[发明专利]自动平衡转动体重心偏离转轴引起偏心力矩的平衡装置

说明书

本发明公开的一种自动平衡转动体重心偏离转轴引起偏心力矩的平衡装置，旨在提供一种结构紧凑，受力均衡、平衡能力大的自动平衡转动体重心偏离转轴引起偏心力矩的平衡装置。本发明通过下述技术方案予以实现：螺旋压缩弹簧（9）通过螺旋压缩弹簧轴拉杆（4）与环形固定件（1），沿环形转动臂（2）的中心与负载设备转动体的负载转轴（3）进行圆周阵列，螺旋压缩弹簧轴拉杆通过旋转套（8）铰接在环形转动臂上，使得阵列后的各个螺旋压缩弹簧通过环形固定件、环形转动臂和负载转轴组合成为自动平衡转体重心偏心力矩转动惯量的螺旋压缩弹簧组件；本发明运用于具有偏心负载的转动轴设备，对偏心负载进行静平衡，特别适用于机电一体化设备。

技术领域

本发明涉及一种自动平衡转动体重心偏离转轴引起偏心力矩的平衡装置。其用途是消除绕固定轴转动的转动体（包括部件、整机或其结合体，以下相同）对于其转动轴的不平衡力矩，特别是转动体的偏心所引起的偏心力矩。

背景技术

在机电一体化设备中，转动体绕固定轴转动的例子经常可见。一般来说转动体的转轴位置是根据转动体的结构以及绕轴转动范围确定的，最好是与转动部分的质心重合，这样转动惯量和风力矩都比较小，转动过程中附加力矩及力矩波动较小。但是由于在制造中尺寸和重量都有误差，转动体的质量和质心位置在设计时不可能准确的预计，或者是受到结构限制，所以通常不可能做到转轴的位置与转动体的质心重合，也就是转动体在转动过程中相对于转轴不能做到完全平衡。转动体的质心与其转轴的不重合，会在转动体转动时产生由于偏心而引起的偏心力矩，这种偏心力矩不是定值，一般都是随转轴的转动角度而呈正旋变化，这就会增加驱动功率、增大设备的摩擦磨损，影响转动的平稳性，这就必然会增加控制系统的控制难度，特别是需要实现高度精确控制的转动系统。当转轴的不平衡量过大时,引起机电设备转动体的振动和噪声加大,严重地影响其运转性能,同时还会加快轴承等零件的磨损,从而降低机电设备转动体的使用寿命。另外，对于机电设备转动体转动过程中速度、加速度起伏大、需要在任意位置急停急转的控制系统，在此情况下甚至可能引起系统的震动，严重时造成系统失控，不能正常工作。不平衡力矩是有规律变化的，不平衡力矩误差属于系统误差。在控制上可以设法补偿，但会使控制系统变得复杂、功率增大、稳定性变差。比较简便、可靠的方法是在机械上实现完全平衡。自动平衡转体重心偏心力矩转动惯量的平衡装置是用来平衡由于转动体重心不通过转动轴而形成的偏心重力矩的一种机械装置，只要设计合理就可以实现负载对于转轴的完全静平衡。

机械运动时，各运动构件由于制造、装配误差，材质不均以及设计要求等原因造成转动体质心与其转轴的不重合（即偏心），转动体转动时将产生大小及方向呈周期性变化的偏心力矩。这些周期性变化的偏心力矩会使机械的构件和基础产生振动，从而降低机器的工作精度、机械效率及可靠性，缩短机器的使用寿命，当震动频率接近系统的共振范围时，将会波及到周围的设备。目前各种机电一体化设备中，绕固定轴转动的转动体大都采用配重块对负载的偏心力矩进行平衡，由于负载的外部构造和转角范围等因素，采用这种配重平衡方式有很大的局限性，尤其是当负载重量较大时，上述局限性就越明显，具体表现为：一是平衡范围窄，不同的负载需要不同的配重块；二是平衡的调整复杂；三是随着负载的增大，配重块的安装越发困难。采用弹簧平衡装置对负载进行自动平衡，这种方式平衡负载范围大，调整简单，工作可靠，可以大大减轻系统重量。因此弹簧平衡装置具有简单可靠，使用方便，可以随时根据负载转轴的转角大小调整螺旋压缩弹簧力使装置处于一个动态平衡的条件下，具有随时随地对不平衡力矩进行平衡的优点。

图11-图13中为现在常用的普通弹簧平衡装置，是根据螺旋压缩弹簧特性和系统的力矩平衡条件推导而来的。实现完全静平衡需要满足下面三个条件:

（1）转轴α=γ转角，α=γ螺旋压缩弹簧压缩量S=AB；

（2），螺旋压缩弹簧钢度；

（3）则机构就能在任意位置上使偏心力矩和螺旋压缩弹簧力矩相等，即实现完全静平衡。