本发明涉及的是一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，具有放大发条弹簧扭矩实现满足车辆悬架弹性元件需要的扭矩要求的功能，并且具有变刚度的功能，适用于乘用车、轨道车辆和工程车辆的悬架使用，适用于机械臂作平衡重量使用，适用于车辆短时间牵引装置或发射装置作为蓄能机构使用，具体结构是由第一侧板(2)、第二侧板(9)、外圆筒(1)、钢丝绳轴(4)、左侧发条弹簧(3)、右侧发条弹簧(13)、输出钢丝绳槽筒(11)、输出连接轴(5)、两个盘锥齿轮(19)、小锥齿轮(20)、小蜗轮(21)、蜗杆(25)和电动机(26)组成，特别适用于电动汽车的悬架使用。
1.一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，具有组合发条弹簧实现大弹性扭矩的功能，其特征结构在于第一侧板(2)和第二侧板(9)通过外圆筒(1)同轴固定连接安装，所述第一侧板(2)上安装有左侧发条弹簧(3)，所述左侧发条弹簧(3)在所述第一侧板(2)上圆周分布，所述左侧发条弹簧(3)的外圈结构(6)和所述第一侧板(2)定位连接安装，所述左侧发条弹簧(3)的内圈结构(7)与钢丝绳轴(4)一端定位连接安装，所述钢丝绳轴(4)具有第一钢丝绳固定槽(12)，在所述第一侧板(2)和所述第二侧板(9)之间同轴安装有输出钢丝绳槽筒(11)，所述输出钢丝绳槽筒(11)上具有第二钢丝绳固定槽(10)，所述第一钢丝绳固定槽(12)和所述第二钢丝绳固定槽(10)之间连接有钢丝绳(16)，所述输出钢丝绳槽筒(11)同轴连接安装输出连接轴(5)，所述输出连接轴(5)和所述第一侧板(2)中的内孔(8)同轴安装，所述第二侧板(9)安装有右侧发条弹簧(13)，所述右侧发条弹簧(13)与所述钢丝绳轴(4)的另一端定位连接安装，所述右侧发条弹簧(13)在所述第二侧板(9)上圆周分布。
2.根据权利要求1所述的一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，其特征在于所述左侧发条弹簧(3)的个数为2-30个，所述钢丝绳轴(4)的个数为2-30个，所述钢丝绳(16)的个数为2-30个。
3.根据权利要求1所述的一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，其特征在于所述右侧发条弹簧(13)的个数为2-30个。
4.根据权利要求1所述的一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，其特征在于所述第一侧板(2)、所述第二侧板(9)具有螺钉孔(15)，所述输出钢丝绳槽筒(11)具有定位孔(14)，锁紧螺钉(17)和所述螺钉孔(15)和所述定位孔(14)同轴安装。
5.根据权利要求1所述的一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，其特征在于所述第一钢丝绳固定槽(12)和所述第二钢丝绳固定槽(10)的半径比范围为0.05-20。
6.根据权利要求1所述的一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，其特征在于所述钢丝绳轴(4)在所述第一侧板(2)上矩形分布和所述第二侧板(9)上矩形分布，所述钢丝绳轴(4)的两端连接安装所述左侧发条弹簧(3)和所述右侧发条弹簧(13)。
7.根据权利要求1所述的一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，其特征在于所述钢丝绳轴(4)在所述第一侧板(2)上矩形分布和所述第二侧板(9)上按多层矩形分布，层数为2-
20，相邻两层所述钢丝绳轴(4)之间由中间钢丝绳(18)连接安装。
8.根据权利要求1所述的一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，其特征在于2个所述输出连接轴(5)同轴连接两个盘锥齿轮(19)，所述两个盘锥齿轮(19)同轴连接安装，所述两个盘锥齿轮(19)和同一个小锥齿轮(20)啮合安装，所述小锥齿轮(20)同轴连接安装了蜗轮(21)，所述小锥齿轮(20)由第一轴承(22)固定安装，所述输出连接轴(5)由第二轴承(23)和第三轴承(24)固定安装，所述蜗轮(21)和蜗杆(25)啮合安装，所述蜗杆(25)由第四轴承(27)和第五轴承(28)固定安装，所述蜗杆(25)同轴连接安装电动机(26)的输出轴。
一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，具有放大发条弹簧扭矩实现满足车辆悬架弹性元件需要的扭矩要求的功能，并且具有变刚度的功能，适用于乘用车、轨道车辆和工程车辆的悬架使用，适用于机械臂作平衡重量使用，适用于车辆短时间牵引装置或发射装置作为蓄能机构使用，特别适用于电动汽车的悬架使用。
背景技术
[0002] 目前轿车主要使用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为悬架的弹性元件，螺旋弹簧体积大、能量密度较低，而扭杆弹簧提高了能量密度，可以沿车架横向和纵向布置，由于体积小更受青睐，但是扭杆长度较大，还是影响到了车架的结构和车厢的空间，特别是轿车的后桥采用独立悬架时，常常造成后排座位空间和行李箱空间减小，发条弹簧能量密度大，但单体提供的扭矩小，且发条弹簧内孔较小，内轴难以满足车辆悬架的强度要求，因此组合发条弹簧，设计了一种新型绳索传动发条弹簧组合弹性机构，可以满足乘用车和轨道车辆的悬架弹性元件的要求，具有结构紧凑、体积小和易布置的优点，同时本机构能实现保持弹性机构变形不变的前提下改变弹性机构的刚度的功能，具有部分主动悬架的性能，用于城市公交车或者城市轨道车辆，这种变刚度性能保证乘客数量变化时车身高度基本不变。同时该弹性机构也可以用于利用弹性力平衡一部分机械臂的重量，提高机械臂的效率和降低驱动机械臂的动力装置的扭矩和功率，也可用于车辆短时间牵引装置或发射装置作为蓄能机构，把存储于发条弹簧中的能量短时间内快速释放，达到蓄能机构轻量化的目的。
发明内容
[0003] 本发明目的是针对上述不足之处提供一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，具有放大发条弹簧扭矩实现满足车辆悬架弹性元件需要的扭矩要求和变刚度的功能，达到减小悬架弹性元件的体积和重量的目的，也可以用于平衡机械臂的一部分重量，达到减小机械臂的运行功率的目的，也可以用于发射或弹射装置的蓄能机构，达到获得高存储功率密度机构的目的；具体结构是由侧板、钢丝绳轴、发条弹簧、钢丝绳槽筒、钢丝绳、锥齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构和电动机部件组成。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术措施：
[0005] 一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构，其特征在于具有利用周布发条弹簧和钢丝绳传动机构，放大发条弹簧扭矩获得大弹性扭矩的机构。其特征在于结构由侧板、钢丝绳轴、发条弹簧、钢丝绳槽筒、钢丝绳、锥齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构和电动机部件组成；第一侧板(2)和第二侧板(9)通过外圆筒(1)同轴固定连接安装，所述第一侧板(2)上安装有左侧发条弹簧(3)，所述左侧发条弹簧(3)在所述第一侧板(2)上圆周分布，所述左侧发条弹簧(3)可以在所述第一侧板(2)上匀布，也可以根据位置需要不匀布，所述左侧发条弹簧(3)的外圈结构(6)和所述第一侧板(2)定位连接安装，所述左侧发条弹簧(3)的内圈结构(7)与钢丝绳轴(4)一端定位连接安装，所述钢丝绳轴(4)具有第一钢丝绳固定槽(12)，所述第一钢丝绳固定槽(12)固定且缠绕钢丝绳(16)的一端，在所述第一侧板(2)和所述第二侧板(9)之间同轴安装有输出钢丝绳槽筒(11)，所述输出钢丝绳槽筒(11)上具有第二钢丝绳固定槽(10)，所述第二钢丝绳固定槽(10)固定缠绕所述钢丝绳(16)的另一端，所述输出钢丝绳槽筒(11)同轴连接安装输出连接轴(5)，所述输出连接轴(5)和所述第一侧板(2)中的内孔(8)同轴安装，所述第二侧板(9)安装有右侧发条弹簧(13)，所述右侧发条弹簧(13)与所述钢丝绳轴(4)的另一端定位连接安装，所述右侧发条弹簧(13)在所述第二侧板(9)上圆周分布，所述左侧发条弹簧(3)的个数为2-30个，所述左侧发条弹簧(3)的规格相同或不同，所述钢丝绳轴(4)的个数为2-30个，所述钢丝绳(16)的个数为2-30个，所述右侧发条弹簧(13)的个数为2-30个，所述右侧发条弹簧(13)规格相同或不同，所述第一侧板(2)、所述第二侧板(9)具有螺钉孔(15)，所述输出钢丝绳槽筒(11)具有定位孔(14)，锁紧螺钉(17)和所述螺钉孔(15)和所述定位孔(14)同轴安装，机构安装好后所述左侧发条弹簧(3)和所述右侧发条弹簧(13)有一定的压缩，为防止所述左侧发条弹簧(3)和所述右侧发条弹簧(13)松开，所述锁紧螺钉(17)拧入所述定位孔(14)，在安装完成后所述锁紧螺钉(17)拧出所述定位孔(14)，所述第一钢丝绳固定槽(12)和所述第二钢丝绳固定槽(10)的半径比范围为0.05-20，这关系到弹性扭矩的放大倍数，所述钢丝绳轴(4)在所述第一侧板(2)上矩形分布和所述第二侧板(9)上矩形分布，所述钢丝绳轴(4)在所述第一侧板(2)上矩形分布和所述第二侧板(9)上矩形分布时间距一致或者不一致，所述钢丝绳轴(4)的两端连接安装所述左侧发条弹簧(3)和所述右侧发条弹簧(13)，所述钢丝绳轴(4)在所述第一侧板(2)上矩形分布和所述第二侧板(9)上按多层矩形分布，层数为2-20，这样成倍增加发条的个数，有效增加弹性扭矩的数值和存储能量的数值，相邻两层所述钢丝绳轴(4)之间由中间钢丝绳(18)连接安装，所述中间钢丝绳(18)单根承受的力为其连接的发条弹簧的弹力，所述输出连接轴(5)同轴连接两个盘锥齿轮(19)，所述两个盘锥齿轮(19)同轴连接安装，所述两个盘锥齿轮(19)相对转动时，可以压缩或释放连接的发条弹簧，同时能补偿发条弹簧的变形量，例如在发条弹簧被压缩时所述两个盘锥齿轮(19)相对转动的角度就补偿了发条弹簧压缩转过的角度，这样就达到了变刚度的目的，因为发条弹簧与螺旋弹簧不同，发条弹簧的弹性特性是非线性的，所述两个盘锥齿轮(19)和同一个小锥齿轮(20)啮合安装，所述小锥齿轮(20)转动时带动所述两个盘锥齿轮(19)转动，所述两个盘锥齿轮(19)的转动方向相反，所述小锥齿轮(20)同轴固定连接安装了蜗轮(21)，所述小锥齿轮(20)由第一轴承(22)固定安装，所述输出连接轴(5)由第二轴承(23)和第三轴承(24)固定安装，所述蜗轮(21)和蜗杆(25)啮合安装，所述蜗杆(25)由第四轴承(27)和第五轴承(28)固定安装，所述蜗杆(25)同轴连接安装电动机(26)的输出轴，所述电动机(26)可正反转动驱动所述蜗杆(25)，所述蜗杆(25)驱动所述蜗轮(21)，在所述蜗杆(25)驱动所述蜗轮(21)转动到一个位置后，由于所述蜗杆(25)和所述蜗轮(21)之间存在自锁，所述蜗轮(21)不能驱动所述蜗杆(25)转动，因此所述蜗轮(21)能可靠停止在固定位置。
[0006] 本发明一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构的特点：
[0007] 1.利用钢丝绳、钢丝绳轴和钢丝绳槽筒，解决了单个发条弹簧的连接轴强度不够的问题，同时可以通过周向布置发条弹簧的钢丝绳轴，使用多个发条弹簧并联达到获得大扭矩的目的，加大发条弹簧的长度可以获得更多的转动圈数，而机械臂转动的角度较小，这样通过齿轮传动放大发条弹簧的扭矩，累积多个发条弹簧的扭矩再通过传动机构放大扭矩，就可以得到远大于单个发条弹簧的扭矩，具有能量密度高、体积小、结构紧凑和易于布置的特点；
[0008] 2.利用钢丝绳、钢丝绳轴和钢丝绳槽筒解决发条弹簧的并联和弹性扭矩放大问题，具有制造成本低、使用寿命长的特点；
[0009] 3.利用钢丝绳和钢丝绳轴并联发条弹簧，在共用一个钢丝绳槽筒时可以成倍拓展发条弹簧的数量，获得更大的弹性扭矩和储能量，这作为发射或弹射装置的蓄能机构，能获得高存储功率密度机构；
[0010] 4.利用一个锥齿轮传动机构，设置两个盘锥齿轮连接弹性机构，在发条弹簧被压缩或复原时，其变形的圈数通过两个盘锥齿轮的相对转动而补偿，这样在弹性机构的变形量不变的前提下，能获得变刚度的弹性机构；
[0011] 5.使用电动机通过蜗轮蜗杆机构驱动锥齿轮传动机构，能实现小电动机输出扭矩驱动弹性机构变形，利用蜗轮蜗杆的逆向传动的自锁，能保持机构需要的弹性刚度；
[0012] 6.发条弹簧能以矩形的方式安排，在某些对空间大小要求高的场合使用，弹性机构本身占有较小的空间。
附图说明
[0013] 以下将结合附图对本发明作进一步说明。
[0014] 附图1-附图10是一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构实施实例，本发明的实际使用并不局限于实施例。
具体实施方式
[0015] 参照附图1、附图2、附图3、附图4、附图5和附图6，一种绳索传动发条弹簧组合弹性机构结构特征为：第一侧板2和第二侧板9通过外圆筒1同轴固定连接安装，外圆筒1的外径为120mm，第一侧板2和第二侧板9的外径为120mm，第一侧板2上安装有左侧发条弹簧3，第二侧板9安装有右侧发条弹簧13，左侧发条弹簧3和右侧发条弹簧13的厚度为0.6mm，宽度为7mm，外径为20mm，内径为10mm，左侧发条弹簧3在第一侧板2上圆周分布，共有6个左侧发条弹簧3，第二侧板9也安装有6个右侧发条弹簧13，左侧发条弹簧3的外圈结构6和第一侧板2定位连接安装，左侧发条弹簧3的内圈结构7与钢丝绳轴4一端定位连接安装，钢丝绳轴4开设的槽宽度为0.8mm，钢丝绳轴4的直径为10mm，钢丝绳轴4具有第一钢丝绳固定槽12，第一钢丝绳固定槽12的宽度为2mm，第一钢丝绳固定槽12的内径为6mm，第一钢丝绳固定槽12固定且缠绕钢丝绳16的一端，在第一侧板2和所述第二侧板9之间同轴安装有输出钢丝绳槽筒
11，输出钢丝绳槽筒11槽数为6个，输出钢丝绳槽筒11上具有第二钢丝绳固定槽10，直径为
60mm，槽宽2mm，深度为6mm，第二钢丝绳固定槽10固定缠绕钢丝绳16的另一端，输出钢丝绳槽筒11同轴连接安装输出连接轴5，输出连接轴5的直径为20mm，输出连接轴5和第一侧板2中的内孔8同轴安装，第一侧板2、第二侧板9具有螺钉孔15，输出钢丝绳槽筒11具有定位孔
14，锁紧螺钉17和螺钉孔15和定位孔14同轴安装，锁紧螺钉17的螺纹为M8，机构安装好后左侧发条弹簧3和右侧发条弹簧13有一定的压缩，为防止左侧发条弹簧3和右侧发条弹簧13松开，锁紧螺钉17拧入定位孔14，在安装完成后锁紧螺钉17拧出定位孔14，第一钢丝绳固定槽
12和第二钢丝绳固定槽10的半径比为6左右；参照附图7和附图8，钢丝绳轴4在第一侧板2上矩形分布和第二侧板9上矩形分布，钢丝绳轴4在最内层的个数为9个，在第二层的个数为16个，即组装的发条弹簧为单侧25个，双侧为50个，单个发条弹簧的最大扭矩为1N·m，机构就能获得50N·m的弹性扭矩，如果一个发条弹簧的扭矩为10N·m(这种规格的发条弹簧在钻铣床中的很常见)，则机构就具有50N·m的弹性扭矩；参照附图9和附图10，输出连接轴5同轴连接两个盘锥齿轮19，两个盘锥齿轮19同轴连接安装，两个盘锥齿轮19和同一个小锥齿轮20啮合安装，小锥齿轮20与两个盘锥齿轮19的齿数为11/34，小锥齿轮20同轴固定连接安装了蜗轮21，小蜗轮21和蜗杆25啮合安装，小蜗轮21和蜗杆25的传动比为30，蜗杆25同轴连接安装电动机26的输出轴，蜗杆25和蜗轮21之间存在自锁，蜗轮21不能驱动蜗杆25转动，因此蜗轮21能可靠停止在固定位置。
