[发明专利]一种平衡臂机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种平衡臂机构，特别是涉及一种利用拉伸弹簧提供张力的被动式平衡臂机构，尤其是涉及一种能够调整拉伸弹簧的拉伸长度以调整张力系统张力的平衡臂机构。而所述张力系统，指包含拉伸弹簧与拉索的拉索张力系统。

背景技术

平衡臂是常见的机械设施，应用甚广，例如平衡吊(Balance Arm)、医用无影灯、机器人手臂、平衡臂灯等，其中平衡臂灯是家居和工作场所常见的设备。

平衡臂灯是一种具有可收折、可伸展的灯臂的灯具，能胜任多样的照明需要。

一般而言，平衡臂灯有类似人手臂的结构，除光源与灯罩等结构外，具有前灯臂、关节部、支撑臂、基座等结构。

光源与灯罩结构设置于前灯臂的前端，前灯臂的后端通过关节部与支撑臂相连结，关节部具有转轴结构，使前灯臂能在一个垂直面上，向下收折或向上抬起；支撑臂的另端连接基座，支撑臂与基座之间，一般而言，也具有转轴结构，相对于基座，支撑臂能适度调整倾角并做水平转动。

以下若非特别指明，前灯臂与支撑臂皆统称为灯臂，灯臂倾斜或伸展时，会受到地心引力产生的力矩作用，而有下垂的趋势，必须依靠张力系统的张力和转轴结构的摩擦力或反方向的平衡力矩，来抵抗地心引力，才能使灯臂停留在倾斜或伸展的位置。

平衡臂灯的灯臂伸展至水平位置时，地心引力对灯臂产生的力矩最大，此时灯臂的张力系统应有足够的张力，以抵抗地心引力产生的力矩，使伸展的灯臂能静止而不下垂。

但是，传统的平衡臂灯灯臂的张力系统的张力，与拉伸弹簧被拉伸的长度成正比关系，因此平衡臂灯灯臂由水平位置向下收折时，拉伸弹簧会被拉伸得较长，导致产生较大的弹簧应力。这种结果，使平衡臂灯的灯臂不能大角度收折，或者是因为向下收折角度较大，拉伸弹簧被拉伸至极限，使拉伸弹簧容易疲乏。例如：美国专利文献US 2,076,446，US 2,787,434，US 5,016,153等，都有类似的问题。

为进一步了解先前平衡臂灯的传统平衡臂性能，以下配合图式进行说明。

首先，图1为先前平衡臂灯的拉伸弹簧工作说明图，图中揭示出一种常见的平衡臂灯的平衡臂机构，传统平衡臂1是以垂直于其运动平面的水平平衡臂转轴X为支点的第三类杠杆，而载荷W是位在传统平衡臂1上，远离平衡臂转轴X的远端位置，作用力点D，位于支点与载荷之间。

传统平衡臂1的传统张力系统3的张力与平衡臂转轴X的摩擦力，使传统平衡臂1能停留在伸展的位置而不下垂。

图1中，传统平衡臂1停留在水平的位置，当传统平衡臂1被向下收折时，即如图1中虚线位置所示，传统张力系统3的拉伸弹簧S被拉伸，被拉伸的长度为△L。

在本说明书中，所述传统张力系统3是指拉伸弹簧S或是拉伸弹簧S与拉索T的组合体，称之为传统张力系统3，所述的拉伸弹簧S也经常是隐藏在管状的灯臂结构中。传统张力系统3在市售平衡臂灯上，普遍易见。

图2为另一种先前平衡臂灯的拉伸弹簧工作说明图，图中的传统平衡臂1是以水平的平衡臂转轴X为支点的第一类杠杆。以水平的平衡臂转轴X为支点，拉伸弹簧对传统平衡臂1的作用力点D与载荷W，分别位于支点的两侧，当传统平衡臂1被向下收折时，即如图2中虚线位置所示，传统张力系统3被拉伸，实际上只有拉伸弹簧S能被拉伸，被拉伸的长度为△L。

图1、图2中，当传统平衡臂1继续被向下收折时，拉伸弹簧S将继续被拉伸，但是这种拉伸是没有益处的，换言之是无益的拉伸。因为传统平衡臂1被向下收折，离开水平位置后，地心引力对传统平衡臂1产生的力矩是递减的，而拉伸弹簧S反被拉伸，因此而增加的张力是无益的，这反而使传统平衡臂1有被向上拉回的趋势，造成传统平衡臂1向下收折的范围受到限制；再者，拉伸弹簧S过度的无益拉伸，也容易造成拉伸弹簧的弹性疲之。

如图1所示，平衡臂转轴X是垂直于传统平衡臂1运动平面的水平转轴，传统张力系统3的一端，利用与平衡臂转轴X平行的销轴，固定于固定点G，传统张力系统3的另一端，利用与平衡臂转轴X平行的销轴，固定于传统平衡臂1上的作用力点D，平衡臂转轴X的轴心至力矩支柱2上的传统张力系统的固定点G的距离为R，至平衡臂上的作用力点D的距离为KR，K为比例常数；当传统平衡臂1在水平位置时，传统张力系统3，包括拉伸弹簧S与拉索T的总长度为在本说明书后文中，R将被定义为三角形外接圆半径，此处直接将平衡臂转轴X的轴心至力矩支柱2上的传统张力系统的固定点G的距离设定为R，是为了在后文中引用时的方便。