一種摩擦式阻尼器裝置的製作方法

2023-10-28 16:20:37 2

本發明涉及一種摩擦式阻尼器裝置，尤其涉及一種阻力矩與旋轉角度相關的摩擦式阻尼器。

背景技術：

航天服是保障航天員的生命活動和工作能力的個人密閉裝備，可防護空間的真空、高低溫、太陽輻射和微流星等環境因素對人體的危害，是航天員賴以生存的關鍵裝備，是載人航天地外生存保障領域三大門類技術之一。隨著載人航天科學技術的發展，航天員出艙活動越來越頻繁，出艙活動的時間也越來越長，航天員在艙外活動靈活性及疲勞度是制約載人空間活動的關鍵技術和長線技術之一。航天員肢體關節產生運動時，一方面航天服關節不能保持等容，另一方面各層織物相互擠壓在一起，導致關節處的航天服材料都集聚在一個較小的空間內，產生一定的反向力矩，對關節靈活性構成很大的制約。為了更好地對航天服的力學特性進行研究，需要一種其特性是阻尼器產生的阻力矩只與該裝置所處的絕對旋轉角度相關的阻尼器來模擬航天服各關節的阻力矩。

阻尼器是提供運動的阻力，耗減運動能量的裝置。阻尼器主要有兩種應用，一種是用作減震器，在航天、航空、軍工、槍炮、汽車等行業中用來減震消能，包括彈簧減震器、液壓減震器等。另一種是用作提供阻力，與本發明作用相同，包括磁控式阻尼器與摩擦式阻尼器等。磁控阻尼器多用於動感單車，在鋁製飛輪的兩側裝置磁鐵，阻力調高，磁鐵伸出來，與鋁製飛輪的重疊面積越大，產生的渦電流吸力越大，飛輪轉動的阻力越大。優點是沒有粉塵和噪音，阻力可調。但是，其阻力大小與飛輪的轉速和磁鐵的伸出長度相關，與裝置所處的角度無關，無法應用於本發明的相關背景。摩擦式阻尼器多用於自行車，在輪轂的兩側設置剎車片，通過調節剎車片與輪轂的正壓力來調節阻力矩的大小。優點是結構簡單，阻力矩與正壓力和摩擦係數有關，與輪轂的轉動速度無關。缺點是有一定的磨損和噪音，且目前存在的摩擦式阻尼器的阻力矩只通過調節剎車片的正壓力來調節，不存在阻力矩隨裝置旋轉角度變化的摩擦式阻尼器，無法應用於本發明的相關背景。

技術實現要素：

鑑於以上分析，本發明提供一種阻力矩與轉速及外力均無關，僅與裝置所處的絕對旋轉角度相關的摩擦式阻尼器，以模擬航天服各關節的阻力矩。

一種摩擦式阻尼器裝置，所述裝置包括裝置主要包括：蓋板、外殼、轉接元件、摩擦頭、摩擦盤、兩個軸承、彈簧、伸縮軸、旋轉軸；

旋轉軸與蓋板分別固定在需要提供阻力矩的關節兩側的連杆上，旋轉軸與其中一根連杆固連，蓋板與另一根連杆固連；蓋板與摩擦盤相對設置，通過外殼固連在一起；旋轉軸穿過轉接元件中心的圓洞，與轉接元件固連，一併設置在蓋板和摩擦盤之間；伸縮軸貫穿於旋轉軸周圍的轉接元件，伸縮軸頂部設置有摩擦頭，所述摩擦頭抵在所述摩擦盤上，彈簧套在伸縮軸上，伸縮軸向彈簧傳遞推力，提供阻力矩；旋轉軸通過軸承與蓋板連接，旋轉軸的另一端通過位於摩擦盤中心的軸承與外殼連接。

進一步地，裝置包括三個伸縮軸，所述三個伸縮軸平均分布在旋轉軸的周圍，三個伸縮軸上均套有彈簧。

採用三個伸縮軸與三個摩擦頭配套使用，能夠使本裝置受力均勻，避免出現偏載力，同時能夠減小單個彈簧的剛度。

進一步地，所述摩擦盤沿圓周平均分為三個120°的區域，每個區域表面呈曲面形式。

根據裝置旋轉角度與阻力矩大小的對應關係，分別對應摩擦盤在各角度方向的高度，某角度方向的摩擦盤高度越高，伸縮軸轉動到該方向時對彈簧的壓縮量越大，則接觸面的正壓力越大，相應的摩擦力越大，該阻尼裝置的阻力矩就越大，因此通過設計調節摩擦盤在不同角度方向的高度，使摩擦盤呈曲面，可以使本裝置擬合多種的隨角度變化的阻力矩曲線。

進一步地，所述蓋板與伸縮軸接觸的面為曲面。

當摩擦盤的表面設置為平面時，可以根據裝置旋轉角度與阻力矩大小的對應關係，分別對應蓋板與伸縮軸接觸面的高度，調節彈簧的壓縮量，進而使本裝置能夠擬合多種的隨角度變化的阻力矩曲線。

進一步地，所述旋轉軸為絲槓螺母。

當摩擦盤及轉接元件與彈簧徑向接觸面均為平面時，可將旋轉軸設為絲槓螺母形式，用於調節彈簧的壓縮量，進而調節阻力矩。

進一步地，裝置還包括限位螺母，所述限位螺母與伸縮軸靠近蓋板的一端連接。

限位螺母與伸縮軸通過螺紋連接，能夠防止安裝時伸縮軸被彈簧彈出。

進一步地，外殼上有刻度，轉接元件徑向上插有指針，所述指針與外殼配合指示阻尼器裝置的旋轉角度。

進一步地，所述摩擦頭與伸縮軸通過膠粘、扎帶或卡箍固連在一起；摩擦頭為橡膠材料。

摩擦頭為橡膠材料，可提高接觸面摩擦係數。

本發明有益效果如下：

本發明提供一種阻力矩與轉速及外力均無關，僅與裝置所處的絕對旋轉角度相關的摩擦式阻尼器，以模擬航天服各關節的阻力矩。通過預設該裝置在某絕對旋轉角度的彈簧壓縮量，來確定該裝置在對應角度的旋轉阻力矩，使該裝置能夠擬合多種的隨角度變化的阻力矩曲線。本發明最高扭矩可達25nm，可根據實際需求擬合各種隨角度變化的阻力矩曲線，是一種角度相關的變阻尼裝置，本發明的阻尼器有可拆卸、體積小、重量輕的優點，填補了目前該類型摩擦式阻尼器的空白。本發明還可用於外骨骼關節增加阻力矩以鍛鍊身體等方面。

本發明的其他特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

附圖僅用於示出具體實施例的目的，而並不認為是對本發明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1是摩擦式阻尼器的結構圖。

圖2是摩擦式阻尼器的結構圖。

圖3是摩擦式阻尼器的俯視圖。

圖4是摩擦式阻尼器沿a-a面的軸向剖面圖。

圖5是摩擦式阻尼器的側視圖。

其中：1-蓋板，2-外殼，3-轉接元件，4-摩擦頭，5-摩擦盤，6-軸承，7-限位螺母，8-指針，9-彈簧，10-伸縮軸，11-旋轉軸。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

本發明基於對摩擦式阻尼器的深入研究，提出了阻力矩與裝置所處的絕對旋轉角度相關的摩擦式阻尼器，裝置如圖1所示，通過摩擦頭與摩擦盤的相對運動產生摩擦力，提供阻力矩。該裝置主要包括：蓋板1、外殼2、轉接元件3、摩擦頭4、摩擦盤5、軸承6、限位螺母7、指針8、彈簧9、伸縮軸10、旋轉軸11等。

本發明的阻力矩與裝置所處的絕對旋轉角度相關，旋轉軸11與蓋板1分別固定在需要提供阻力矩的關節兩側的連杆上，旋轉軸11與其中一根連杆通過平鍵固連，蓋板1與另一根連杆通過螺釘與定位邊固連。旋轉軸11與轉接元件3通過平鍵和軸肩固連，彈簧9放置在轉接元件3中，只能壓縮，彈簧9與伸縮軸10通過伸縮軸10的軸肩傳遞推力，限位螺母7與伸縮軸10通過螺紋連接，防止安裝時伸縮軸10被彈簧9彈出。摩擦頭4通過特種膠與伸縮軸10固連在一起，摩擦頭4為橡膠材料，可提高接觸面摩擦係數。蓋板1和外殼2通過螺釘和定位結構固連在一起，外殼2與摩擦盤5通過螺釘和銷固連在一起。旋轉軸11與蓋板1、外殼2分別通過軸承連接在一起，不傳遞扭矩。

當關節一側連杆帶動旋轉軸11轉動時，依次帶動轉接元件3轉動，再帶動伸縮軸10轉動，再帶動摩擦頭4轉動，摩擦頭4與摩擦盤5發生相對轉動，產生摩擦力，即為該摩擦阻尼器的阻力矩。阻力矩通過摩擦盤5依次傳遞到外殼2，再傳遞到蓋板1，最後傳遞到關節另一側連杆。

採用三個伸縮軸10與三個摩擦頭4使本裝置受力均勻，避免出現偏載力，並減小單個彈簧9的剛度。摩擦盤5劃分為3個120°的區域，每個區域形狀相同，呈曲面形式，本發明在最大設計負載25nm/90°時，斜面傾角僅為7°，cosθ＝0.99≈1，在計算阻力矩時可以近似為平面，公式m≈3kxμr，其中m為輸出阻力矩，k為彈簧9的剛度，x為該旋轉角度對應的摩擦盤5高度，μ為摩擦頭4與摩擦盤5之間的摩擦係數，r為伸縮軸10與旋轉軸11的中心距離，k、μ、r為已知量，因此通過預設該裝置在某絕對旋轉角度的彈簧壓縮量，就可以確定該裝置在對應角度的旋轉阻力矩，使該裝置能夠擬合多種的隨角度變化的阻力矩曲線，分別對應摩擦盤5在各角度方向的高度。某角度方向的摩擦盤5高度越高，伸縮軸10轉動到該方向時對彈簧9的壓縮量越大，則接觸面的正壓力越大，相應的摩擦力越大，該阻尼裝置的阻力矩就越大。因此通過設計調節摩擦盤5在不同角度方向的高度，可以使本裝置擬合多種的隨角度變化的阻力矩曲線。

本發明所涉及的摩擦頭4與伸縮軸10還可以通過別的方式連接在一起，如扎帶或卡箍連接，不限制具體連接方法。

可以通過設置曲面摩擦盤5、將蓋板1與伸縮軸10的接觸面設為曲面或將旋轉軸設為絲槓螺母等形式，將彈簧壓縮量與裝置旋轉角度對應，不限制彈簧的具體壓縮方法。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。