拉簧凸轮组合恒力平衡装置

1.一种拉簧凸轮组合恒力平衡装置，其特征是它包括弹簧(1)、连接钢丝绳(2)、变臂凸轮(3)、同步卷轮(4)、回转轴(8)、滑轮组(5)和变向钢丝绳(6)，所述的弹簧(1)的一端连接在恒力平衡装置的基座上，另一端通过连接钢丝绳(2)与变臂凸轮(3)相连，同步卷轮(4)和变臂凸轮(3)均安装在回转轴(8)上，变向钢丝绳(6)的一端与同步卷轮(4)连接，另一端绕过滑轮组(5)与运动部件(7)即恒力平衡装置的平衡对象连接。
2.根据权利要求1所述的拉簧凸轮组合恒力平衡装置，其特征是所述的回转轴(8)通过回转支承架安装在恒力平衡装置的基座上。

拉簧凸轮组合恒力平衡装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种平衡技术，具体说是一种依靠变臂凸轮对螺旋拉簧长度变化引起的平衡拉力进行补偿，从而提供平衡所需要的恒定拉力，对机床等的垂直或倾斜传动运动部件重力进行平衡的一种装置。\n背景技术\n[0002] 机床装备作为战略性产业，一直以来受到世界各国的高度重视。近年来机床装备向着数字化、高速化、高精化、智能化......方向发展。数控机床进给传动普遍采用滚珠丝杆副，由于滚珠丝杆副逆向传动效率很高，不能自锁，因此，当用于垂直或倾斜传动时，如果传动中断或停电，会因运动部件自重而产生逆传动，导致运动部件下冲而造成事故。\n[0003] 目前的数控机床垂直或倾斜传动平衡方案主要有重锤平衡、气液平衡和摩擦制动平衡，这些方案都存在一定的不足之处。重锤平衡虽然结构简单，安全可靠，但是会大大增加机床重量和运动部件惯量，后者对高速化数控机床进给伺服系统是个极其重要的参数，运动部件惯量的增加将严重影响进给速度的提高。气液平衡克服了部分重锤平衡的不足，但其技术相对复杂，成本高，动力消耗大，技术经济性及可靠性相对不够理想。摩擦制动平衡则无法改善导轨及传动丝杆的变形和磨损，也不能解决垂直或倾斜传动机床调整时的前倾以及由此引起的立柱底座的翘曲变形等问题。\n发明内容\n[0004] 本实用新型的目的是针对目前数控机床垂直或倾斜传动中存在的问题，提出一种依靠螺旋拉簧和变臂凸轮卷轮组合体等组成的恒力平衡装置，可用于数控机床等的垂直或倾斜传动中对运动部件重力进行平衡。\n[0005] 本实用新型的技术方案是：\n[0006] 一种拉簧凸轮组合恒力平衡装置，它包括弹簧、连接钢丝绳、变臂凸轮、同步卷轮、回转轴、滑轮组和变向钢丝绳，所述的弹簧的一端安装连接在恒力平衡装置的基座上，另一端通过连接钢丝绳与变臂凸轮相连，同步卷轮和变臂凸轮均安装在回转轴上，变向钢丝绳的一端与同步卷轮连接，另一端绕过滑轮组与运动部件即恒力平衡装置的平衡对象连接。\n[0007] 本实用新型的回转轴通过回转支承架安装在恒力平衡装置的基座上。\n[0008] 本实用新型的有益效果：\n[0009] 本实用新型采用弹簧和变臂凸轮组合提供平衡恒定力矩，可以有效减少导轨及传动丝杆的变形和磨损，消除垂直或倾斜机床调整时的前倾以及由此引起的立柱底座的翘曲变形，克服运动部件的偏重对机床精度的影响，且不受机械失灵、中途停电等影响，此外，本装置结构简单，安全、可靠、经济，尤其是在高速运动场合，可以有效减少运动部件惯量，提高高速运动性能。\n附图说明\n[0010] 图1是本实用新型的结构示意图。\n具体实施方式\n[0011] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。\n[0012] 如图1所示，一种拉簧凸轮组合恒力平衡装置，它包括弹簧1、连接钢丝绳2、变臂凸轮3、同步卷轮4、回转轴8、滑轮组5和变向钢丝绳6，所述的弹簧1的一端安装连接在恒力平衡装置的基座上，另一端通过连接钢丝绳2与变臂凸轮3相连，连接钢丝绳2缠绕在变臂凸轮3的径向工作面上，连接钢丝绳2的长度应满足最大运动范围的需要，即应大于变臂凸轮径向工作面摆动的最大弧长，以避免弹簧1缠绕。同步卷轮4和变臂凸轮3均安装在同一回转轴8上，可以实现同步旋转，该回转轴8通过回转支承架安装在基座上。变向钢丝绳6的一端与同步卷轮4连接，另一端绕过滑轮组5变向后与运动部件7即恒力平衡装置的平衡对象连接。\n[0013] 本实用新型的运动部件7即恒力平衡装置的平衡对象运动到不同位置时，通过变向钢丝绳6带动同步卷轮4和变臂凸轮3组合体同步旋转，引起弹簧1的伸长量与其作用力臂的线性反比例变化，从而使作用力矩保持不变，再通过同步卷轮4转化，实现恒力平衡。\n[0014] 具体实施时：\n[0015] 设运动部件7重为W，忽略各运动副间的摩擦作用\n[0016] 则：N＝W (1)\n[0017] T＝Kx (2)\n[0018] 其中：x为弹簧总伸长量\n[0019] 为了确保运动部件在任意位置均能实现平衡，变臂凸轮3处于任意角度时均须满足力矩平衡：\n[0020] ∑M＝0\n[0021] 即：NR＝Tρ (3)\n[0022] 将式(1)和(2)代入式(3)得：\n[0023] WR＝Kxρ\n[0024] 其中运动部件7重力W、同步卷轮4的半径R、弹簧的刚度系数K对于给定的具体装置均为常量。\n[0025] 所以有：\n[0026] xρ＝WR/K＝常量\n[0027] 从图1可见，在忽略连接钢丝绳2与弹簧1摆动对ab影响的情况下有：Δx＝s[0028] 由xρ＝常量得：\n[0029] xρ＝x0ρ0\n[0030] 而x＝x0+Δx＝x0+s\n[0031] 则：x0ρ0＝ρ(x0+s)\n[0032] 即：ρ＝x0ρ0/(x0+s) (4)\n[0033] 对于同步卷轮4和变臂凸轮3的组合体，在s行程下的摆角为：\n[0034] θ＝360s/2πR (5)\n[0035] 依据式(4)和(5)即可进行变臂凸轮线型的设计。\n[0036] 本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。