升降台的制作方法

本实用新型涉及家具领域或生产作业设备领域，具体涉及一种可以改变高度的升降台，该升降台可表现为桌子、椅子、操作台或展示台等，适用于家庭家具、办公家具、教学桌椅和生产用作业台等。

背景技术：

现有技术中的升降台通常由操作者手动操作以改变台面的高度，为了减轻操作者的作业难度，升降台可以包括能量储存装置(以下也简称为储能装置)。例如在使用扭簧作为储能装置的升降台中，可以通过旋动扭簧、使扭簧绕自身轴线转动数圈而积累弹性势能，之后在需要台面上升的时候，使扭簧释放弹性势能以提供帮助台面上升的辅助能量。随着台面的升降，扭簧的弹性势能和台面的重力势能互相转换。

假设升降台的台面从最低位置(例如距离地面700mm)上升到最高位置(例如距离地面1200mm)的最大行程为500mm，在台面的整个上升过程中扭簧需要旋转5圈，即扭簧每旋转一圈，台面上升100mm。

假设扭簧的扭臂长为0.025m，扭簧每转动一圈，需要扭矩0.75n·m，即存储了弹性势能0.75n·m。当扭簧转过一圈时，其产生的扭力为0.75n·m/0.025m＝30n；当扭簧转过两圈时，其产生的扭力为60n。

假设台面总载荷为150n，现欲使该台面从最低位置上升到最高位置。预先使扭簧转过5圈，扭簧存储的弹性势能为5×0.75n·m＝3.75n·m，扭簧对外产生扭力为150n，该扭力与台面总载荷平衡。此时给台面一个向上的初始动量，台面就能够上升。

当台面上升了100mm时，扭簧回转(朝与预置方向相反的方向转动)一圈，释放了0.75n·m的势能，此时扭簧存储的势能减小为3.75n·m-0.75n·m＝3n·m，对应的对外扭力为3n·m/0.025m＝120n。此时要使台面保持匀速上升，就需要操作者额外给台面施加30n的向上的力。

以此类推，为了保证台面的稳定上升，在台面持续上升的过程中，操作者给台面施加的向上的力(以下简称外力)需要不断加大。当台面上升了200mm时，需要的外力为60n；当台面上升了400mm时，需要的外力为120n。持续增加的外力需求，给操作者带来了较大的负担。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种能提供持续稳定的辅助力的升降台。

本实用新型提供一种升降台，其包括台面、连接于台面下方的能量转换装置和腿组件，其特征在于，

所述能量转换装置用于将弹性势能转换为提升所述台面用的辅助能量，其包括扭簧、中轴和变速器，所述扭簧的第一端连接到所述变速器的输入部件，所述中轴连接到所述变速器的输出部件，所述输入部件的转速小于所述输出部件的转速，

所述腿组件与所述中轴相连，在所述中轴正转或反转的过程中，所述腿组件缩短或伸长使得所述台面下降或上升。

在至少一个实施方式中，所述变速器为行星齿轮变速器，其包括齿圈、太阳轮、若干行星轮和行星架；

所述齿圈固定，所述行星架作为所述输入部件连接所述扭簧，所述太阳轮作为所述输出部件连接所述中轴；

所述扭簧套设在所述中轴的外周、与所述中轴同轴线设置。

在至少一个实施方式中，所述变速器包括作为所述输入部件的大齿轮和作为所述输出部件的小齿轮，所述大齿轮和所述小齿轮的转动轴线不共线。

在至少一个实施方式中，所述升降台还包括固定于所述台面的横梁，所述能量转换装置还包括离合器、制动叉和传动组件；

所述离合器固定于所述横梁，所述中轴能够绕自身轴线转动地穿过所述离合器；

所述制动叉固定于所述中轴，所述制动叉能够选择性地被所述离合器锁止或释放；当所述制动叉被所述离合器锁止时，所述中轴不能转动；当所述制动叉被所述离合器释放时，所述中轴能够绕自身轴线转动；

所述传动组件连接到所述扭簧的第二端，通过操作所述传动组件能够使所述扭簧的所述第二端相对于所述第一端转动从而使所述扭簧积蓄弹性势能。

在至少一个实施方式中，所述腿组件包括第一腿部、第二腿部和同步升降装置，所述第一腿部能够沿所述第二腿部的轴向靠近或远离所述第二腿部，

所述同步升降装置包括：

支撑架，呈长条状；

两个传动轮，设置在所述支撑架的两个端部；

环形传动件，被所述两个传动轮张紧地套设于所述两个传动轮；和

同步连接器，固定于所述环形传动件；其中，

所述中轴连接所述环形传动件，所述支撑架固定连接到所述第一腿部，所述同步连接器固定连接到第二腿部。

在至少一个实施方式中，所述第一腿部套设在所述第二腿部的外周。

在至少一个实施方式中，所述腿组件有两个，分别设置在所述能量转换装置的轴向的两侧。

在至少一个实施方式中，所述能量转换装置还包括外短轴，所述外短轴在所述中轴的端部与所述中轴能沿彼此的轴向活动地嵌套设置。

在至少一个实施方式中，在所述外短轴与所述中轴的连接处设有弹簧，通过挤压所述弹簧能够使外短轴靠近所述中轴。

在至少一个实施方式中，所述腿组件还包括压力缸，所述压力缸的缸体与所述支撑架固定连接，所述压力缸的活塞杆与所述第二腿部固定连接。

在至少一个实施方式中，所述压力缸的活塞将所述缸体分隔成第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和所述第二腔室流体连通，所述活塞杆从所述第二腔室伸出所述缸体，

所述缸体在轴向上分为第一区域和第二区域，所述第二区域比所述第一区域更靠近所述活塞杆的伸出端，

在所述第一区域，所述缸体的内径在从所述第一腔室到所述第二腔室的方向上逐渐变大，在所述第二区域，所述缸体的内径在从所述第一腔室到所述第二腔室的方向上保持恒定。

根据本实用新型的升降台，在台面上升的全过程中，扭簧存储的弹性势能不完全释放，从而台面所需的来自操作者的外力较小。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施方式的升降台的主体部分的结构示意图。

图2是根据本实用新型的一个实施方式的能量转换装置的结构示意图。

图3和图4是根据本实用新型的一个实施方式的变速器的结构示意图。

图5是根据本实用新型的一个实施方式的同步升降装置的结构示意图。

图6是根据本实用新型的一个实施方式的腿组件的结构示意图。

图7是根据本实用新型的一个实施方式的腿组件和横梁组件装配的部分结构的示意图。

图8是根据本实用新型的一个实施方式的压力缸的结构示意图。

附图标记说明

10横梁；

20腿；21第一腿部；22第二腿部；

30能量转换装置；31扭簧；

32变速器；321行星架；322太阳轮；323行星轮；324齿圈；325壳体；

33中轴；34外短轴；341弹簧；35离合器；351离合器开关；36制动叉；37传动组件；371手柄；372标尺；

40同步升降装置；41支撑架；42传动链；43同步连接器；44相位连接器；441连接环；

50压力缸；51缸体；52活塞杆；53活塞。

具体实施方式

下面参照附图描述本实用新型的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本实用新型，而不用于穷举本实用新型的所有可行的方式，也不用于限制本实用新型的范围。

以下参照图1至图8，介绍根据本实用新型的升降台的具体结构和使用方法。

本实施方式的升降台包括台面(图中未示出)、固定在台面下方的空心的横梁10、容纳在横梁10的内腔的能量转换装置30、固定在横梁10两侧的两个空心的腿20、容纳于腿20内腔的同步升降装置40和压力缸50。

能量转换装置30用于在升降台的升降部分(升降部分主要包括台面，以下为描述简便，在提到升降部分时也只用台面代替)的升降过程中，提供第一辅助能量(第一辅助动力)，能量转换装置30中的储能装置积蓄的弹性势能能够转换为台面的重力势能，从而减轻操作者的负担。

参照图2，能量转换装置30包括扭簧31、变速器32、中轴33、外短轴34、离合器35、制动叉36和传动组件37。

离合器35固定于横梁10，中轴33穿过离合器35并能相对于离合器35绕自身的轴线转动。制动叉36固定于中轴33，通过离合器开关351能够选择性地使制动叉36被离合器35锁止或释放。当制动叉36被离合器35释放时，中轴33能够正向或反向转动；当制动叉36被离合器35锁止时，中轴33不能转动。

扭簧31套设在中轴33的外周，扭簧31的第一端通过变速器32与中轴33相连，扭簧31的第二端连接传动组件37。传动组件37用于将外力传递给扭簧31的第二端使扭簧31绕自身的轴线转动。在本实施方式中，传动组件37是蜗轮蜗杆组件，传动组件37连接手柄371，手柄371的转动轴线与扭簧31的转动轴线垂直，操作者通过转动手柄371能够将外力传递给扭簧31。横梁10的壁上还设有指示装置372，手柄371的转动幅度可通过指示装置372显示。指示装置372可以是机械式的指针，通过齿轮齿条等传动件与手柄371联动；也可以是数码表盘，通过光电传感器等测量手柄371的转动幅度。操作者通过指示装置372可以知晓扭簧31所储备的能量的相对大小。

扭簧31积蓄弹性势能的实现方式：控制离合器开关351，使制动叉36被离合器35锁止，此时转动手柄371，扭簧31的第一端固定不动、第二端转动。

扭簧31释放弹性势能的实现方式：手柄371锁止，扭簧31的第二端固定不动，此时控制离合器开关351，使制动叉36被离合器35释放，扭簧31的第一端相对于第二端转动、并带动中轴33转动。

变速器32连接扭簧31和中轴33，使得扭簧31的转动被放大地传递给中轴33。结合下文读者将了解到，台面升降一定的距离、对应中轴33的转动圈数是固定的，而如果中轴33转动数圈，扭簧31只转动较小的角度，则在台面上升的过程中，扭簧31的弹性势能不完全释放。对于同样的上升距离，相较于扭簧31的弹性势能完全释放的调节过程，本实施方式中扭簧31所提供的辅助力的改变很小，因此台面的上升更平稳、需要操作者动态地补充的外力更小。

参照图3和图4，以下介绍根据本实施方式的变速器32的具体结构和作用。为了节约横梁10的内腔的空间，且方便中轴33和扭簧31的位置设置，本实施方式中使用的变速器32为行星齿轮变速器。变速器32包括行星架321、太阳轮322、三个行星轮323齿圈324和壳体325。行星架321用于与扭簧31的第一端固定，行星轮323能绕自身轴线转动地固定于行星架321。中轴33轴向地穿过太阳轮322并与太阳轮322不可相对转动地连接。齿圈324的外周具有若干缺口，这些缺口能与壳体325内的凸起配合，使得齿圈324被壳体固定住。

变速器32的运转过程对应了扭簧31释放弹性势能的过程。这个过程中，齿圈324不动，行星架321主动，太阳轮322被动，实现了从行星架321到太阳轮322的加速的传动效果。

接下来以行星架321和太阳轮322之间的传动比(即转速(角速度)比)为1:10为例，说明本实用新型加装变速器32的好处。此处讨论的给台面的辅助支撑暂不考虑下文记载的气缸组件的影响。

假设扭簧31的扭臂长为0.025m，扭簧31每转动一圈，需要扭矩7.5n·m，即存储了势能7.5n·m。因此，扭簧31每转动一圈，通过变速器32传递到中轴33的力为7.5n·m/0.025m/10＝30n。

对于需要上升500mm的负载为150n的台面，假设中轴33每转动一圈，台面上升100mm。定义初始状态时，扭簧31被预置正向旋转5圈，使扭簧31存储弹性势能5×7.5n·m＝37.5n·m，通过变速器32传递到中轴33的力为37.5n·m/0.025m/10＝150n。此时通过扭簧31提供给台面的支撑力与台面的负载平衡，通过给台面一个微小的向上的初始动量，可以使台面上升。

台面上升100mm后，中轴33转动1圈，扭簧31朝与预置旋转方向相反的反向旋转了1/10圈(36°)，扭簧31释放弹性势能7.5n·m×1/10＝0.75n·m。此时扭簧31存储的弹性势能减小为37.5n·m-0.75n·m＝36.75n·m，扭簧31通过变速器32传递到中轴33的力减小为36.75n·m/0.025m/10＝147n。相比于初始状态，通过扭簧31提供给台面的支撑力减小了3n。此时只需操作者额外给台面提供3n的向上的外力，台面便仍能匀速上升。

以此类推，当台面上升了200mm时，需要的外力为6n；当台面上升了400mm时，需要的外力为12n。当台面上升了500mm时，扭簧31共反向旋转5/10圈(180°)，释放弹性势能3.75n·m，此时扭簧31存储的弹性势能减小为37.5n·m-3.75n·m＝33.75n·m，扭簧31通过变速器32传递到中轴33的力减小为33.75n·m/0.025m/10＝135n。相比于初始状态，通过扭簧31提供给台面的支撑力只减小了15n。

因此，相比于现有技术中不使用变速器32的方案，在台面上升500mm的过程中，操作者提供的外力大大地降低了。

接下来参照图5至图7介绍中轴33的转动是如何带动台面实现升降的。

同步升降装置40连接了中轴33和腿20，通过同步升降装置40不仅能实现中轴33的转动和腿20的伸缩运动之间的转换，还能保证两个腿20能同步地伸缩。

参照图5，同步升降装置40包括支撑架41、传动链42、同步连接器43和相位连接器44。支撑架41呈长条状，支撑架41的两端各连接有一个相位连接器44，每个相位连接器44包括一个传动轮。环形的传动链42套设在两个相位连接器44的传动轮上被张紧。同步连接器43固定于传动链42，传动链42的正转和反转将带动同步连接器43在两个相位连接器44之间往复运动。传动链42的转动与传动轮的转动是同步的，传动轮的转动带动连接环441的转动，连接环441能够与中轴33不可相对转动地连接；因此，中轴33的转动和同步连接器43的往复运动是互相牵制的。

参照图6，说明同步升降装置40与腿20的连接关系。腿20包括相互嵌套的第一腿部21和第二腿部22，第一腿部21和第二腿部22能互相靠近或远离、从而实现腿20的缩短或伸长。同步升降装置40的支撑架41固定连接到第一腿部21，同步连接器43固定连接到第二腿部22。于是当第一腿部21和第二腿部22的相对位置改变时，同步连接器43在支撑架41上的位置也相应改变、同时伴随连接环441发生转动。在本实施方式中，由于第一腿部21和第二腿部22是彼此嵌套的，为了使第一腿部21和第二腿部22在相对运动时，不会与同步连接器43发生位置干涉，第一腿部21是套设在第二腿部22的外周的。

接下来，参照图7说明中轴33是如何与相位连接器44连接的。本实施方式的横梁组件(包括横梁10和能量转换装置30)能够方便地与腿组件(包括腿20、同步升降装置40和下文将进一步介绍的压力缸50)拆装，使得升降台在从生产厂商运输给客户的过程中，能够被独立地包装和运输，节约物流成本。横梁组件与腿组件的灵活地拆装是通过外短轴34和弹簧341实现的。中轴33(图6中未示出)两端设置成空心结构，外短轴34能够嵌入中轴33端部的内腔内，并与中轴33不可相对转动地连接，例如中轴33端部的内腔的横截面和外短轴34的横截面均为六边形。外短轴34与中轴33套接处设有弹簧341，在自然状态下，弹簧341保持原长，外短轴34呈伸出状态。当向外短轴34施加沿轴向朝向中轴33的压力后，外短轴34能进一步伸入中轴33的内腔。外短轴34的横截面形状与相位连接环441的环形孔的横截面形状相适应，使得外短轴34能恰好伸入相位连接环441内、且外短轴34或相位连接环441中的一者的转动能带动另一者同相位地转动，两者转动的相位相互制约，即两者不能相对转动地相连。

优选地，完成装配的升降台的两个腿20之间的距离(约等于两个连接环441之间的距离)小于自然状态下的能量转换装置30的两个外短轴34的伸出端之间的距离。于是在安装横梁组件和腿组件时，将外短轴34至少部分地压入中轴33、直至两个外短轴34均伸入到对应的相位连接环441内。之后外短轴34受弹簧341的弹力的作用会部分地回弹伸出中轴33，使得横梁组件和腿组件的装配关系更牢固。

应当理解，外短轴34与中轴33的可伸缩式的装配不限于上文记载的使外短轴34被嵌套在中轴33内部的形式。例如还可以将外短轴34的与中轴33相连的一端设置成空心结构，使得中轴33能够部分地伸入外短轴34的内部。

本实施方式中的压力缸50(参照图8)为台面的上升提供了第二辅助能量(第二辅助动力)。在本实施方式中，压力缸50为气压缸，缸体51内填充高压氮气。缸体51与支撑架41或第一腿部21固定连接，活塞杆52与第二腿部22固定连接。在台面上升过程中，活塞杆52持续伸出缸体51以提供辅助动力。

优选地，为了使活塞杆52在伸出过程中的输出力保持平稳，压力缸50的内径具有特殊的设计。这是因为，由于活塞杆52占据了缸体51内部的一定的空间，在活塞杆52向外伸出的过程中，缸体51内部的气体体积逐渐变大，缸体51内部的气体压强逐渐减小。若活塞53的上下两个表面的表面积保持不变，则在活塞杆52向外伸出的全过程中，活塞杆52向外的输出力将不断减小。而在以下介绍的优选方案中，缸体51的内径在轴向上是变化的，使得活塞53在运动过程中其上下两个表面的表面积也相应发生变化。

以下参照图8介绍这种优选的压力缸50的构造。

缸体51的内部被活塞53在轴向上分隔为第一腔室c1和第二腔室c2，第一腔室c1与第二腔室c2流体连通。

而根据缸体51的内径的不同，缸体51在轴向上又被分为两个区域，定义活塞杆52的伸出方向为“上”，第二区域位于第一区域的上方。在缸体51的轴向上从第一区域指向第二区域的方向上，第一区域的缸体内径逐渐变大、第二区域的缸体内径保持不变。

活塞53具有一定的弹性、能与缸体51的内壁紧密接触并根据缸体内径的变化而适应地变形。在活塞杆52向外伸出缸体51的运动过程中，当活塞53运动于第一区域时，活塞53的上下两个表面(活塞53的朝向第一腔室c1的表面为其下表面，活塞53的朝向第二腔室c2的表面为其上表面)的表面积差△s逐渐减小；而当活塞53运动于第二区域时，活塞53的上下两个表面的表面积差△s’保持不变。图8中的虚线部分是活塞53的运动轨迹中的几处位置示意，表1示出了在上述几个位置处，活塞53的上下两个表面的表面积差。值得注意的是，实际应用中的缸体内径设计需结合活塞杆52所受外力的情况，并考虑缸内高压氮气的物理状态、装置自身结构、气体阀门的设置等情况而进行。

表1

活塞杆52伸出的全过程均有：△s＜△s’，该表面积差适应性地补偿了在该过程中缸体51内的气体压强差，使得活塞杆52的输出力的变化较小，由压力缸50提供的辅助动力较平稳。

以下结合图1和图2，介绍根据本实施方式的升降台的升降操作过程：

(1)升降台上升

初始状态，离合器开关351处于连接状态，制动叉36被离合器35锁定。

旋转手柄371，使扭簧31随动地正向转动而蓄能，结合指示装置372的读数，使扭簧31积蓄适合台面总负重的弹性势能。

使离合器开关351处于断开状态。制动叉36脱离离合器35的锁定，扭簧31反向转动释放弹性势能，并经由变速器32带动中轴33和两端的外短轴34转动，将第一辅助动力传递给同步升降装置。

在压力缸50提供的第二辅助动力和上述第一辅助动力的支撑下，台面接近于悬浮状态。此时可轻提台面给台面一个向上的初始动量，压力缸50的活塞杆52伸出。腿20伸长(第一腿部21接近匀速地升起)，且两侧的第一腿部21的上升保持同步。

在台面上升的过程中，操作者可根据台面的运动状态，给与台面一定的人为的外力。

台面达到预期高度后，使离合器开关351处于连接状态，制动叉36被离合器35锁定。腿20的伸长过程(即台面的上升过程)终止，升降台高度被确定，台面的重力势能增加。

(2)升降台下降

使离合器开关351处于断开状态，制动叉36脱离离合器35的锁定，中轴33和两端的外短轴34处于可转动的状态。

轻压台面给台面一个向下的初始动量，台面在其自身重力作用下下降。在台面下降过程中，中轴33正向转动(相对于升降台上升过程中的中轴33和扭簧31的反向转动)，带动制动叉36及扭簧31正向转动，扭簧31蓄能。

台面达到预期高度后，使离合器开关351处于连接状态，制动叉36被离合器35锁定，下降过程终止，升降台的高度被确定，台面的重力势能转换为扭簧31的弹性势能。

本实用新型至少具有以下优点中的一个优点：

(i)本实用新型使用扭簧31为升降台的升高提供了第一辅助动力，且该辅助动力经由变速器32而传递给中轴33并进一步传递给同步升降装置40。变速器32在力和运动的传递过程中起到了类似杠杆的调节作用，其将扭簧31的转动角度放大后传递给中轴33，从而使得在台面上升的全过程中，扭簧31积蓄的弹性势能不会全部释放。

(ii)变速器32采用了行星齿轮传动的结构，扭簧31连接到作为变速器32的输入部件的行星架321，中轴33连接到作为变速器32的输出部件的太阳轮322，这使得扭簧31能套设在中轴33的外周、与中轴33同轴线地布置，且中轴33可以轴向地穿过变速器32，节约了横梁10的内腔的空间。

(iii)同步升降装置40与能量转换装置30相连，不仅实现了中轴33的转动与腿20的伸缩运动之间的传递，而且能保证成对设置的腿20同步伸缩。

(iv)外短轴34与中轴33之间在轴向上可相对移动一定的距离，方便了同步升降装置40与能量转换装置30之间的拆装。制造商出于仓储、物流成本等的考虑，可以将腿组件、横梁组件和升降台的台面分别单独生产、单独包装，然后将升降台的整体组装过程留给消费者完成。

当然，本实用新型不限于上述实施方式，本领域技术人员在本实用新型的教导下可以对本实用新型的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本实用新型的范围。例如：

(i)根据本实用新型的升降台，可以不使用压力缸50来提供第二辅助动力，即可以省略压力缸50的设置。当使用压力缸50提供第二辅助动力时，也可以使用缸体内径在轴向上均相等的普通的压力缸。

(ii)根据本实用新型的升降台，可以只具有一个(而非两个)腿20，此时，与腿20相连的同步升降装置40起到了传递中轴33的转动的作用。

(iii)变速器32也可以不使用行星齿轮传动的结构、而使用普通的齿轮传动结构，例如变速器32内是一个大齿轮与一个小齿轮啮合的传动形式，大齿轮和小齿轮的转动轴线不共线，这种情况下，扭簧31连接到作为输入部件的大齿轮，中轴33连接到作为输出部件的小齿轮。普通的变速器虽然可能会比行星齿轮变速器占用更大的空间，但是普通的变速器对零部件的精度要求低、传动比设置更灵活、维护方便。

(iv)传动链42也可以是传动带、传动绳索等其他形式的环状传动件。