[发明专利]膜式大行程单向弹簧机构

说明书

技术领域

本发明涉及机械领域的单向弹簧机构。

背景技术

弹簧被广泛地运用与机械工程和结构工程中。简单的弹簧形式有螺旋弹簧，扭簧，板簧。碟簧等。这类弹簧的功能简单，不能完全满足一些工程的需求。为了某些特殊的需求，往往需要用机构或结构来实现弹簧的功能。如单向弹簧，这类弹簧只在一个方向提供弹簧的功能，而其它两个方向的刚度相对很大。如机械上采用对螺旋弹簧外侧加一个刚性外套或对螺旋弹簧内侧加一个刚性内衬实现单向弹簧，如《变刚度弹性系统模拟装置》（ZL200410093082.5）。再如：建筑结构上采用的一些支座，采用一层钢板一层橡胶这种“千层饼”式结构实现单向弹簧，如《变刚度调节型橡胶隔振器》（ZL200720076571.9）。但这类弹簧的行程较小。另一方面，现有的单向弹簧由于其结构自身及制作工艺的问题，其弹性系数曲线难以设计。本发明针对大行程单向弹簧及其弹性系数可设计的要求提出。提出目的是用于海浪发电，也可用于有相关要求的机械和结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种膜式大行程单向弹簧机构，其特征在于：膜式弹性装置，刚度输出端齿轮齿条机构，位移放大机构和工作端齿轮齿条机构；

膜式弹簧装置为整个机构提供弹性刚度，它由支撑圆柱、环状薄膜带、张紧装置及连接器组成，圆柱不少于2个，圆柱固定在机箱上，用于支撑环状薄膜带，连接器一端与环状薄膜带线性接触，另一端与齿条刚性连接；

刚度输出端齿轮齿条机构作用是将薄膜带横向变形的线位移转换为转动位移，以利于对位移进行放大，它由齿轮齿条机构组成，齿条与刚度输出的连接器连接，其底部设有导辊，导辊与箱体连接；

位移放大机构的作用是放大力作用产生的位移，它是行星齿轮增速器，也可采用圆柱齿轮增速器；

工作端齿轮齿条机构的作用是将旋转位移转换为直线位移，它由齿轮齿条机构及导辊组成，齿轮齿条机构的齿轮传动于增速器的主动轮。

如上所述的膜式大行程单向弹簧机构，其特征在于：在刚度输出的两端各设一个连接器用于输出弹簧的刚度，形成对称布置。对称布置可以保证对称平衡和增加弹簧输出的刚度。

如上所述的膜式大行程单向弹簧机构，其特征在于：所述行星齿轮增速器，它由主动轴，太阳轮、内齿轮，行星齿轮、行星齿轮轴、行星架，从动轴组成，从动轴一端与刚度输出端齿轮齿条机构的齿轮通过Ⅳ键连接，另一端通过Ⅲ键与行星架连接。

本发明的有益效果是：该结构能够提供大行程的弹簧，且运动方向只有一个，其它两个方向的刚度较运动方向的刚度大很多，可以保证不发生运动。同时弹簧的弹性变化曲线可以给出解析式，对于要求弹性变化准确的设计是十分重要的。

以下结合附图说明本发明的具体实施例。

附图说明

图1 膜式弹簧原理图。

图2 弹性系数曲线。

图3 膜式大行程单向弹簧结构主视图。

图4膜式大行程单向弹簧结构A-A视图。

图5膜式大行程单向弹簧结构B-B视图。

图6膜式大行程单向弹簧结构C-C视图。

图7膜式大行程单向弹簧结构D-D视图。

图8 连接器结构图。

具体实施方式

图3中标记的说明：双面齿条1，双面齿条导辊2，机箱3，主动轴4，工作齿轮5，内齿轮6，行星齿轮7，行星齿轮轴8、太阳轮9，行星架10，环状薄膜带11，圆柱12，齿轮13，从动轴14，盖板15，齿条16。

图4—图7中标记的说明：Ⅰ键17，Ⅱ键18，Ⅲ键19，导辊20，连接器21，螺杆22，自锁螺母23，Ⅳ键24。

发明原理：如图1所示，外力F作用下，由圆柱支撑的薄膜带发生变形，产生弹性恢复力。弹性恢复力与薄膜带横向变形δ之间关系为：

         1

式中：T₀为薄膜上的初始张力，A为薄膜的横截面积，E为薄膜的弹性模量，δ为薄膜横向变形量，L为薄膜刚度输出端支撑圆柱的间距，L₀为薄膜带的原长，F为施加于薄膜横向的力。