一种双稳态簧保持装置及其工作方法与流程

1.本发明属于机构传动领域，涉及一种双稳态簧保持装置及其工作方法。


背景技术：

2.常见双稳态簧保持装置，由1对或几对过中簧沿传动杆均匀分布，弹簧或碟簧置于圆筒中，利用弹簧或碟簧的压缩量来提供保持力。
3.现有双稳态簧保持装置的结构虽然能保证机构的分、合闸位置并提供足够的合闸保持力，但同时带来了新的问题：1.在机构动作的初期加速阶段，保持力作为阻力减小了传动件的加速度；2.在机构减速缓冲阶段保持力为传动系统输入能量，增加其运动速度，增加了机构的缓冲难度；3.稳态簧在传动件的径向作用力，增大了转动件的阻力消耗了系统的能量。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种双稳态簧保持装置及其工作方法，给机构提供足够的合闸保持力，并实现机构的分闸位置时状态保持。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种双稳态簧保持装置，包括两根连杆、两个活塞、两个第一弹簧、两个第二弹簧和两个活塞缸；
7.两根连杆尺寸相同，前端相互铰接，末端分别连接一个活塞前端；
8.两个活塞缸结构相同，且前端对称设置，两个活塞分别设置在两个活塞缸前端，活塞缸轴向中间位置设置有台阶面，台阶面朝向后端，第一弹簧末端和对应第二弹簧前端串联，第一弹簧前端与对应活塞末端连接，第二弹簧末端与对应活塞缸末端连接；第一弹簧的弹簧劲度系数大于第二弹簧的弹簧劲度系数；
9.两个活塞缸末端固定，两根连杆的长度之和大于两个活塞缸前端间距，小于两个活塞缸末端间距，两个活塞缸位于两根连杆转动至直线后的直线上；
10.当第一弹簧力值等于第二弹簧力值时，连杆处于特定运动位置或两个弹簧一起运动的位置，特定运动位置位于分/合位与两根连杆转动至直线位置的之间。
11.优选的，连杆末端与活塞铰接。
12.优选的，两个活塞缸末端铰接固定，连杆、活塞和活塞缸同轴连接。
13.优选的，两根连杆之间设置有驱动杆，驱动杆与两个活塞缸连成的直线平行，两根连杆前端与驱动杆两端铰接。
14.进一步，驱动杆上设置有运动杆，运动杆与两个活塞缸连成的直线垂直。
15.优选的，活塞缸内部设置有隔板，隔板直径大于台阶面内径，隔板位于第一弹簧和第二弹簧之间。
16.进一步，活塞缸在隔板活动区域的内壁上设置有凹槽，凹槽沿隔板移动方向设置，隔板周面上设置有凸块，凸块伸入凹槽中并与凹槽滑动连接。
17.一种基于上述任意一项所述双稳态簧保持装置的工作方法，包括以下过程：
18.保持装置从合位向下运动，未达到特定运动位置时，弹簧的力值关系为f2＝fx》f1，活塞压缩第一弹簧其力值逐渐增大；当到达特定运动位置时，f1＝f2＝fx；保持装置继续向下运动，活塞在连杆的带动下继续压缩弹簧时，第一弹簧的力值趋向于大于fx，此后的阶段活塞继续压缩弹簧，活塞推动弹簧运动，第一弹簧和第二弹簧实现串联同步运动，串联弹簧的劲度系数k＝k1*k2/(k1+k2)，k《k2《k1，k1和k2分别为第一弹簧和第二弹簧的弹簧劲度；此阶段，活塞运动同样的距离s，弹簧力值关系为k*s《k1*s；
19.当保持装置处于靠近合位的特定运动位置时，第一弹簧的力值f1等于第二弹簧力值f2，当保持装置继续向上运动时，第一弹簧的压缩量δ变小，f2＝fx》f1，fx为特定运动位置时第一弹簧和第二弹簧的力值，两根连杆中间位置的移动方向作用力fy满足位置保持力fy＝2*f2*tanθ，θ为连杆此时与两根连杆转动至直线的角度，继续运动达到保持装置的合位；
20.两根连杆转动至靠近分位的特定位置时，f1＝f2＝fx，连杆再向下转动时，活塞压缩第一弹簧的形变量减小，此时f2＝fx＞f1，此后只有第一弹簧发生形变，这个阶段两根连杆中间位置的移动方向的作用力fy满足位置保持力fy＝f2*tanθ，最后保持装置到达分位；
21.保持装置从分位向合位运动的过程与上述所述过程相同。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.本发明通过压缩弹簧给机构提供足够的合闸保持力，并实现机构的分闸位置时状态保持。第一弹簧和第二弹簧隔板串联，弹簧的串联使用可减小弹簧劲度系数，从而大大降低运动过程中弹簧力值的增长速率，在保证状态保持力值足够的同时减少中间传动过程的阻力。相较现有的机构，在连杆启动的初始阶段使系统能量更多的转化为动能，便于提高连杆运动的速度，在运动杆的制动阶段，减少能量的转化输入，便于连杆运动的制动，提高系统能量的使用效率。
24.进一步，隔板的设置可实现第二弹簧在运动过程中的投入和退出功能切换，从而保证了弹簧平衡位置的最低阀值又限制了弹簧运动过程中的最大值。
25.进一步，凸块与凹槽滑动连接，实现对隔板的限位。
附图说明
26.图1为本发明的双稳态簧保持装置的结构示意图；
27.图2为本发明的活塞缸与隔板示意图。
28.其中：1-运动杆；2-连杆；3-活塞；4-第一弹簧；5-隔板；6-第二弹簧；7-活塞缸；8-销子；9-驱动杆。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
30.如图1所示，为本发明所述的双稳态簧保持装置，包括驱动杆9、运动杆1、两根连杆2、活塞3、第一弹簧4、第二弹簧6、隔板5和两个活塞缸7。
31.两根连杆2尺寸相同，末端分别通过销子8连接一个活塞3；两根连杆2之间设置有驱动杆9，驱动杆9与两个活塞缸7连成的直线平行，两根连杆2前端与驱动杆9两端铰接；驱
动杆9上设置有运动杆1，运动杆1与两个活塞缸7连成的直线垂直。
32.两个活塞缸7结构相同，且前端相对设置，第二弹簧6、隔板5、第一弹簧4依次装入活塞缸7内，两个活塞3分别设置在两个活塞缸7前端，活塞缸7轴向中间位置设置有台阶面，台阶面朝向后端，隔板5位于活塞缸7内部，隔板5直径大于台阶面内径，第一弹簧4两端与活塞3和隔板5前端连接，第二弹簧6与隔板5后端和活塞缸7末端连接；如图2所示，活塞缸7上设计有u形凹槽，隔板5上设计有圆形凸块，隔板5在活塞缸7内沿着u形凹槽可运动可在一定范围内运动。
33.两个活塞缸7末端固定或铰接，当两个活塞缸7末端固定时，连杆2末端与活塞3铰接；当两个活塞缸7末端铰接固定时，连杆2、活塞3和活塞缸7同轴连接。
34.两根连杆2和运动杆1的长度之和大于两个活塞缸7前端间距，小于两个活塞缸7末端间距，两根连杆2和运动杆1转动至直线的位置为中位或死位，两个活塞缸7位于中位的直线上。
35.第一弹簧4的弹簧劲度系数大于第二弹簧6的弹簧劲度系数；当第一弹簧4力值等于第二弹簧6力值时，连杆2处于特定运动位置或两根弹簧一起运动的位置时，特定运动位置位于分合位与中位之间。
36.如图1所示，运动杆1向下运动通过连杆2带动活塞3实现直线往复运动，活塞3运动时压缩第一弹簧4，随着第一弹簧4压缩量和力值得变化，隔板5和第二弹簧6在不同位置实现投入和退出功能切换，伴随着第二弹簧6在活塞3运动过程中的投入和退出功能切换弹簧系统劲度系数也同时跟着变化，最终实现弹簧系统施加给活塞3的力值变化。
37.如图1所示，设计初始，在距离机构合闸位置δx即特定运动位置时，通过设置第一弹簧4和第二弹簧6的劲度系数k，并使隔板5位于活塞缸7u形凹槽内侧位置时，第一弹簧4力值f1等于与第二弹簧6的力值f2，即设置弹簧劲度系数k1＞k2，弹簧变形量δ1＜δ2，从而使f1＝f2＝fx，fx为特定运动位置时第一弹簧4和第二弹簧6的力值。
38.如图1所示，保持装置从合位向下运动，未达到特定运动位置时，弹簧的力值关系为f2＝fx》f1，活塞3压缩第一弹簧4其力值逐渐增大；当到达特定运动位置时，f1＝f2＝fx；保持装置继续向下运动，活塞3在连杆2的带动下继续压缩弹簧时，第一弹簧4的力值趋向于大于fx，此后的阶段活塞3继续压缩弹簧，活塞3推动弹簧运动，第一弹簧4和第二弹簧6实现串联同步运动，串联弹簧的劲度系数k＝k1*k2/(k1+k2)，k《k2《k1，k1和k2分别为第一弹簧4和第二弹簧6的弹簧劲度；此阶段，活塞3运动同样的距离s，弹簧力值关系为k*s《k1*s；
39.当保持装置处于靠近合位的特定运动位置时，第一弹簧4的力值f1等于第二弹簧6力值f2，当保持装置继续向上运动时，第一弹簧的压缩量δ变小，f2＝fx》f1，fx为特定运动位置时第一弹簧4和第二弹簧6的力值，两根连杆2中间位置的移动方向作用力fy满足位置保持力fy＝2*f2*tanθ，θ为连杆2此时与两根连杆2转动至直线的角度，继续运动达到保持装置的合位；
40.两根连杆2转动至靠近分位的特定位置时，f1＝f2＝fx，连杆2再向下转动时，活塞3压缩第一弹簧4的形变量减小，此时f2＝fx＞f1，此后只有第一弹簧4发生形变，这个阶段两根连杆2中间位置的移动方向的作用力fy满足位置保持力fy＝f2*tanθ，最后保持装置到达分位；
41.保持装置从分位向合位运动的过程与上述所述过程相同。
42.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。