易于调节，能够在承受外力的情况下自由调节刚度，整体结构简单电机的输入功率小，操作方便，精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种机械结构领域的技术，具体是一种连续弹性刚度调节装置。
技术介绍
悬臂件在横向集中力的作用下会发生弯曲变形，进而产生挠度。挠曲刚度由悬臂件的杨氏弹性模量、截面惯性矩以及力臂大小等决定。对于一个给定的悬臂件，杨氏弹性模量以及截面惯性矩是一定的，悬臂件的力臂越大，悬臂件的挠曲刚度越小；反之，悬臂件的力臂越小，悬臂件的挠曲刚度越大。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术较多采用液压伺服机构进行驱动，其对活塞腔的密封性要求很高等限制，提出一种连续弹性刚度调节装置，结构简单紧凑，操作方便，精度高，可以适用于微型步进电机，易于实现整体结构微型化。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括：开口圆环、中心轴和连接件，其中：开口圆环的一端通过连杆与中心轴的一端相连，中心轴的另一端设有驱动机构，连接件套设于开口圆环。所述的驱动机构包括：蜗轮和连有电机的蜗杆，其中：蜗轮固定于中心轴端部，蜗杆与蜗轮相啮合以驱动蜗轮旋转。所述的电机为步进电机。所述的中心轴外壁沿轴向设有矩形凸台。所述的连杆与矩形凸台相连。所述的开口圆环的径向截面为矩形，其截面面积优选为由开口一端到开口另一端逐渐增大，开口圆环的开口处的径向截面最大的一端通过连杆与中心轴的一端相连，从而实现更大的开口圆环的挠曲刚度的调节范围。所述的矩形的长宽比根据实际应用中需要的挠曲刚度的区间的不同，可有不同的长宽比，优选为1～1.6。所述的连杆的横截面为矩形。所述的开口圆环的径向截面为圆形。所述的连接件包括：Y型头和滚轮，其中：滚轮设置于Y型头的Y型开口处。技术效果与现有技术相比，本专利技术中的中心轴只承受支座的压力，没有弯矩，易于保持所需刚度；装置的刚度易于调节，能够在承受外力的情况下自由调节刚度；整体结构简单，电机的输入功率小，操作方便，精度高。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；图2为本专利技术俯视图；图3为Y型头和滚轮结构示意图；图4为刚度测试结果图；图中：1开口圆环、2中心轴、3蜗轮、4蜗杆、5Y型头、6滚轮、7步进电机、8连杆。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1～2所示，本实施例包括：开口圆环1、中心轴2和连接件，其中：开口圆环1的径向截面面积由开口一端到开口另一端逐渐增大，开口圆环1的开口处的径向截面最大的一端通过连杆8与中心轴2一端相连，中心轴2的另一端设有驱动机构，连接件套设于开口圆环1上。所述的驱动机构包括：蜗轮3和连有电机的蜗杆4，其中：蜗轮3固定于中心轴2一端，蜗杆4与蜗轮3相啮合以驱动蜗轮3旋转。该电机为步进电机7，以带动蜗杆4转动，从而为整个装置提供动力。所述的中心轴2的外壁沿轴向设有矩形凸台。连杆8与中心轴2下端的矩形凸台平面相连。而蜗轮3套设于中心轴2的上端，通过凸台来实现蜗轮3和中心轴2的同步转动。本实施例中所述的开口圆环1的径向截面为矩形，其长宽比为1～1.6。连杆8的横截面也为矩形。开口圆环1的径向截面还可以为圆形。如图3所示，所述的连接件包括：Y型头5和滚轮6，其中：Y型头5的两侧分叉分别与滚轮6两端相连，即设置于Y型开口处，从而使得连接件沿着开口圆环1滚动，实现刚度的可调节。使用时，Y型头5受到外部拉力，该拉力沿着开口圆环1的径向方向。步进电机7带动开口圆环1转动，从而使得Y型头5处的开口圆环1的径向截面面积不同，实现整个装置刚度的改变。如图4所示，开口圆环1的八个测量位置P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7和P8分别为与连杆8夹角为22.5°、67.5°、112.5°、157.5°、202.5°、247.5°、292.5°和337.5°处。实验中的开口圆环1直径为40mm，其径向截面最小处尺寸为2×2mm而后逐渐变大，连杆8的横截面尺寸为2×3mm。由图可知，Y型头5处于各个位置处的拉力—变形曲线总体呈直线，说明Y型头5处于各个位置处开口圆环1的刚度一定，随着Y型头5从P1位置逐渐滚动到P8，装置的刚度逐渐变大，并且越接近P8位置刚度变化越大。刚度测试结果的平均值见表1，刚度单位N/mm。表1刚度测试结果的平均值位置P1P2P3P4P5P6P7P8刚度0.30.350.480.610.750.921.8117.09与现有技术相比，本专利技术中的开口圆环通过Y型头承受拉力时，与开口圆环相连的中心轴只承受其支座的压力，不受弯矩，避免了采用额外的能量或装置来抵抗弯矩，易于保持设置的刚度。不受外力的情况下调节装置的刚度时，中心轴不受任何支座反力或弯矩，步进电机只需要很小的能量带动蜗轮进行转动，易于对刚度进行调节。如果需要在承受外力的作用下对刚度进行调节，此时中心轴也主要承受支座压力，滚轮与开口圆环之间的横向摩擦会引起支座处的弯矩，本专利技术采用滚动连接最大程度减小滚轮与开口圆环之间的摩擦，因此在开口圆环承受外力情况下开口圆环中心轴承受的弯矩值也很有限，即使在承受外力的情况下调节刚度，对步进电机的输出功率的需求也是有限的。本专利技术结构简单紧凑，采用步进电机带动蜗轮的方式来调节开口圆环的输出刚度，操作方便，精度高，并且对步进电机的输出功率要求很小，可以选用微型步进电机，易于实现整体结构微型化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续弹性刚度调节装置，其特征在于，包括：开口圆环、中心轴和连接件，其中：开口圆环的一端通过连杆与中心轴的一端相连，中心轴的另一端设有驱动机构，连接件套设于开口圆环；所述的驱动机构包括：蜗轮和连有电机的蜗杆，其中：蜗轮固定于中心轴端部，蜗杆与蜗轮相啮合以驱动蜗轮旋转。

【技术特征摘要】
1.一种连续弹性刚度调节装置，其特征在于，包括：开口圆环、中心轴和连接件，其中：开口圆环的一端通过连杆与中心轴的一端相连，中心轴的另一端设有驱动机构，连接件套设于开口圆环；所述的驱动机构包括：蜗轮和连有电机的蜗杆，其中：蜗轮固定于中心轴端部，蜗杆与蜗轮相啮合以驱动蜗轮旋转。2.根据权利要求1所述的连续弹性刚度调节装置，其特征是，所述的电机为步进电机。3.根据权利要求1所述的连续弹性刚度调节装置，其特征是，所述的中心轴外壁沿轴向设有矩形凸台。4.根据权利要求3所述的连续弹性刚度调节装置，其特征是，所述的连杆与矩形凸台相连。5.根据权利要求1所述的连续弹性刚度调节装置，其特征是，所述的开口圆环的径向截面为矩形。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·谢恩，康利平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31