本發(fā)明涉及電動(dòng)舵機(jī)類產(chǎn)品中具有節(jié)能功效的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具體是指一種基于彈性元件的節(jié)能裝置，屬于正弦運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)舵機(jī)類產(chǎn)品的研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)電動(dòng)舵機(jī)產(chǎn)品是通過控制器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向，從而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的正弦運(yùn)動(dòng)。在正弦運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，舵機(jī)有減速和加速的過程。一般的控制方法是在減速和加速的過程中均要消耗能量，不具有節(jié)能的功效。

因此，目前亟需提出一種基于彈性元件的節(jié)能裝置，在舵機(jī)進(jìn)行正弦運(yùn)動(dòng)的過程中，能有規(guī)律的存儲(chǔ)和釋放能量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于彈性元件的節(jié)能裝置，能夠滿足正弦運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)舵機(jī)類產(chǎn)品在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的節(jié)能需求；結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，裝配工藝性好。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于彈性元件的節(jié)能裝置，與電動(dòng)舵機(jī)連接設(shè)置，包含：框架；輸出軸，與框架之間通過軸孔制配合連接，并與電動(dòng)舵機(jī)的輸出軸相連接，該輸出軸的表面上沿軸向設(shè)置有一字槽，且該一字槽方向朝上；扭桿，作為彈性元件固定連接設(shè)置在框架上，且底部插入輸出軸的一字槽中；當(dāng)電動(dòng)舵機(jī)帶動(dòng)輸出軸偏轉(zhuǎn)時(shí)，插入輸出軸的一字槽中的扭桿產(chǎn)生形變，輔助電動(dòng)舵機(jī)的減速與加速，循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)舵機(jī)的節(jié)能。

所述的框架上間隔設(shè)置第一凸臺(tái)和第二凸臺(tái)；其中，第一凸臺(tái)和第二凸臺(tái)上分別設(shè)置有軸孔；且在第二凸臺(tái)的軸孔上方，還設(shè)置有螺紋孔。

所述的輸出軸設(shè)置在第一凸臺(tái)和第二凸臺(tái)之間，且其兩端分別穿過第一凸臺(tái)和第二凸臺(tái)的軸孔固定連接。

所述的扭桿的頂部設(shè)置有腰形孔，采用鎖緊螺釘依次穿過扭桿的腰形孔以及第一凸臺(tái)的螺紋孔，將扭桿壓緊固定在第一凸臺(tái)的側(cè)面。

通過扭桿上的腰形孔調(diào)節(jié)扭桿底部插入輸出軸的一字槽的深度，以調(diào)節(jié)扭桿與輸出軸的連接剛度。

在所述的扭桿和第一凸臺(tái)之間，還設(shè)置有放松墊片。

在電動(dòng)舵機(jī)帶動(dòng)輸出軸偏轉(zhuǎn)的過程中，扭桿因形變對輸出軸施加彈力載荷，且扭桿的剛度保持不變，彈力與輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度成正比。

電動(dòng)舵機(jī)在其正弦運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，帶動(dòng)輸出軸順時(shí)針或逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)，使得扭桿變形增加，且相對輸出軸的彈力增加并儲(chǔ)存能量，對輸出軸施加阻力，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)舵機(jī)的輔助減速；當(dāng)電動(dòng)舵機(jī)帶動(dòng)輸出軸返回時(shí)，使得扭桿變形減小，且相對輸出軸的彈力減小并釋放能量，對輸出軸施加推力，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)舵機(jī)的輔助加速；通過循環(huán)往復(fù)的正弦運(yùn)動(dòng)的減速與加速過程實(shí)現(xiàn)電動(dòng)舵機(jī)的節(jié)能。

綜上所述，本發(fā)明所提供的基于彈性元件的節(jié)能裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，裝配工藝性好；在電動(dòng)舵機(jī)正弦運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)過程中，作為彈性元件的扭桿能夠在其減速時(shí)儲(chǔ)存能量，而在其加速時(shí)釋放能量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果；另外，可通過防松墊片預(yù)防鎖緊螺釘與框架第一凸臺(tái)螺紋孔的連接松動(dòng)，并消除傳動(dòng)間隙，提升節(jié)能效率；還可通過扭桿的腰形孔調(diào)節(jié)插入輸出軸一字槽的深度，實(shí)現(xiàn)扭桿的連接剛度可調(diào)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的基于彈性元件的節(jié)能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中的基于彈性元件的節(jié)能裝置的剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明中的扭桿與輸出軸發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)的示意圖；

圖4為本發(fā)明中的輸出軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)與扭桿扭力的變化曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合圖1～圖4，詳細(xì)說明本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。

如圖1和圖2所示，為本發(fā)明提供的基于彈性元件的節(jié)能裝置，與電動(dòng)舵機(jī)連接設(shè)置，包含：框架5；輸出軸4，與框架5之間通過軸孔制配合連接，并與電動(dòng)舵機(jī)的輸出軸相連接，該輸出軸4的表面上沿軸向設(shè)置有一字槽，且該一字槽方向朝上；扭桿1，作為彈性元件固定連接設(shè)置在框架5上，且底部插入輸出軸4的一字槽中；當(dāng)電動(dòng)舵機(jī)接收偏轉(zhuǎn)指令帶動(dòng)輸出軸4偏轉(zhuǎn)時(shí)，插入輸出軸4的一字槽中的扭桿1產(chǎn)生形變，輔助電動(dòng)舵機(jī)的減速與加速，循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)舵機(jī)的節(jié)能。

如圖1所示，所述的框架5上間隔設(shè)置第一凸臺(tái)51和第二凸臺(tái)52；其中，第一凸臺(tái)51和第二凸臺(tái)52上分別設(shè)置有軸孔；且在第二凸臺(tái)52的軸孔上方，還設(shè)置有螺紋孔。

如圖1所示，所述的輸出軸4設(shè)置在第一凸臺(tái)51和第二凸臺(tái)52之間，且其兩端分別穿過第一凸臺(tái)51和第二凸臺(tái)52的軸孔固定連接。

如圖2所示，所述的扭桿1的頂部設(shè)置有腰形孔11。

如圖1和圖2所示，采用鎖緊螺釘3依次穿過扭桿1的腰形孔11以及第一凸臺(tái)51的螺紋孔，將扭桿1壓緊固定在第一凸臺(tái)51的側(cè)面。

根據(jù)電動(dòng)舵機(jī)的實(shí)際尺寸，以及運(yùn)動(dòng)正弦頻率要求(也就是輸出軸的旋軸角度)，可以通過扭桿1上的腰形孔11實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)扭桿1底部插入輸出軸4的一字槽的深度，進(jìn)而調(diào)節(jié)扭桿1與輸出軸4的連接剛度，實(shí)現(xiàn)扭桿1的諧振頻率的調(diào)節(jié)，保證扭桿1與輸出軸4之間連接與傳動(dòng)的可靠性。例如，如圖2所示，當(dāng)扭桿1的腰形孔11的底部與鎖緊螺釘3相接觸時(shí)，扭桿1底部插入輸出軸4的一字槽的深度為最淺；而當(dāng)扭桿1的腰形孔11的頂部與鎖緊螺釘3相接觸時(shí)，扭桿1底部插入輸出軸4的一字槽的深度為最深。

如圖1和圖2所示，在所述的扭桿1和第一凸臺(tái)51之間，還設(shè)置有放松墊片2，在輸出軸4偏轉(zhuǎn)帶動(dòng)扭桿1產(chǎn)生形變的過程中，該防松墊片2可預(yù)防鎖緊螺釘3與第一凸臺(tái)51的螺紋孔的連接松動(dòng)和消除傳動(dòng)間隙，提升節(jié)能效率。

以下詳細(xì)描述本發(fā)明所提供的基于彈性元件的節(jié)能裝置的安裝過程。首先，如圖1所示，將輸出軸4固定連接在框架5的第一凸臺(tái)51和第二凸臺(tái)52之間，并使得輸出軸4上的一字槽方向朝上，使其處于初始零位位置，將扭桿1底部插入輸出軸4的一字槽中。然后，如圖2所示，將鎖緊螺釘3上穿入扭桿1、防松墊片2后擰入框架5的第二凸臺(tái)52的螺紋孔中，使扭桿1和防松墊片2緊壓在第二凸臺(tái)52的側(cè)面。在擰緊鎖緊螺釘3的過程中，通過扭桿1上的腰形孔11調(diào)節(jié)扭桿1插入輸出軸4的一字槽中的深度，完成節(jié)能裝置的安裝。最后，將電動(dòng)舵機(jī)的輸出軸與節(jié)能裝置的輸出軸4的輸入端(位于框架5的第二凸臺(tái)52的背面，圖中未詳細(xì)顯示)相互連接。

通過控制器控制電動(dòng)舵機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)舵機(jī)的正弦運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)節(jié)能裝置的輸出軸4聯(lián)動(dòng)。由于電動(dòng)舵機(jī)在正弦運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)分為減速過程和加速過程，當(dāng)輸出軸4順時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)，扭桿1通過變形對輸出軸4施加阻力，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)舵機(jī)的輔助減速。當(dāng)輸出軸4由最大偏轉(zhuǎn)角位置返回初始零位位置時(shí)，扭桿1變形所積累的能量對輸出軸4施加推力，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)舵機(jī)的輔助加速。再當(dāng)輸出軸4逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)，扭桿1實(shí)現(xiàn)的功能與輸出軸4順時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)的功能一致，先輔助電動(dòng)舵機(jī)減速再輔助其加速。由此通過循環(huán)往復(fù)的減速與加速過程實(shí)現(xiàn)電動(dòng)舵機(jī)的節(jié)能效果。

具體如圖3所示，扭桿1在輸出軸4的旋轉(zhuǎn)過程中因形變對其施加力載荷，電動(dòng)舵機(jī)帶動(dòng)輸出軸4小角度偏轉(zhuǎn)時(shí)，扭桿1的剛度近似保持不變，彈力f與旋轉(zhuǎn)角度θ近似成正比。詳細(xì)計(jì)算過程為：在輸出軸4小角度偏轉(zhuǎn)(即旋轉(zhuǎn)角度θ小于5°)的條件下，假設(shè)扭桿1的有效長度l保持不變，那么扭桿1末端的變形量d與彈力f之間的關(guān)系為：

其中，f表示扭桿1對輸出軸4的彈力；l表示扭桿1的有效長度；e表示扭桿1的材料彈性模量；j表示截面慣矩；

另外，根據(jù)輸出軸4與扭桿1之間的相對位置，可得輸出軸4旋轉(zhuǎn)后距離其初始零位位置的距離d為：

d＝r·θ；

其中，r表示輸出軸4的半徑；θ表示輸出軸4的旋轉(zhuǎn)角度；

聯(lián)立上述兩個(gè)公式，可得：

由此可證明，扭桿1的彈力f和旋轉(zhuǎn)角度θ之間近似成正比。當(dāng)扭桿1遠(yuǎn)離中心位置時(shí)，扭桿1變形增加，彈力f增加并儲(chǔ)存能量，當(dāng)扭桿1靠近中心位置時(shí)，扭桿1變形減小，彈力f減小并釋放能量。因此，如圖4所示，在電動(dòng)舵機(jī)周期性的正弦運(yùn)動(dòng)過程中，電動(dòng)舵機(jī)的加速度與扭桿彈力同向，循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

綜上所述，本發(fā)明所提供的基于彈性元件的節(jié)能裝置，能夠滿足正弦運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)舵機(jī)類產(chǎn)品在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的節(jié)能需求。與現(xiàn)有技術(shù)先比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、在電動(dòng)舵機(jī)正弦運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)過程中，作為彈性元件的扭桿能夠在其減速時(shí)儲(chǔ)存能量，而在其加速時(shí)釋放能量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果；

2、結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，裝配工藝性好；

3、輸出軸在被電動(dòng)舵機(jī)帶動(dòng)而偏轉(zhuǎn)的過程中，可通過防松墊片預(yù)防鎖緊螺釘與框架第一凸臺(tái)螺紋孔的連接松動(dòng)，并消除傳動(dòng)間隙，提升節(jié)能效率；

4、根據(jù)電動(dòng)舵機(jī)的實(shí)際零件尺寸及頻率要求，可通過扭桿的腰形孔調(diào)節(jié)插入輸出軸一字槽的深度，從而實(shí)現(xiàn)扭桿的連接剛度可調(diào)。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。