负载平衡机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种负载平衡机构，该机构可在竖直方向上或其他方向上提供大致恒 定的、不随位移变化的力，且该力的大小可以被调节。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展，人体工程学越来越受到重视。特别是当人类进入信息时代，日常 的工作和生活越来越依赖于操作计算机等设备。但是很多设备与人体的相对位置是不可调 节的，无法使不同身材的使用者以人体工程学建议的方式使用设备。另外，这种不可调节性 迫使使用者长时间用同一种姿势操作设备，易导致颈椎、腰椎损伤等健康问题。有研宄表 明，每隔一段时间变换使用姿势，比如坐姿和立姿交替，对健康有益。因此迫切需要一种方 便调节设备与人体的相对位置的技术方案。如果能实现调节时不需要电源，并且调节时几 乎不费力，无疑是较好的方案。
[0003] 申请号为201180037431. X的中国专利公开了一种方案，主要采用了凸轮和压缩 弹簧的组合实现输出大致恒定的、不随位移变化的力，而且该力的大小可以被调节。如果调 节至与负载的力大小相近，由于两力的方向相反，相互抵消，那么手动移动负载将几乎不费 力。凸轮和压缩弹簧的组合的缺点是占用空间较大，特别是当此设备放在桌面上时，占用了 很多宝贵的桌面空间。尽管该专利用了两个凸轮组合试图减小设备占用的桌面空间，但从 该专利申请人的对该专利的实施（已上市的WorkFit-S系列产品）来看，占用的桌面空间 仍然很大。
[0004] 占用空间较小的好处不仅仅是腾出更多的可用空间，而且能够使部署方式更灵活 多变，以适应不同环境。因此，实现调节设备与人体的相对位置时不需要电源，并且调节时 几乎不费力，同时占用空间较小，将是有利的。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明公开了 一种负载平衡机构。
[0006] 本发明采用的技术方案是：
[0007] 负载平衡机构，其特征在于：包括
[0008] -能输出恒定转矩并将恒定转矩转换成恒定力的恒力输出组件；
[0009] 一能根据负载类型调节输出的恒定力的大小的丝杆组件；
[0010] 一用于支撑上述组件的支撑组件；
[0011] 所述的恒力输出组件包括：
[0012] 输出恒定转矩的恒转矩弹簧，所述的恒转矩弹簧的头部卷绕在储存轮上，尾部固 定在输出轮上；
[0013] 与输出轮过盈配合的第一轴；
[0014] 与第一轴间隙配合的调节滚轮；
[0015] 盘面与调节滚轮的轮面紧密贴合且产生摩擦力的转盘；
[0016] 固设在转盘背面且与转盘同心的第二轴；
[0017] 用于套设储存轮且与第一轴平行设置的第三轴，所述的储存轮可在第三轴上旋 转；
[0018] 和用以将恒定转矩转换成恒定力的第一绳索；所述的第一绳索的一端固设在转盘 或第二轴上，第二轴转动时第一绳索在第二轴上卷绕或解绕，所述的第一绳索的另一端固 设在支撑组件的安装部分，用以输出可平衡负载重力或其他力的恒定力；
[0019] 所述的的支撑组件包括基础部和用于安装不同负载的安装部分，所述的安装部分 通过导轨系统与基础部相对滑动。
[0020] 所述的丝杆组件包括转动丝杆、套装在转动丝杆上的滑动组件和滑轨，所述的转 动丝杆、滑轨、第一轴三者互相平行设置，转动丝杆旋转时带动滑动组件在滑轨上移动；所 述的滑动组件与调节滚轮配合使调节滚轮在第一轴上轴向移动，以改变调节滚轮在转盘上 的投影与转盘圆心之间的距离。
[0021] 还包括一用于控制负载在行程范围内移动与否的锁定组件。
[0022] 还包括一用于控制锁定组件动作的锁定控制组件。
[0023] 还包括一绳索断开保护组件。
[0024] 所述的绳索断开保护组件包括固定在所述的安装部分上的底座，所述的底座上开 设有孔，所述的孔内安装有第一压缩弹簧和销，所述的第一压缩弹簧套设在销上，并且抵接 于销和底座之间，所述的第一绳索的另一端与所述的销的尾部连接；所述的销与开设在基 础部上的若干排排孔相适配，第一绳索断开，销的头部插接在排孔内，阻止负载运动。
[0025] 还包括转速保护组件。
[0026] 所述的转速保护组件包括大开口销、小轴和突起结构，所述的小轴固定于转盘的 正面、转盘的背面或上述两面，所述的大开口销的头部的圆环穿设在小轴上，所述的大开口 销可绕小轴旋转，且旋转平面与转盘的盘面平行；所述的转盘上设置有突起结构，所述的小 轴上设置有限位结构；靠近大开口销侧的所述的基础部上设置有与所述的大开口销配合作 用的挡块，当转盘转动速度超过某预设值时，大开口销卡在挡块和突起结构之间，转盘停止 转动。
[0027] 所述的恒转矩弹簧与调节滚轮之间设有与储存轮或输出轮的端面平行的隔板，并 且通过限位开口销限位于所述的第一轴和第三轴靠近恒转矩弹簧的一侧；所述的储存轮限 位于第三轴靠近恒转矩弹簧的另一侧。
[0028] 所述的支撑组件还包括第一滚轮、第二滚轮，所述的第一滚轮和第二滚轮的轴分 别固定在基础部，轮面紧贴在所述的安装部分内部的两侧。
[0029] 所述的支撑组件还包括缓冲器，所述的缓冲器固定在基础部上且所述的缓冲器的 头部在安装部分运动到接近极限位置时与安装部分内侧触接。
[0030] 所述的调节滚轮的轴线在转盘上的投影通过转盘的圆心。
[0031] 本发明的工作原理如下：
[0032] 恒转矩弹簧组件能输出大致恒定的转矩，转矩大小记为M，输出轮半径记为r1;
[0033] 第一轴，用于承受恒转矩弹簧组件输出的转矩，并把转矩M传递给轴上的其他部 件；
[0034] 调节滚轮套装在在第一轴上并与第一轴同心，能随着第一轴转动而获得转矩M，并 且能在第一轴上轴向滑动，调节滚轮半径记为r2;
[0035] 转盘盘面紧贴调节滚轮轮面，调节滚轮的轴线在转盘上的投影通过转盘圆心，转 盘在与调节滚轮轮面的摩擦力作用下转动，摩擦力记为f，调节滚轮在转盘上的投影到转盘 圆心的距离记为r3;
[0036] 第二轴固定在转盘背面并与转盘同心，从而获得转矩M，第二轴半径记为r4;
[0037] 第一绳索一端固定在第二轴或转盘上，第二轴转动时第一绳索在第二轴上卷绕或 解卷，第一绳索将恒定的转矩转换为恒定的力，恒定力记为F，并在绳索的另一端输出；
[0038] 转动丝杆可以调节调节滚轮的位置，改变
[0039] 根据力学原理，当力沿转动的切线方向时，转矩=力X半径，可得
[0041] 由转矩平衡条件，第二轴上方向相反的两力矩大小相等，即
[0042] fr3= Fr 4
[0043] 解得
[0045] 在一个制造完成的设备里，M、r2、r4显然是定值。如果r 3保持不变，F将保持恒定。 如果转动丝杆调节调节滚轮到适当的位置，r/变为r' 3，F则变为F'，F'恰好与负载的力 大小相近，由于两力的方向相反，相互抵消，负载处于平衡状态，此时手动移动负载将几乎 不费力。同样保持r' 3不变，F'将保持恒定，在一定的范围内手动移动负载都将几乎不费 力，不需要锁定装置也能停在无限多个位置上。这样一来，在使用者变换使用姿势时（例如 坐姿和立姿的