专利名称：膜式大行程单向弹簧机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械领域的单向弹簧机构。
背景技术：
弹簧被广泛地运用与机械工程和结构工程中。简单的弹簧形式有螺旋弹簧，扭簧，板簧。碟簧等。这类弹簧的功能简单，不能完全满足一些工程的需求。为了某些特殊的需求，往往需要用机构或结构来实现弹簧的功能。如单向弹簧，这类弹簧只在一个方向提供弹簧的功能，而其它两个方向的刚度相对很大。如机械上采用对螺旋弹簧外侧加一个刚性外套或对螺旋弹簧内侧加一个刚性内衬实现单向弹簧，如《变刚度弹性系统模拟装置》 (ZL200410093082.5)。再如建筑结构上采用的一些支座，采用一层钢板一层橡胶这种“千层饼”式结构实现单向弹簧，如《变刚度调节型橡胶隔振器》(ZL200720076571.9)。但这类弹簧的行程较小。另一方面，现有的单向弹簧由于其结构自身及制作工艺的问题，其弹性系数曲线难以设计。本发明针对大行程单向弹簧及其弹性系数可设计的要求提出。提出目的是用于海浪发电，也可用于有相关要求的机械和结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种膜式大行程单向弹簧机构，其特征在于膜式弹性装置， 刚度输出端齿轮齿条机构，位移放大机构和工作端齿轮齿条机构；
膜式弹簧装置为整个机构提供弹性刚度，它由支撑圆柱、环状薄膜带、张紧装置及连接器组成，圆柱不少于2个，圆柱固定在机箱上，用于支撑环状薄膜带，连接器一端与环状薄膜带线性接触，另一端与齿条刚性连接；
刚度输出端齿轮齿条机构作用是将薄膜带横向变形的线位移转换为转动位移，以利于对位移进行放大，它由齿轮齿条机构组成，齿条与刚度输出的连接器连接，其底部设有导辊，导辊与箱体连接；
位移放大机构的作用是放大力作用产生的位移，它是行星齿轮增速器，也可采用圆柱齿轮增速器；
工作端齿轮齿条机构的作用是将旋转位移转换为直线位移，它由齿轮齿条机构及导辊组成，齿轮齿条机构的齿轮传动于增速器的主动轮。如上所述的膜式大行程单向弹簧机构，其特征在于在刚度输出的两端各设一个连接器用于输出弹簧的刚度，形成对称布置。对称布置可以保证对称平衡和增加弹簧输出的刚度。如上所述的膜式大行程单向弹簧机构，其特征在于所述行星齿轮增速器，它由主动轴，太阳轮、内齿轮，行星齿轮、行星齿轮轴、行星架，从动轴组成，从动轴一端与刚度输出端齿轮齿条机构的齿轮通过IV键连接，另一端通过III键与行星架连接。本发明的有益效果是该结构能够提供大行程的弹簧，且运动方向只有一个，其它两个方向的刚度较运动方向的刚度大很多，可以保证不发生运动。同时弹簧的弹性变化曲线可以给出解析式，对于要求弹性变化准确的设计是十分重要的。以下结合
本发明的具体实施例。
图1膜式弹簧原理图。图2弹性系数曲线。图3膜式大行程单向弹簧结构主视图。图4膜式大行程单向弹簧结构A-A视图。图5膜式大行程单向弹簧结构B-B视图。图6膜式大行程单向弹簧结构C-C视图。图7膜式大行程单向弹簧结构D-D视图。图8连接器结构图。
具体实施例方式图3中标记的说明双面齿条1，双面齿条导辊2，机箱3，主动轴4，工作齿轮5，内齿轮6，行星齿轮7，行星齿轮轴8、太阳轮9，行星架10，环状薄膜带11，圆柱12，齿轮13，从动轴14，盖板15，齿条16。图4一图7中标记的说明I键17，II键18，III键19，导辊20，连接器21，螺杆22，
自锁螺母23，IV键24。发明原理如图1所示，外力F作用下，由圆柱支撑的薄膜带发生变形，产生弹性恢复力。弹性恢复力与薄膜带横向变形S之间关系为
F = '2明、^+ —W 巧！
式中Ttl为薄膜上的初始张力，A为薄膜的横截面积，E为薄膜的弹性模量，δ为薄膜横向变形量，L为薄膜刚度输出端支撑圆柱的间距，Ltl为薄膜带的原长，F为施加于薄膜横向的力。图2给出了三组弹性恢复力与变形的关系曲线，即弹性系数曲线。图中三条曲线除膜上初始张力Ttl不同外，其余各参数均相同。从图中可见，该类型弹簧在大变形情况为非线性弹簧，但其关系可直接给出其解析式，便于设计利用。在小变形情况，该类弹簧可视为线性弹簧，膜上的初始张拉力可直接改变弹簧的刚度。直接通过薄膜带产生的变形较小，为了得到较大的变形行程，可通过对位移放大机构实现。本发明由四部分组成膜式弹性装置，刚度输出端齿轮齿条机构，位移放大机构和工作端齿轮齿条机构。膜式弹簧装置为整个机构提供弹性刚度，它由支撑圆柱12、环状薄膜带11、张紧
装置及连接器21组成。支撑圆柱12不少于2个，本实施例中采用了九个，圆柱固定在机箱
3上，用于支撑环状薄膜带11。圆柱12的个数越多，则可以支撑的环状薄膜带11越长；刚
度输出端的圆柱12间距直接影响弹簧的输出刚度。由圆柱11支撑的环状薄膜11处于预先
张紧状态。在刚度输出的两端各设一个连接器21用于输出弹簧的刚度。对称布置可以保
证对称平衡和增加弹簧输出的刚度。连接器21 —端与薄膜带11线性接触，另一端与齿条16刚性连接。张紧装置由自锁螺母23、螺杆22和连接器21及盖板15组成。连接器21 — 端与薄膜带11线接触，另一端与螺杆22连接。螺杆穿过盖板上的孔，与螺母23连接。盖板15固定于机箱上。在薄膜带张紧力不足时或薄膜带松弛时，可通过自锁螺母调节薄膜带的松紧程度，微调整膜式弹簧的刚度，以适应设计要求。刚度输出端齿轮齿条机构作用是将薄膜带横向变形的线位移转换为转动位移，以利于对位移进行放大。它是由齿轮齿条机构组成。齿条16与刚度输出的连接器21连接， 其底部设有导辊20，导辊与箱体连接，保证齿条不发生上下方向的运动。齿条16与齿轮13 啮合连接。齿轮13通过IV键M与增速器的从动轴14连接。位移放大结构的作用是放大力作用产生的位移，它是由增速器组成，可以是行星齿轮增速器，也可采用圆柱齿轮增速器。本例中采用行星齿轮增速器。它由主动轴4，太阳轮9、内齿轮6、行星齿轮轴8、行星轮7、行星架10，从动轴14组成。从动轴一端与刚度输出端齿轮齿条机构的齿轮13通过IV键M连接，另一端通过III键19与行星架10连接。行星架设轴承座与行星轮轴8连接，行星齿轮7安装在行星轮轴8上。行星齿轮与太阳轮啮合带动太阳轮旋转。太阳轮通过II键18与主动轴4连接。主动轴4另一端与工作齿轮齿条机构的齿轮5通过I键17连接。工作端齿轮齿条机构的作用是将旋转位移转换为直线位移，它是由齿轮齿条机构及导辊组成，保证齿条只沿一个方向运动。工作齿轮5与双面齿条1通过啮合连接，双面齿条两边设有导辊2限制齿条1沿左右运动，形成单向弹簧。其工作方式为在双面齿条1下端受有上下方向的力时，双面齿条上下运动。该运动带动工作齿轮5产生旋转运动。齿轮5通过I键17带动主动轴4旋转，主动轴4通过II 键18带动太阳轮9旋转。太阳轮9通过啮合带动行星齿轮7产生运动，行星齿轮7带动行星架10发生转动。行星架通过III键19带动从动轴14转动。从动轴14通过IV键M带动齿轮13产生旋转运动，通过齿轮13与齿条16啮合带动齿条16产生前后运动。齿条16与连接器21连接，将运动传递至薄膜带。薄膜带横向发生变形，从而产生弹性恢复力来抵抗传来的运动。从而形成大行程单向弹簧的作用。本发明的优点是该结构能够提供大行程的弹簧，且运动方向只有一个，其它两个方向的刚度较运动方向的刚度大很多，可以保证不发生运动。同时弹簧的弹性变化曲线可以给出解析式，对于要求弹性变化准确的设计是十分重要的。应用本发明可应用于CN201110186182. 2重力平衡器中替代其弹簧装置。较螺旋弹簧形成的结构有如下优点；大大地减少了弹簧的尺寸；有效地克服了水平方向刚度弱的缺点，保证运动准确；可以给出准确的弹性变形系数，便于平衡轨道设计。
具体实施方式
中的实施例只是实现本发明权利要求技术方案的部分例子，通过全文表述的技术思想和具体实施方式
给出的指引，结合本技术领域的常识所做的多种变形都应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.膜式大行程单向弹簧机构，其特征在于膜式弹性装置，刚度输出端齿轮齿条机构， 位移放大机构和工作端齿轮齿条机构；膜式弹簧装置为整个机构提供弹性刚度，它由支撑圆柱(12)、环状薄膜带(11)、张紧装置及连接器(21)组成，圆柱(12)不少于2个，圆柱固定在机箱(3)上，用于支撑环状薄膜带(11)，连接器(21)—端与环状薄膜带(11)线性接触，另一端与齿条(16)刚性连接；刚度输出端齿轮齿条机构作用是将薄膜带横向变形的线位移转换为转动位移，以利于对位移进行放大，它由齿轮齿条机构组成，齿条(16)与刚度输出的连接器(21)连接，其底部设有导辊(20)，导辊与箱体连接；位移放大机构的作用是放大力作用产生的位移，它是行星齿轮增速器，或圆柱齿轮增速器；工作端齿轮齿条机构的作用是将旋转位移转换为直线位移，它由齿轮齿条机构及导辊组成，齿轮齿条机构的齿轮传动于增速器的主动轮。
2.如权利要求1所述的膜式大行程单向弹簧机构，其特征在于在刚度输出的两端各设一个连接器(21)用于输出弹簧的刚度，形成对称布置。
3.如权利要求1或2所述的膜式大行程单向弹簧机构，其特征在于所述行星齿轮增速器，它由主动轴(4)，太阳轮(9)、内齿轮(6)、行星齿轮(7)、行星齿轮轴(8)、行星架(10) 和从动轴(14)组成，从动轴一端与刚度输出端齿轮齿条机构的齿轮(16)通过IV键(24)连接，另一端通过III键(19)与行星架(10)连接。
全文摘要
膜式大行程单向弹簧机构，其特征在于膜式弹性装置，刚度输出端齿轮齿条机构，位移放大机构和工作端齿轮齿条机构；膜式弹簧装置为整个机构提供弹性刚度，它由支撑圆柱、环状薄膜带、张紧装置及连接器组成，圆柱不少于2个，圆柱固定在机箱上，用于支撑环状薄膜带，连接器一端与环状薄膜带线性接触，另一端与齿条刚性连接；刚度输出端齿轮齿条机构由齿轮齿条机构组成，齿条与刚度输出的连接器连接，其底部设有导辊，导辊与箱体连接；位移放大机构是行星齿轮增速器，或圆柱齿轮增速器；工作端齿轮齿条机构的作用是将旋转位移转换为直线位移。该结构是单向大行程的弹簧，且弹簧的弹性变化曲线可以给出解析式，对于要求弹性变化准确的设计十分重要。
文档编号F16H35/00GK102305260SQ20111024207
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月23日 优先权日2011年8月23日
发明者沈理姣, 蔡元奇 申请人:蔡元奇