一种运动体缓冲滑移机构及运动设备的制作方法

本发明涉及一种缓冲滑移装置，尤其涉及一种运动体缓冲滑移机构及运动设备。

背景技术：

在现有的直线运动设备中，主要通过固定安装在运动方向两侧的弹簧阻尼系统实现直线运动过程中的限位、防护功能。然而，由于现有的缓冲滑移机构对能量的吸收有限，因此对于需要将内部另一正交轴运动冲击能量释放至外部框架以保护重要零件时则不适用；而且，现有的缓冲滑移机构不能解决缓冲过程中的错位滑移运动的问题。

因此，需要提供一种具有缓冲防护功能且能实现机构的有效滑移的运动体缓冲滑移机构及运动设备。

需要说明的是，公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种运动体缓冲滑移机构及运动设备，能够在达到有效防护的同时又能实现机构的有效滑移。

为了达到上述目的，在本申请的一个方面，提供一种运动体缓冲滑移机构，包括：

安装基座，具有贯穿所述安装基座的底部至少两个孔；

套筒，套设于与安装基座的底部相对的一端，使所述安装基座能够相对于所述套筒滑动；

弹簧阻尼系统，穿设在套筒内并且其一端与所述安装基座的底部连接；

多个弹性件，弹性连接所述安装基座和套筒以提供预紧力；

至少两个滚珠，安装在所述安装基座的对应的至少两个孔内，

其中在缓冲撞击时，所述安装基座被挤压并在所述套筒导向之下实现沿第一方向滑移运动，所述多个弹性件被拉伸，所述弹簧阻尼系统被逐步压紧并吸收能量；其中在所述安装基座沿第一方向运动至极限位置后，所述至少两个滚珠与外框架滑移板滑移接触以将冲击转移至所述外框架滑移板。

在一些实施例中，所述多个弹性件均匀分布于所述套筒的外周。

在一些实施例中，所述弹性件为拉簧或弹簧。

在一些实施例中，所述至少两个滚珠通过相应的滚珠压板嵌套安装在所述安装基座的底部的至少两个孔内。

在一些实施例中，所述至少两个孔对称设置。

在本申请的另一方面，还提供一种运动设备，包括前述一个方面中所述的运动体缓冲滑移机构和运动件，所述运动体缓冲滑移机构通过所述套筒安装至所述运动件上。

在一些实施例中，所述运动设备还具有质量平衡体。

本发明的有益效果是：本发明提供的运动体缓冲滑移机构及运动设备通过结合弹簧阻尼系统实现能量的吸收并实现该机构的防护功能，通过安装基座相对于套筒的滑动以及滚珠与外框架滑移板的滑移接触实现错位运动，从而能够实现关键零件的有效防护并且能够将缓冲(冲击)能量释放至外框架滑移板。

附图说明

通过说明书附图以及随后与说明书附图一起用于说明本发明某些原理的具体实施方式，本发明所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。

图1a和1b示出了根据本发明一实施例的运动体缓冲滑移机构的初始位置轴测视图；

图2和图3示出了根据本发明实施例的运动体缓冲滑移机构的过程位置的剖视图；

图4示出了根据本发明实施例的缓冲滑移机构的工作位置俯视图；

图5示出了弹簧阻尼系统吸能过程的性能曲线；

图6示出了仅使用弹簧阻尼系统1作为缓冲滑移装置的零件结构位移分布图；

图7示出了仅使用弹簧阻尼系统作为缓冲滑移装置的零件结构应力分布图；

图8示出了包括根据本发明实施例的运动体缓冲滑移机构的垂向运动设备的工作位置俯视图；

图9示出了包括本发明实施例的运动体缓冲滑移机构的水平向运动且具有质量平衡体的设备的工作位置主视图；

图10示出了包括根据本发明实施例的运动体缓冲滑移机构的水平向运动且具有质量平衡体的设备的工作位置俯视图；

图11示出了包括根据本发明实施例的运动体缓冲滑移机构的垂向运动且具有质量平衡体的设备工作位置右侧视图；

图12示出了包括根据本发明实施例的运动体缓冲滑移机构的垂向运动且具有质量平衡体的设备的工作位置主视图。

应当了解，说明书附图并不一定按比例地显示本发明的具体结构，并且在说明书附图中用于说明本发明某些原理的图示性特征也会采取略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在说明书附图的多幅附图中，相同的附图标记表示本发明的相同或等同的部分。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

下面，结合附图对本发明的具体实施例进行描述。请参阅图1-12所示，本发明提供一种运动体缓冲滑移机构。

图1a和1b示出了根据本发明一实施例的运动体缓冲滑移机构的初始位置轴测视图。所述运动体缓冲滑移机构包括安装基座5、套筒2、弹簧阻尼系统1、多个弹性件3以及至少两个滚珠6。所述安装基座5具有至少两个孔。所述套筒2套设于与安装基座5的底部相对的一端，使所述安装基座5能够相对于所述套筒2滑动。所述弹簧阻尼系统1穿设在套筒2内并且其一端与所述安装基座5的底部连接。所述多个弹性件弹性连接所述安装基座5和套筒2以提供预紧力。所述至少两个滚珠安装在所述安装基座5的至少两个孔内。

图2和图3示出了根据本发明实施例的运动体缓冲滑移机构的过程位置的剖视图。在受到撞击时，所述安装基座5被挤压并在所述套筒2导向之下实现沿y方向(也称为″第一方向″)滑移运动，所述多个弹性件3被拉伸，所述弹簧阻尼系统1被逐步压紧并吸收能量。

图4示出了根据本发明实施例的缓冲滑移机构的工作位置俯视图。在水平向安装时，当在撞击缓冲过程中所述安装基座5沿y方向运动至极限位置后，所述至少两个滚珠6与外框架滑移板滑移接触以将冲击转移至所述外框架滑移板，并且可以保证既存在y向运动又存在x向运动的运动件在撞击缓冲过程中也能x向滑动。

具体而言，在运动体缓冲滑移机构正常工作时，所述弹簧阻尼系统1固定安装在安装基座5中，所述滚珠6通过滚珠压板4嵌套安装在所述安装基座5的底部，因此所述安装基座5是实现y向缓冲吸收能量以及滚珠6径向滚动滑移的主体；随后，所述安装基座5又通过多个弹性件3拉紧并套入套筒2中并可沿y向滑动，所述安装基座5与套筒2之间又再次组成弹性缓冲系统，从而具有一定的防护缓冲功能；最后，所述运动体缓冲滑移机构通过套筒2安装至需要进行安全防护的运动件上，并在滚珠6位置设置x向滑移板，即可构成一组完整的缓冲滑移系统。

在图2和图3中，所述弹性件3的数量为4，但本发明不限于，可包括任何合适数量的弹性件；所述弹性件3均匀分布于所述套筒2的外周，并且优选地，所述弹性件是拉簧或弹簧。所述至少两个滚珠通过相应的滚珠压板嵌套安装在所述安装基座的至少两个孔内，并且优选地，所述至少两个孔对称设置。

现对图1-4所示的运动体缓冲滑移机构的性能进行对比分析：

对于图1-4所示的运动体缓冲滑移机构，由于弹簧(或拉簧)3的刚度相对于弹簧阻尼系统1的刚度而言较小，为11n/mm，故所述运动体缓冲滑移机构在正常工作时，分为两个阶段：第一阶段弹簧3先被拉伸，滚珠6与外框架滑移板接触，其次再是第二阶段弹簧阻尼系统1开始压入，进入正式的缓冲工作状态。

第一阶段：

弹簧3被拉伸并运动至滚珠6与外框架滑移板接触；

设定y向运动体质量m＝10，y向运动体初始速度v1＝1m/s，则运动体的初始能量：e1＝mv1²/2＝5j；

弹簧3被拉伸，设定弹簧3运动行程x＝2mm；弹簧3刚度k＝11n/mm，弹簧3数量为4根，

弹簧3吸收能量并转化为势能：et＝k*x²/2＝4.4e-5j；

则所述第一经阶段后，y向运动体能量：e2＝e1-et，且e2＝mv2²/2；

因此，在所述第一阶段，所述运动体缓冲滑移机构安装位置处受力情况如下：

根据：f*t＝m(v2-v1)，且t＝s/v(由于该阶段能量变化极小，速度稳定，可视为匀速运动，故t≈x/v1)；

则f＝m(v2-v1)/t；

即，f＝2.2*10^-2n。

可见，在所述第一阶段，所述运动体缓冲滑移机构安装位置处受力较小，不会对整个运动体形成有效冲击。

第二阶段：

弹簧阻尼系统1被压缩，由于弹簧3吸收的能量较小，与初始能量相差多个量级，故暂且将其忽略，并作如下分析。

初始能量：e2≈e1＝5j；

(1)根据选型结果显示，弹簧阻尼系统1的缓冲吸能能力为70j，故能量吸收能力安全余量充足。

(2)弹簧阻尼系统1工作时，假定由于能量较小，进入线型吸能状态：

弹簧阻尼系统1被压入后，其行程s＝15mm；

根据f均值＝e/s，则f均值＝33.3n，即冲击力小，满足使用要求，常规状态不易于造成较大冲击。

然而，考虑到实际工作情况中，设备在出现故障等非正常状态下，电机出力失常，弹簧阻尼系统1并非按照如上的线性趋势进行能量吸收。

针对这种情况，需定量分析仅使用弹簧阻尼系统1作为缓冲滑移装置是否容易对各运动体零件造成损伤：

根据此次所使用的弹簧阻尼系统1相关参数，并采用有限元分析方式，直接进行弹簧阻尼系统1的判别：

图5示出了弹簧阻尼系统吸能过程的性能曲线。如图5所示，弹簧阻尼系统1所能承受的最大冲击力为3258n，设定y向运动体单个电机峰值力为720n，两侧驱动则为1440n。由于1440n＜3258n，故性能满足。若直接按照最大受力为：fmax＝3258n，并以按照增量式或衰减式曲线进行下文的有限元计算。

图6和7分别示出了仅使用弹簧阻尼系统1作为缓冲滑移装置的零件结构位移分布图和应力分布图。

如上有限元分析显示：缓冲过程对零件结构最大位移发生于弹簧阻尼系统1安装位置，且最大变形量为1.34mm，最大应力为1.951*10³n/mm²即1951mpa。

综上分析，在弹簧阻尼系统1工作极限状态下其工作应力为1951mpa，该值远大于不锈钢抗拉强度(约为500mpa)。该极限状态势必造成接触零件的破坏。

若按照同样的吸能比例(即按照如上增量式衰减式曲线)，并以电机最大出力为1440n计算，经仿真计算最大应力为：862mpa。该值仍大于不锈钢抗拉强度，同样易于造成接触零件的损伤。

然而，在本发明提出的运动体缓冲滑移机构通过使滚珠与外框架滑移板滑移接触，将弹簧阻尼系统产生的应力(即，大冲击)全部转移至外框架滑移板，以保证关键运动零件免于冲击，起到了极其有效的保护作用。而且，滚珠以及外框架滑移板更易于更换、造价经济，且易于进行表面硬质处理，能够有效实现防护功能。

如上计算分析过程在其余实施例中具有同样的参照性。

本发明还提供了一种运动设备，包括图1-3所示的运动体缓冲滑移机构和运动件，所述运动体缓冲滑移机构通过套筒安装至所述运动件上。

图8示出了包括根据本发明实施例的运动体缓冲滑移机构的垂向运动设备的工作位置俯视图。如图所示，在设备运动功能为实现垂向运动情况下，在撞击缓冲过程中，安装基座5沿z向运动至极限位置后，滚珠6与外框架滑移板滑动接触，可以保证既存在z向运动又存在水平向运动的运动件在撞击缓冲过程中也能水平向滑动。

图9是外部框架(即，图10中的外框架滑移板)、平衡质量体和水平向运动体安装关系的示意主视图，以及图10示出了包括根据本发明实施例的运动体缓冲滑移机构的水平向运动且具有质量平衡体的设备的工作位置俯视图。如图所示，在设备运动功能为实现水平向运动且所述设备还具有质量平衡体(平衡质量体常用于高加速、高精度设备，可吸收能量、减少质量)的情况下，在撞击缓冲过程中，安装基座5沿y向运动至极限位置后，滚珠6与外框架滑移板接触，可以保证既存在y向运动又存在x向运动的运动件在撞击缓冲过程中也能x向滑动。所述运动体缓冲滑移机构能够不受x向运动体以及平衡质量体的约束，实现滑移防护功能。

图11示出了外部框架(即，图12中的外框架滑移板)、平衡质量体和垂向运动体安装关系的示意右视图，以及图12示出了包括根据本发明实施例的运动体缓冲滑移机构的垂向运动且具有质量平衡体的设备的工作位置主视图。如图所示，在设备运动功能为实现垂向运动且所述设备还具有质量平衡体的情况下，在撞击缓冲过程中，安装基座5沿z向运动至极限位置后，滚珠6与底部框架的滑移板接触，可以保证既存在z向运动又存在水平向运动的运动件在撞击缓冲过程中也能水平向滑动。所述运动体缓冲滑移机构能够不受垂向运动体以及平衡质量体的约束，实现滑移防护功能。