一种非线性凸轮弹簧组合机构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105485281A(43)申请公布日2016.04.13(21)申请号201610007198.5(22)申请日2016.01.06(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园1号(72)发明人赵治华李萌何泽远(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人廖元秋(51)Int.Cl.F16H25/00(2006.01)H01Q1/08(2006.01)F16F15/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种非线性凸轮弹簧组合机构(57)摘要本发明公开了一种非线性凸轮弹簧组合机构，属于机械结构设计技术领域，该机构包括非线性凸轮，与该非线性凸轮相连的线性弹簧和用于输出外力绕过非线性凸轮的绳子，所述的非线性凸轮采用多圈螺旋结构，该多圈螺旋的轮廓线轨迹为根据应用需求提出的力——位移曲线经由数学方法求出。本发明能够利用自主设计的凸轮与现有的线性弹簧实现任意目标力——位移曲线，本机构具有结构简单，适应性强，刚度调节范围大的特点，具有很强的工程实用性。CN105485281ACN105485281A权利要求书1/1页1.一种非线性凸轮弹簧组合机构，其特征在于，该机构包括非线性凸轮，与该非线性凸轮相连的线性弹簧和用于输出外力绕过非线性凸轮的绳子，所述的非线性凸轮采用多圈螺旋结构，该多圈螺旋的轮廓线轨迹为根据应用需求提出的力—位移曲线经由数学方法求出。2.如权利要求1所述非线性凸轮弹簧组合机构，其特征在于，还包括固定框架，该固定框架由上下横梁和连接上下横梁一端的侧梁，分别设置在上下横梁上的两个转动轴承，以及在下梁上固定的一固定柱组成；所述线性弹簧为正比例的平面涡卷弹簧，所述非线性凸轮由多圈螺旋本体，连接在本体上下两端的上下轴组成；该本体下端底面设有用于嵌入平面涡卷弹簧的凹槽，该平面涡卷弹簧的中心端固定在凸轮的下轴上，外侧端固定于框架的固定柱上；该非线性凸轮的上、下轴分别与该框架的上下横梁的两个转动轴承相配合转动；所述绳子从上至下缠绕于螺旋本体沟槽内并固定于本体底部，工作时绳子上端沿沟槽拉伸用于外力输出。3.如权利要求1所述非线性凸轮弹簧组合机构，其特征在于，还包括固定框架，该固定框架由上下横梁和连接上下横梁一端的侧梁，分别设置在上下横梁上的上下转动轴承，与下转动轴承相连的匹配轴和与匹配轴相连的绕线轴组成；所述线性弹簧由正比例的线性螺旋拉伸弹簧、连接拉伸弹簧一端的连接线组成；该连接线另一端固定在绕线轴上；所述非线性凸轮由多圈螺旋本体，连接在本体上下两端的上下轴组成；该下轴与绕线轴相连，该上轴与上转动轴承相配合转动；所述绳子从上至下缠绕于螺旋本体沟槽内并固定于本体底部，工作时，线性螺旋拉伸弹簧的一端固定，绳子上端沿沟槽拉伸用于外力输出。2CN105485281A说明书1/4页一种非线性凸轮弹簧组合机构技术领域[0001]本发明属于机械结构设计技术领域，涉及一种可以实现任意力—位移曲线的凸轮弹簧组合机构，特别是机构中凸轮与弹簧的组合方式与凸轮的设计方法。背景技术[0002]普通螺旋弹簧或平面涡卷弹簧为线性弹簧，即弹簧输出的拉力/力矩与弹簧拉伸长度/转角成正比，其变形越大，输出的力/力矩越大。而在很多工程应用中需要弹簧变形增大时整个系统输出的力(力矩)变小，或者呈现出满足预定需求的变化过程。传统的正比例弹簧及其组合机构刚度固定难以变化，对于复杂的实际工况缺乏适应性。而在某些特定工况，如应用于卫星的桁架式天线展开机构中，系统展开过程中输入能量先高后低，利用现有的正刚度弹簧机构助力展开会造成很大的能量损失，而非线性弹簧则能更好的满足需求。[0003]中国专利文献“申请号：20061015092.1”公开了一种非线性压杆弹簧装置，利用压杆失稳前后的独特力学性质，将压杆作为弹性器件，构建出了一种高承载能力低固有频率的弹簧机构，主要应用于低频环境的隔震减震装置。该装置结构主要由压杆决定，占据空间大，可以实现动静刚度的变化，但变化范围较小，缺乏设计性和针对性。发明内容[0004]本发明为克服正比例弹簧系统在工程应用中的众多不足，以及负刚度实现困难，设计缺乏针对性的问题，提出一种非线性凸轮弹簧组合机构。本发明利用了设计外轮廓的凸轮与普通正比例弹簧的组合机构，能够实现特定要求的力—位移曲线，具有结构简单、适应性强，刚度调节范围大的特点。[0005]本发明提出的一种非线性凸轮弹簧组合机构，其特征在于，该机构包括非线性凸轮，与该非线性凸轮相连的线性弹簧和用于输出外力绕过非线性凸轮的绳子，所述的非线性凸轮采用多圈螺旋结构，该多圈螺旋的轮廓线轨迹为根据应用需求提出的力—位移曲线经由数学方法求出。[0006]上述机构的一种具体