一种旋转扭矩平衡装置及具有该装置的旋转关节的制作方法

1.本发明涉及一种机械设备，具体是关于一种旋转扭矩平衡装置及具有该装置的旋转关节。


背景技术：

2.在实际工业应用中人们经常会遇到这样一种结构：某个结构件一端有负载，另一端绕着某个轴旋转，在旋转过程中负载的重力会对旋转中心产生扭矩。无论该负载的运动是手动的还是通过电机带动，人们都希望可以减少手动或电机的作用力，如此对使用的方便性和结构的寿命都很有好处。
3.目前，市场上常见的旋转扭矩平衡机构大多采用扭簧来实现，但是扭簧大都只提供单向的平衡力，并且当需要平衡的扭矩较大时，需要较大的结构和空间。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种实用性和可靠性高的旋转扭矩平衡装置；本发明的另一个目的是提供一种具有该旋转扭矩平衡装置的旋转关节。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种旋转扭矩平衡装置，用于平衡枢接在固定部上的活动部转动时产生的扭矩，该装置包括：弹性部，设置在所述固定部上；滑轮传动部，所述滑轮传动部的一端关联所述活动部，所述滑轮传动部的另一端关联弹性部；当外力驱动所述活动部相对于所述固定部转动时，所述活动部通过所述滑轮传动部压缩所述弹性部，所述弹性部由此产生与外力相当的反作用力，以实现扭矩平衡。
6.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述活动部的旋转轴线同时垂直于所述固定部和活动部的长度方向。
7.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述弹性部包括：安装座，安装在所述固定部上；滑动压块，滑动设置在所述安装座上，且所述滑动压块通过所述滑轮传动部与所述活动部关联；弹性件，设置在所述安装座和滑动压块之间；当外力驱动所述活动部相对于所述固定部转动时，所述活动部通过滑轮传动部带动所述滑动压块压缩所述弹性件，所述弹性件由此产生与外力相当的反作用力。
8.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述安装座呈槽型，所述安装座的两翼板之间设置有导向柱，所述导向柱贯穿所述滑动压块并与之形成滑动副。
9.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述弹性件为一组压缩弹簧，一组所述压缩弹簧套设在位于所述滑动压块和安装座的一侧翼板之间的所述导向柱上，且所述压缩弹簧的一端抵顶在所述安装座的翼板上，所述压缩弹簧的另一端抵顶在所述滑动压块上。
10.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述弹性件为两组压缩弹簧，两组所述压缩弹簧分别套设在位于所述滑动压块和安装座的两侧翼板之间的所述导向柱上；同时，所述弹性部还包括两滑动压板，两所述滑动压板分别滑动设置在位于所述滑动压块两侧的所述导向柱上；两组所述压缩弹簧的一端分别抵顶在所述安装座的两侧翼板上，两组所述压缩弹
簧的另一端分别抵顶在两所述滑动压板上。
11.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，在位于两所述滑动压板之间的所述安装座的腹板上设置有至少一个限位块。
12.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述滑轮传动部包括：转接块，固定在所述活动部上；第一牵引绳和第二牵引绳，分别位于所述转接块的两侧，且所述第一牵引绳和第二牵引绳的一端均固定连接在所述转接块上，所述第一牵引绳的另一端通过第一滑轮组转向后固定连接在与之同侧的所述安装座的翼板上，所述第二牵引绳的另一端通过第二滑轮组转向后固定连接在与之同侧的所述安装座的翼板上。
13.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述第一滑轮组包括：第一定滑轮组，转动设置在所述安装座的一侧翼板上；第二动滑轮组，转动设置在所述滑动压块上；所述第二滑轮组包括：第二定滑轮组，转动设置在所述安装座的另一侧翼板上；第二动滑轮组，转动设置在所述滑动压块上。
14.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述第一定滑轮组包括通过两销轴分别转动连接在所述安装座的一侧翼板上的第一定滑轮和第二定滑轮，所述第一动滑轮组包括通过两销轴分别转动连接在所述滑动压块上的第一动滑轮和第二动滑轮，所述第一牵引绳的另一端依次经过所述第一定滑轮、第一动滑轮、第二定滑轮和第二动滑轮后与所述安装座的一侧翼板连接，
15.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述第二定滑轮组包括通过另两销轴分别转动连接在所述安装座的另一侧翼板上的第三定滑轮和第四定滑轮，所述第二动滑轮组包括通过相同的两所述销轴分别转动连接在所述滑动压块上的第三动滑轮和第四动滑轮，所述第二牵引绳的另一端依次经过所述第三定滑轮、第三动滑轮、第四定滑轮和第四动滑轮后与所述安装座的另一侧翼板连接。
16.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，还包括牵引绳调整部，所述第一牵引绳和第二牵引绳的另一端通过所述牵引绳调整部与所述安装座固定连接，所述牵引绳调整部用于调整所述第一牵引绳和第二牵引绳的位置，使得在平衡时所述滑动压块处于所述导向柱的中间位置。
17.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述牵引绳调整部包括：第一螺柱和第二螺柱，分别设置在所述安装座的两侧翼板上，所述第一螺柱和第二螺柱上均形成有外螺纹；第一调节块和第二调节块，呈中空的筒形，且所述第一调节块和第二调节块的内部分别形成有与所述第一螺柱和第二螺柱的外螺纹相配合的内螺纹，所述第一调节块和第二调节块分别螺纹连接在所述第一螺柱和第二螺柱上，所述第一牵引绳和第二牵引绳分别固定连接在所述第一调节块和第二调节块上。
18.所述的旋转扭矩平衡装置，优选地，所述第一调节块和第二调节块上均沿轴向形成有一豁口，所述第一牵引绳和第二牵引绳的另一端形成突出的球状部，所述第一牵引绳和第二牵引绳经所述豁口分别穿设在所述第一调节块和第二调节块内，以使所述第一牵引绳和第二牵引绳的球状部被分别限制在所述第一调节块和第二调节块内。
19.一种旋转关节，包括枢接的固定部和活动部，以及上述的旋转扭矩平衡装置。
20.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提供的旋转扭矩平衡装置既可以具有单向的平衡效果，也可以具有双向的平衡效果，同时结构紧凑，原理简单，
易于实现，从而具有很高的实用性和可靠性。2、本发明通过动滑轮的分段效果，使得钢丝绳行程是压簧压缩量的若干倍(具体为每根绳上动滑轮数量
×
2倍)，因此压簧很小的压缩量就可使得钢丝绳产生较大行程，从而使得连杆有较大转动角度，也因此促进了其结构紧凑的优势。3、本发明的弹性元件采用压簧，压簧的弹性系数范围可取值很大，市场上压簧的弹性系数有非常小的和非常大的(模具弹簧)，再加上可以选择压簧的数量，从而对于不同重量的负载g都能很容易的得到平衡参数(弹簧弹性系数、数量)。
附图说明
21.图1为本发明一实施例旋转关节的结构示意图；
22.图2是本发明该实施例旋转关节的内部结构示意图；
23.图3是本发明该实施例旋转扭矩平衡装置的结构示意图；
24.图4是本发明该实施例转接块与钢丝绳的连接示意图；
25.图5是本发明该实施例连杆逆时针转动时的状态示意图；
26.图6是本发明该实施例连杆顺时针转动时的状态示意图；
27.图7是本发明该实施例弹簧安装座的结构示意图。
具体实施方式
28.以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
29.如图1所示，本发明提供的旋转扭矩平衡装置主要用于由固定座1和连杆2组成的旋转关节，具体的，固定座1相对于连杆2而言处于固定状态，连杆2的一端与固定座1转动连接，且连杆2的旋转轴线20同时垂直于固定座1和连杆2的长度方向，连杆2的另一端有负载g(仅为一种等效的示意)。通常，固定座1可固定连接于某不动的载体上，连杆2可相对于固定座1转动。但是，本发明对其的命名并不限制固定座1必须固定于某不动载体上，而仅是为了说明在本发明中更加强调连杆2相对于固定座1的运动。
30.如图2所示，该旋转扭矩平衡装置包括：弹性部，设置在固定座1上；滑轮传动部，滑轮传动部的一端关联连杆2，滑轮传动部的另一端关联弹性部；当外力驱动连杆2相对于固定座1转动时，连杆2通过滑轮传动部压缩弹性部，弹性部由此产生与外力相当的反作用力，以实现扭矩平衡。
31.在上述实施实例中，优选地，如图2、图3所示，弹性部包括：弹簧安装座4，呈槽型且固定在固定座1上；弹簧压块10，滑动设置在弹簧安装座4上；弹簧压板14，两弹簧压板14设置在弹簧压块10的两侧；导向柱13，固定在弹簧安装座4的两翼板之间，导向柱13贯穿弹簧压块10和两弹簧压板14并与之形成滑动副；压缩弹簧11，两组压缩弹簧11分别套设在位于两弹簧压板14和弹簧安装座4的两翼板之间的导向柱13上，且压缩弹簧11的一端抵顶在弹簧安装座4的翼板上，压缩弹簧11的另一端抵顶在弹簧压板14上。
32.在上述实施实例中，优选地，如图1、图3所示，滑轮传动部包括：转接块3，固定在连杆2上；定滑轮组6和定滑轮组8，分别转动设置在弹簧安装座4的两翼板上；动滑轮组7和动滑轮组9，均转动设置在弹簧压块10上；钢丝绳5-1和钢丝绳5-2，分别位于转接块3的两侧，
且钢丝绳5-1和钢丝绳5-2的一端均固定连接在转接块3上，钢丝绳5-1的另一端经过定滑轮组6和动滑轮组7后固定连接在弹簧安装座4的左侧翼板上，钢丝绳5-2的另一端经过定滑轮组8和动滑轮组9后固定连接在弹簧安装座4的右侧翼板上。
33.在上述实施实例中，优选地，定滑轮组6包括通过两销轴15分别转动连接在弹簧安装座4的左侧翼板上的定滑轮6-1和定滑轮6-2，定滑轮组8包括通过另两销轴15分别转动连接在弹簧安装座4的右侧翼板上的定滑轮8-1和定滑轮8-2。
34.在上述实施实例中，优选地，动滑轮组7包括通过两销轴16分别转动连接在弹簧压块10上的动滑轮7-1和动滑轮7-2，动滑轮组9包括通过相同的两销轴16分别转动连接在弹簧压块10上的动滑轮9-1和动滑轮9-2。
35.具体地，钢丝绳5-1的另一端依次经过定滑轮6-1、动滑轮7-1、定滑轮6-2和动滑轮7-2后与弹簧安装座4的左侧翼板连接，钢丝绳5-2的另一端依次经过定滑轮8-1、动滑轮9-1、定滑轮8-2和动滑轮9-2后与弹簧安装座4的右侧翼板连接。
36.在上述实施实例中，优选地，如图7所示，该平衡装置还包括钢丝绳调整部，该钢丝绳调整部包括：螺柱17-1和螺柱17-2，分别设置在弹簧安装座4的两侧翼板上，螺柱17-1和螺柱17-2上均形成有外螺纹；调节块12-1和调节块12-2，呈中空的筒形，且调节块12-1和调节块12-2的内部分别形成有与螺柱17-1和螺柱17-2的外螺纹相配合的内螺纹，调节块12-1和调节块12-2分别螺纹连接在螺柱17-1和螺柱17-2上，钢丝绳5-1和钢丝绳5-2分别固定连接在调节块12-1和调节块12-2上。由此，通过旋转调节块12-1和调节块12-2即可实现其沿着螺柱螺柱17-1和螺柱17-2移动，进而可以在安装时调整钢丝绳5-1和钢丝绳5-2的位置，使得在平衡时弹簧压块10处于导向柱13的中间位置，且钢丝绳5-1和钢丝绳5-2均处于绷紧状态，在使用过程中调节块12-1和调节块12-2的位置不变。
37.在上述实施实例中，优选地，调节块12-1和调节块12-2上均沿轴向形成有一豁口，钢丝绳5-1和钢丝绳5-2的另一端形成突出的球状部，钢丝绳5-1和钢丝绳5-2经豁口分别穿设在调节块12-1和调节块12-2内，以使钢丝绳5-1和钢丝绳5-2的球状部被分别限制在调节块12-1和调节块12-2内。
38.在上述实施实例中，优选地，如图5所示，在位于两弹簧压板14之间的弹簧安装座4的腹板上设置有至少一个限位块18，以对两弹簧压板14的位移进行限位。
39.本发明在初始状态下(如图1、图2所示)，负载g的重心处于旋转轴线20的正上方，此时负载g的重力对旋转轴不产生扭矩。而此时弹簧压块10处于中间状态，左侧弹簧压板14运动到最右端而被弹簧安装座4上的限位块18挡住，右侧弹簧压板14在右侧压缩弹簧11的作用下运动到最左端亦被弹簧安装座4上的限位块18挡住，两侧压缩弹簧11除了少量的预紧力外基本处于原长状态，两侧压缩弹簧11对转接块3或连杆2均没有作用力，此时整个装置处于不稳定的平衡状态。
40.当连杆2向左侧运动时(如图5所示)，负载g对旋转轴产生逆时针方向的扭矩，此时钢丝绳5-2在转接块3的带动下向上移动，钢丝绳5-2缠绕在转接块3上的长度增加，进而通过动滑轮9-1和动滑轮9-2带动弹簧压块10向右侧移动，弹簧压块10通过右侧弹簧压板14使得右侧压缩弹簧11处于压缩状态，从而产生平衡力来平衡负载g对旋转轴的扭矩。与此同时，左侧压缩弹簧11在左侧弹簧压板14(被限位块18限制住不能向右移动)的限制下处于原来状态不变，但由于弹簧压块10同时带动动滑轮7-1和动滑轮7-2向右侧移动，使得钢丝绳
5-1缠绕在转接块3上的长度减小，且这部分长度与允许动滑轮7-1和动滑轮7-2向右移动所需的长度正好相同，因此钢丝绳5-1在动滑轮7-1和动滑轮7-2的牵拉下始终维持绷紧状态。如此，当负载g向左侧运动时，在平衡力的作用下，不会出现突然加速的情况，并且恢复至原来状态时需要的外在作用力也大幅缩小，实现了良好的助力功能。
41.当连杆2向右侧运动时(如图6所示)，负载g对旋转轴产生顺时针方向的扭矩，此时钢丝绳5-1在转接块3的带动下向上移动，钢丝绳5-1缠绕在转接块3上的长度增加，进而通过动滑轮7-1和动滑轮7-2带动弹簧压块10向左侧移动，弹簧压块10通过左侧弹簧压板14使得左侧压缩弹簧11处于压缩状态，从而产生平衡力来平衡负载g对旋转轴的扭矩。与此同时，右侧压缩弹簧11在右侧弹簧压板14(被限位块18限制住不能向左移动)的限制下处于原来状态不变，但由于弹簧压块10同时带动动滑轮9-1和动滑轮9-2向右侧移动，使得钢丝绳5-2缠绕在转接块3上的长度减小，且这部分长度与允许动滑轮9-1和动滑轮9-2向右移动所需的长度正好相同，因此钢丝绳5-2在动滑轮9-1和动滑轮9-2的牵拉下始终维持绷紧状态。如此，当负载g向右侧运动时，在平衡力的作用下，不会出现突然加速的情况，并且恢复至原来状态时需要的外在作用力也大幅缩小，实现了良好的助力功能。
42.在上实施例中，优选地，两侧压缩弹簧13的数量可以根据需要进行调节，由此用于平衡不同重量的负载g。
43.当然，本领域技术人员可以理解的是，在上述实施例中也可以仅在弹簧压块10的一侧设置压缩弹簧13，此时可以取消弹簧压板14，由此形成可单向助力的旋转扭矩平衡装置。
44.基于上述实施例提供的旋转扭矩平衡装置，本发明还提供了一种旋转关节，该旋转关节包括枢接的固定座1和连杆2，以及上述实施例中的旋转扭矩平衡装置。
45.上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。