綠色自動化工具

摘 要：自動工具在生產(chǎn)、生活等各個行業(yè)中都具有廣泛的需求與應(yīng)用，文章介紹一種新型自動工具，該裝置綠色無污染，只需要施加較小的力就能實(shí)現(xiàn)持續(xù)的大扭力輸出。

關(guān)鍵詞：自動工具；力擴(kuò)大；位移放大

引言

電動工具是一種常見的工具，如論是在生活還是在工作中，具有廣泛的用途，但電動工具都需要外接額外電源，達(dá)到驅(qū)動效果，這無疑會受到使用場地，環(huán)境等因素的影響。隨著世界能源的緊張，倡導(dǎo)綠色生活，人們也在不斷研究綠色自動工具。文章介紹一種采用力放大和位移放大原理的綠色自動工具。

1 設(shè)計思路

要實(shí)現(xiàn)自動的扭力輸出，必須實(shí)現(xiàn)把使用人所提供的較小、較短時間的瞬時力轉(zhuǎn)化成持續(xù)的大扭力輸出，而且這種輸出扭力必須是可調(diào)的。要實(shí)現(xiàn)這一功能就需要用到力放大裝置使人所提供的力擴(kuò)大到實(shí)際生活與生產(chǎn)所需要用到的力。而要實(shí)現(xiàn)持續(xù)的力輸出，就必須使人在施加壓力所提供的瞬時位移擴(kuò)大到較長的位移變量，再把位移變化轉(zhuǎn)化成扭力的輸出，這樣就能實(shí)現(xiàn)持續(xù)的一段時間的扭力輸出。

2 工作原理

通過杠桿的壓力角，圓角的斜切力或者其他方式放大輸出力，再通過氣缸油壓缸或者柔性鉸鏈位移放大機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)位移放大，最后通過改變力傳輸?shù)倪\(yùn)動方式既直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)扭力輸出要求。

2.1 力放大機(jī)構(gòu)

工作原理圖如下：其中圖1為鉸鏈杠桿增力機(jī)構(gòu)，兩側(cè)1/2 Fi為輸入力，F(xiàn)0為最終的輸出力，增力系數(shù)：i=1/（tanα·tanβ·tanγ）

由于制造精度等原因，壓力角的取值不可能很少，一般最少壓力角為5度，加上摩擦，其壓力角為6度左右，通常實(shí)際為10度左右，此時的i=1/tan10°=5.6，按照圖1的3級串聯(lián)機(jī)構(gòu)力增大系數(shù)為175倍左右。按照人手的握緊力1N計算，F(xiàn)0的輸出力為175N。

其中圖2為鉸鏈-斜鍥的二次增力機(jī)構(gòu)，其工作原理是在滑塊上施加一個作用力Fi，滑塊便推動鉸鏈的上端向下移動。使角α減小，產(chǎn)生一次增力效果，鉸鏈一端的滾輪在鉸桿的作用下向兩側(cè)移動，滾輪與斜鍥形成二次增力，同時對輸出工件輸出一個向下的作用力，當(dāng)外力消失時在復(fù)位彈簧的作用下完成復(fù)位。

實(shí)際工程問題中，彈簧作用力極小，在具體計算時可以忽略不計，當(dāng)不考慮摩擦力時，其增力系數(shù)：i=1+1/（tanα·tanβ），當(dāng)α，β為10度時計算得i=33。

額定輸出力的確定：只要通過控制圖1中的壓力角或者圖2中的斜鍥角度變更來改變輸入力的變更來實(shí)現(xiàn)最終輸出力的變更。

2.2 位移擴(kuò)大機(jī)構(gòu)

圖3為內(nèi)循環(huán)油壓缸機(jī)構(gòu)，當(dāng)F0為輸入力時，推動推動板，油壓缸的頂桿會頂出。當(dāng)移除輸出力時，閣板會在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位。

輸出位移比計算：π（1/2D）2·H=π（1/2d）2·h→h=（D/d）2·H，既當(dāng)D與d之比為10時，位移擴(kuò)大系數(shù)為100；既當(dāng)輸入1cm時，最終能輸出1m的實(shí)際長度。輸出速度計算：當(dāng)輸入速度為V0時，頂桿的輸出速度為Vi，基于空間體積一致，所以V0*π（1/2D）2=Vi*π（1/2d）2 計算得出V0：Vi=（d/D）2，既當(dāng)D與d之比為10時，速度能增加100倍，滿足輸出時的高速輸出要求。

通過位移放大可以實(shí)現(xiàn)增加旋轉(zhuǎn)輸出的持續(xù)時間。

2.3 改變運(yùn)動方式

通過滾珠螺桿等結(jié)構(gòu)形式，改變此裝置的運(yùn)動方式，把上下運(yùn)動，改變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動。

此裝置的工作原理：帶螺旋導(dǎo)軌的頂桿上下運(yùn)動帶動滾珠在導(dǎo)軌做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動從而帶動套筒做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，而且套筒在旋轉(zhuǎn)過程中還保持上下位置不變。

3 結(jié)束語

此裝置節(jié)能環(huán)保，無需額外設(shè)備，有效利用場地，提供可調(diào)扭力大小，能滿足超大扭力輸出，適用場所廣泛，滿足戶外施工需要。但在施加外力的過程中，由于壓力角會不斷變小，會造成輸入力的逐漸擴(kuò)大，要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定力輸出還需要增加額外的互補(bǔ)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。還需要不斷的改善。

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