一种变扭矩摆动缸体的制作方法

本申请涉及变扭矩动力机构的技术领域，尤其是涉及一种变扭矩摆动缸体。

背景技术：

摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴在一定角度范围内作往复回转运动的气动执行元件；用于阀门的开闭以及机器人的手臂动作。摆动气缸包括齿轮齿条式摆动气缸、叶片式摆动气缸与伸摆气缸。

摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴在小于360°角度范围内作往复回转运动的气动执行元件，它是将压缩空气的压力能转换成机械能，输出力矩使机构实现往复摆动。用于阀门的开闭以及机器人的手臂动作等。摆动气缸广泛应用于自动化控制。

压缩空气由a孔输入时分为两路：一路经定子两端密封盖的槽进人叶片底部，将叶片推出，叶片就是靠此气压推力及转子转动后离心力的综合作用而紧密地贴紧在定子内壁上。压缩空气另一路经且孔进入相应的密封工作空间而作用在两个叶片上，由于两叶片伸出长度不等，就产生了转矩差，使叶片与转子按逆时针方向旋转；作功后的气体由定子上的孔c排出，剩余残气经孔占排出。若改变压缩空气输入方向(即压缩空气自b孔进入，a孔和c孔排出)，则可改变转子的转向。

授权公告号为cn103206533b的中国发明专利公开了一种摆动式可变多缸空气动力发动机的气缸及活塞，活塞内置于气缸中，活塞外表面沿周向设有环形凹槽，第一环形凹槽内焊接活塞摩擦圈，活塞摩擦圈与活塞同轴设置；活塞摩擦圈由cu-si合金制成，cu-si合金包括3.5-4.5%重量的硅元素和不低于95%重量的cu元素，余量为杂质元素，杂质元素包括c元素，c元素在cu-si合金中的质量分数为0.015%-0.03%；缸体的缸壁涂有一层密封润滑的涂层，涂层为碳纳米管复合耐磨涂层，涂层可以减少摩擦力。

授权公告号为cn104632751b的中国发明专利公开了一种活塞式摆动气缸，包括：缸体，其设置有两个气缸室和两个端盖；齿条状活塞杆，两个该齿条状活塞杆分别设置于两个气缸室内；调节螺杆，两个该调节螺杆设置于其中一个端盖上；以及输出轴，其固定设置有一与两个齿条状活塞杆啮合连接的齿轮；该输出轴与一回转盘连接；其中，调节螺杆所在的端盖为进气端盖，另一个端盖为排气端盖；调节螺杆设置有一进气孔及一进气调节机构；齿条状活塞杆上设置有一通气孔；排气端盖上设置有两个分别与两个气缸室对应的排气孔及两个排气调节机构。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：摆动气缸输出扭矩为恒定值，然而机械在实际工作过程中，会遇到负载变化的情况，由于当负载做摆动运动时，摆动件先升起，越过最高点后再落下，负载起始运动阶段需要的扭矩最大，而后逐渐减小，直接使用现有的定扭矩摆动气缸，会浪费较多能量在负载的运动过程中。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种变扭矩摆动缸体，其具有周期性调整摆动气缸输出力矩的效果。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种变扭矩摆动缸体，包括支撑架，所述支撑架上转动连接有两个轴线相互平行的输入轴和输出轴，所述输入轴上设置有带动其绕自身轴线周期性正旋或反旋转动的驱动机构；

所述输入轴上固设有输入齿轮，所述输入齿轮的半径沿其周向间隔增大；

输出轴上固设有输出齿轮，所述输出齿轮与输入齿轮啮合，所述输出齿轮的半径沿其周向间隔增大，所述输出齿轮和输入齿轮啮合位置的半径之和保持固定。

通过采用上述技术方案，输出齿轮和输入齿轮保持啮合，当驱动机构为输入轴施加稳定作用力的固定周期的正旋或反旋作用时，输入轴产生周期性的正旋或反旋力矩，输入轴产生的周期性力矩通过相互啮合的输入齿轮和输出齿轮对输出轴产生力矩，由于输入齿轮和输出齿轮的力矩传动随输入轴的转动产生周期性变化，因此当输入齿轮与输出齿轮啮合处的直径比值最小时，输出轴产生的输出力矩最大，当输入齿轮与输出齿轮啮合处的直径比值最大时，输出轴产生的输出力矩最小，且随着输入齿轮与输出齿轮啮合处的直径比值的逐渐变化，输出轴产生的力矩从大到小逐渐变化，从而减少输出轴转动过程中的能量消耗。

本申请进一步设置为：所述驱动机构包括固定于输入轴上的齿轮，所述齿轮上啮合有齿条；

所述驱动机构包括固定于支撑架上的驱动件，所述驱动件的输出轴与齿条固定连接，所述驱动件的输出轴带动齿条周期性往复移动。

通过采用上述技术方案，驱动件通过输出轴带动齿条周期性往复移动，齿条周期性往复移动带动齿轮周期性正旋或反旋转动，齿轮周期性正旋或反旋转动时带动与其固定连接的输入轴周期性正旋或反旋振动，实现驱动机构对输入轴的驱动。

本申请进一步设置为：所述驱动件为单向气缸，所述驱动件设置有沿齿条长度方向间隔设置的两个；

或所述驱动件为双向气缸，所述驱动件设置有一个或沿齿条长度方向间隔同轴设置的多个；

或所述驱动件为液压缸。

通过采用上述技术方案，通过两个单向气缸带动齿条周期性移动，保持齿条受到周期性的稳定作用力；

直接使用一个双向气缸变更实现对驱动件的驱动，或使用多个双向气缸对齿条施加作用力，增大齿条的输出作用力；

当输出轴需要产生较大力矩时，使用液压缸对齿条进行驱动。

本申请进一步设置为：所述支撑架包括两个间隔设置的连接板，所述连接板用于与驱动机构连接，两个连接板之间固设有加强框，所述加强框沿输入轴轴线方向间隔设置有至少两个，所述加强框用于与输入轴和输出轴转动连接。

通过采用上述技术方案，通过连接板便于实现支撑架与驱动机构的连接，通过加强框实现输入轴和输出轴与支撑架的转动连接，方便缸体的安装维护。

本申请进一步设置为：所述加强框包括用于与输入轴连接的输入框，所述输入框为v型框，所述输入框的两自由端分别与两个连接板固定连接，所述输入框的另一端与输入轴转动连接；

所述加强框包括用于与输出轴连接的输出框，所述输出框为v型框，所述输出框的两自由端分别与两个连接板固定连接，所述输出框的另一端与输出轴转动连接。

通过采用上述技术方案，v型结构的输入框和输出框结构稳定性高，同时便于减轻加强框的结构质量，且能实现加强框与连接板之间的连接。

本申请进一步设置为：所述输入框和输出框的开口同向。

通过采用上述技术方案，便于缸体于输入框开口方向的一端平整，便于缸体的安装。

本申请进一步设置为：所述加强框包括加强杆，所述加强杆一端固定于输入框连接有输入轴的一端，所述加强杆另一端固定于输出口与连接板连接的一端。

通过采用上述技术方案，加强杆进一步将输入框和输出框之间连接固定，提高输入框与输出框之间的连接的强度，同时增强输入框与输入轴转动连接处的结构强度。

本申请进一步设置为：所述输入框和输出框的开口相对。

通过采用上述技术方案，能增大输入轴和输出轴轴线之间的距离，增大输入齿轮和输出齿轮之间的最大传动比和减小输入齿轮和输出齿轮之间的最小传动比。

本申请进一步设置为：所述输入齿轮于输出轴上固设有多组，所述输出齿轮设置有与输入齿轮一一对应的多个；所述齿条为圆柱形齿条；

所述输入轴的转动角度小于360°。

通过采用上述技术方案，多组输入齿轮和输出齿轮能增加输出轴的最大输出力矩，减少单组输入齿轮和输出齿轮之间的作用力。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：

1、输出齿轮和输入齿轮保持啮合，当驱动机构为输入轴施加稳定作用力的固定周期的正旋或反旋作用时，输入轴产生周期性的正旋或反旋力矩，输入轴产生的周期性力矩通过相互啮合的输入齿轮和输出齿轮对输出轴产生力矩，由于输入齿轮和输出齿轮的力矩传动随输入轴的转动产生周期性变化，因此当输入齿轮与输出齿轮啮合处的直径比值最小时，输出轴产生的输出力矩最大，当输入齿轮与输出齿轮啮合处的直径比值最大时，输出轴产生的输出力矩最小，且随着输入齿轮与输出齿轮啮合处的直径比值的逐渐变化，输出轴产生的力矩从大到小逐渐变化；

2、通过两个单向气缸带动齿条周期性移动，保持齿条受到周期性的稳定作用力；

3、通过连接板便于实现支撑架与驱动机构的连接，通过加强框实现输入轴和输出轴与支撑架的转动连接，方便缸体的安装维护。

附图说明

图1是实施例一的整体结构示意图；

图2是实施例一中显示驱动机构的爆炸示意图。

图中，1、支撑架；11、连接板；12、加强框；121、输入框；122、输出框；123、加强杆；2、输入轴；21、输入齿轮；3、输出轴；31、输出齿轮；4、驱动机构；41、齿轮；42、齿条；43、驱动件。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例一

参照图1和图2，为本申请公开了一种变扭矩摆动缸体，包括支撑架1，支撑架1包括两个沿其自身厚度方向间隔设置的连接板11，连接板11为长方形板，两个连接板11之间固设有加强框12，加强框12沿连接板11长度方向间隔设置有两个，两个加强框12与两个连接板11一体成型，在其它一实施例中加强框12分别与两个连接板11使用螺栓固定连接。

加强框12包括输入框121和输出框122，输入框121和输出框122均为v型框，输入框121和输出框122形成v型开口朝向同向，输入框121和输出框122形成v型开口的夹角相同，在本实施例中为60°，输入框121和输出框122沿连接板11宽度方向间隔设置，输入框121的两自由端分别与两个连接板11固定连接，输出框122的两自由端分别与两个连接板11固定连接。

加强框12包括两个加强杆123，加强杆123一端固定于输入框121未与连接板11连接的一端，加强杆123另一端固定于输出口与连接板11连接的一端，加强杆123与输入框121和输出框122一体成型。

支撑架1上转动连接有两个轴线相互平行的输入轴2和输出轴3，输入轴2的轴线沿连接板11长度方向，输入轴2的两端分别与输入框121与加强杆123连接的一端转动连接，输入轴2侧面上开设有两个挡圈环槽，输入轴2上连接有位于两个输入框121外侧的轴用弹性挡圈，轴用弹性挡圈用于限制输入轴2沿其轴线与输入框121之间的相对滑动。

输出轴3的两端分别与两个输出框122转动连接，输出轴3连接于输出框122未与连接板11连接的一端，输出轴3侧面上开设有两个挡圈环槽，输入轴2上连接有位于两个输出框122外侧的轴用弹性挡圈，轴用弹性挡圈用于限制输出轴3沿其轴线与输出框122之间的相对滑动，输出轴3其中一位于两个输出框122外的一端用于输出变扭矩作用。

输入轴2上设置有带动其绕自身轴线周期性正旋或反旋转动的驱动机构4，驱动机构4带动输入轴2转动角度为180°，输入轴2带动输出轴3的转动角度为180°。

驱动机构4包括固定于输入轴2上的齿轮41，齿轮41上啮合有齿条42，齿条42为圆柱形齿条42。驱动机构4包括固定于支撑架1上的驱动件43，驱动件43为单向气缸，驱动件43设置有沿齿条42长度方向间隔设置的两个，两个驱动件43相对且周期性间隔开启，驱动件43的外壳与连接板11使用螺栓固定连接，驱动件43的输出轴3与齿条42固定连接。两个单向气缸的输出轴3带动齿条42周期性往复移动，使齿条42受到周期性的稳定作用力，齿条42周期性往复移动带动齿轮41周期性正旋或反旋转动，齿轮41周期性正旋或反旋转动时带动与其固定连接的输入轴2周期性正旋或反旋振动，实现驱动机构4对输入轴2的驱动。

输入轴2上固设有与其同轴的输入齿轮21，输入齿轮21位于两个加强框12之间，输入齿轮21的外侧面设置有输入齿，输入齿轮21的半径沿其周向间隔增大，当输入齿轮21的半径增大至最大状态时，输入齿轮21半径突变至输入齿轮21最小半径处，且输入齿轮21半径突变处弧形过渡。

输出轴3上固设有与其同轴的输出齿轮31，输出齿轮31位于两个加强框12之间，输出齿轮31的结构与输入齿轮21的结构相同，输出齿轮31的半径沿其周向间隔增大，输出齿轮31与输入齿轮21啮合，输出齿轮31和输入齿轮21啮合位置的半径之和保持固定，且等于输入轴2和输出轴3轴线之间的距离。

输入齿轮21于输出轴3上固设有沿其轴线方向间隔设置的两组，输出齿轮31设置有与输入齿轮21一一对应的两个。多组输入齿轮21和输出齿轮31能增加输出轴3的最大输出力矩，减少单组输入齿轮21和输出齿轮31之间的作用力。

上述实施例的实施原理为：

输出齿轮31和输入齿轮21保持啮合，当驱动机构4为输入轴2施加稳定作用力的固定周期的正旋或反旋作用时，输入轴2产生周期性的正旋或反旋力矩，输入轴2产生的周期性力矩通过相互啮合的输入齿轮21和输出齿轮31对输出轴3产生力矩，由于输入齿轮21和输出齿轮31的力矩传动随输入轴2的转动产生周期性变化，因此当输入齿轮21与输出齿轮31啮合处的直径比值最小时，输出轴3产生的输出力矩最大，当输入齿轮21与输出齿轮31啮合处的直径比值最大时，输出轴3产生的输出力矩最小，且随着输入齿轮21与输出齿轮31啮合处的直径比值的逐渐变化，输出轴3产生的力矩从大到小逐渐变化；

输出轴3输出的力矩大小能周期性变化，从而使输出轴3带动待摆动件开始上升时的输出作用力最大，直至减小至输出轴3开始带动待摆动件下降时的输出作用力最小，减小摆动过程中的能量损耗。

实施例二

一种变扭矩摆动缸体，与实施例1不同之处在于，连接板11包括两个间隔设置且分别与单向气缸固定连接的条形板，连接板11上穿设有与单向气缸螺纹连接的螺栓，两个条形板沿连接板11长度方向间隔设置，位于连接板11长度方向同一端的两个条形板分别与一个加强框12一体成型。

驱动件43为双向气缸，驱动件43设置有沿齿条42长度方向间隔设置的两个，两个驱动件43同时带动齿条42移动。

输入框121和输出框122组成的v型开口相对。

上述实施例的实施原理为：

便于连接板11与加强框12的固定连接，同时直接使用螺栓将连接板11与单向气缸固定连接，便于缸体的安装维护；

输入框121和输出框122的开口相对，能增大输入轴2和输出轴3轴线之间的距离，增大输入齿轮21和输出齿轮31之间的最大传动比和减小输入齿轮21和输出齿轮31之间的最小传动比。

实施例三

一种变扭矩摆动缸体，与实施例1不同之处在于，驱动件43为双向气缸，驱动件43设置有一个。在其它一实施例中驱动件43为液压缸。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。