本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域，具體涉及一種基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)有技術(shù)中，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器最主要的實(shí)現(xiàn)形式是轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，其中三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速快，效率高，穩(wěn)定性好，可靠性高，因此應(yīng)用最廣，需求量大。雖然部分轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的功能，但無法同時(shí)保證轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的提高，因此在驅(qū)動(dòng)攪拌機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)等特殊的應(yīng)用場(chǎng)景下，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)無法獨(dú)自勝任。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)結(jié)合電樞繞組和勵(lì)磁繞組實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速，但所需電壓大，對(duì)電源的要求高，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，維修成本相對(duì)較高，仍然無法有效增大轉(zhuǎn)矩。目前還有通過增加變頻器、使用減速機(jī)、調(diào)整電壓電流等方式增大轉(zhuǎn)矩，雖然可以有效增大轉(zhuǎn)矩，但一方面增加了制造成本和整體尺寸，影響使用場(chǎng)合，另一方面增大了能耗，降低了效率。因此，有必要設(shè)計(jì)一種新型的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器來克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，該轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低，無需潤(rùn)滑，輸出轉(zhuǎn)矩可調(diào)整。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，包括下殼體、可變徑的內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)、雙層金屬片圓環(huán)和蓋板，所述下殼體由圓形底板和設(shè)于其外周部上的外圓環(huán)結(jié)構(gòu)組成，所述內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)與下殼體同心固定連接，所述雙層金屬片圓環(huán)的周長(zhǎng)大于外圓環(huán)結(jié)構(gòu)的周長(zhǎng)，所述雙層金屬片圓環(huán)設(shè)置于內(nèi)、外圓環(huán)結(jié)構(gòu)之間且部分內(nèi)凹形成水泡屈曲結(jié)構(gòu)，所述雙層金屬片圓環(huán)未內(nèi)凹部分的外側(cè)面貼附于外圓環(huán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)面上，而內(nèi)凹部分的內(nèi)側(cè)面與內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)的外側(cè)面接觸；所述蓋板下部左右兩側(cè)均設(shè)置有傳動(dòng)件和加熱片，所述傳動(dòng)件和加熱片均與雙層金屬片圓環(huán)的內(nèi)側(cè)面接觸；所述蓋板蓋設(shè)于下殼體上并與下殼體同心轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述蓋板上設(shè)置有輸出軸。

3、進(jìn)一步地，所述蓋板上沿周向開設(shè)有一弧形滑槽，用于便捷調(diào)節(jié)兩個(gè)傳動(dòng)件在蓋板的安裝位置，兩個(gè)傳動(dòng)件分別通過緊固件固定安裝于弧形滑槽上；所述蓋板上設(shè)置有相互對(duì)稱的兩個(gè)加熱片安裝滑槽，用于便捷調(diào)節(jié)兩個(gè)加熱片在蓋板的安裝位置，兩個(gè)加熱片分別通過緊固件固定安裝于兩個(gè)加熱片安裝滑槽上。

4、進(jìn)一步地，所述傳動(dòng)件由豎桿和安裝于豎桿下部的軸承組成，所述豎桿上部通過螺栓固定連接于蓋板的弧形滑槽上；所述加熱片安裝于加熱片安裝架上，所述加熱片安裝架通過螺栓螺母固定連接于滑槽上。

5、進(jìn)一步地，所述蓋板下部沿周向均勻設(shè)置有若干用于支撐蓋板的支柱，各支柱下端分別安裝有軸承，所述圓形底板上對(duì)應(yīng)開設(shè)有環(huán)形凹槽，各支柱下端的軸承均嵌設(shè)于環(huán)形凹槽中，以實(shí)現(xiàn)蓋板相對(duì)于圓形底板的同心轉(zhuǎn)動(dòng)。

6、進(jìn)一步地，所述內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圓環(huán)支架、多個(gè)推桿、轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述內(nèi)圓環(huán)支架與圓形底板固定連接，所述內(nèi)圓環(huán)支架上沿徑向均布設(shè)置有多個(gè)推桿導(dǎo)軌，所述多個(gè)推桿分別嵌設(shè)于相應(yīng)的推桿導(dǎo)軌上，以能沿徑向前后滑移；所述轉(zhuǎn)盤蓋設(shè)于圓環(huán)支架上，所述轉(zhuǎn)盤上開設(shè)有多個(gè)弧形槽，所述多個(gè)推桿上的凸塊分別嵌設(shè)于相應(yīng)的弧形槽內(nèi)；所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸向下穿出圓形底板并與圓形底板中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接。

7、進(jìn)一步地，所述推桿為類t形結(jié)構(gòu)，其由沿推桿導(dǎo)軌滑動(dòng)的滑桿和垂直連接于滑桿前端的外推部組成，所述外推部具有弧形表面。

8、進(jìn)一步地，所述內(nèi)圓環(huán)支架由上層架和下層架組成，所述上層架向上沿徑向均布設(shè)置有多個(gè)上推桿導(dǎo)軌，所述下層架向下沿徑向均布設(shè)置有多個(gè)下推桿導(dǎo)軌，所述下推桿導(dǎo)軌位于兩上推桿導(dǎo)軌之間夾角的角平分線上，所述上推桿導(dǎo)軌、下推桿導(dǎo)軌上分別嵌設(shè)有相應(yīng)的上推桿、下推桿，所述內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)相應(yīng)包括上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤，所述上轉(zhuǎn)盤蓋設(shè)于上層架上側(cè)，所述下轉(zhuǎn)盤蓋設(shè)于下層架下側(cè)，所述上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤上分別開設(shè)有多個(gè)弧形槽，多個(gè)上推桿上側(cè)的凸塊分別嵌設(shè)于上轉(zhuǎn)盤相應(yīng)的弧形槽內(nèi)，多個(gè)下推桿下側(cè)的凸塊分別嵌設(shè)于下轉(zhuǎn)盤相應(yīng)的弧形槽內(nèi)；所述上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤均與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接。

9、進(jìn)一步地，所述雙層金屬片圓環(huán)的內(nèi)層的膨脹系數(shù)高于外層，使加熱片工作，對(duì)雙層金屬片圓環(huán)進(jìn)行加熱，雙層金屬片圓環(huán)的水泡屈曲結(jié)構(gòu)發(fā)生順/逆時(shí)針滾動(dòng)，并通過傳動(dòng)件將轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳遞給蓋板，所述蓋板繞著轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器中心轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過蓋板上的輸出軸進(jìn)行轉(zhuǎn)矩輸出；所述轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器能夠通過調(diào)整內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)的直徑大小，擠壓雙層金屬片圓環(huán)產(chǎn)生不同大小的水泡屈曲結(jié)構(gòu)，以調(diào)整輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。

10、進(jìn)一步地，所述雙層金屬片圓環(huán)的水泡屈曲結(jié)構(gòu)由如下平衡方程組確定：

11、x′(s)＝cosθ(s)，y′(s)＝sinθ(s)

12、kθ″-fxsinθ(s)+fyrcosθ(s)＝0

13、kθ″-fxsinθ(s)+fylcosθ(s)＝0

14、θ(s1)＝β，θ(s2)＝-β

15、其中，x和y是水泡屈曲構(gòu)型上任一點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)，s表示水泡屈曲構(gòu)型上任意點(diǎn)p的自然坐標(biāo)弧長(zhǎng)，θ(s)表示水泡屈曲構(gòu)型曲線在p點(diǎn)處的切線與x軸的夾角，k是雙層金屬片圓環(huán)的彎曲剛度，fx是水泡屈曲構(gòu)型的x方向內(nèi)力，fyl和fyr分別是左半部分水泡屈曲構(gòu)型和右半部分水泡屈曲構(gòu)型的y方向內(nèi)力，s1、s2分別是加載區(qū)域的左、右端點(diǎn)，β是加載區(qū)域兩端的邊界驅(qū)動(dòng)角；

16、在加載區(qū)域的平衡構(gòu)型中，得到加載區(qū)域在不同狀態(tài)下的中點(diǎn)撓度；中點(diǎn)撓度定義為加載區(qū)域中點(diǎn)相對(duì)于水平軸的撓度；當(dāng)穩(wěn)定狀態(tài)的中點(diǎn)撓度與不穩(wěn)定狀態(tài)的中點(diǎn)撓度相等時(shí)，能夠確定臨界邊界驅(qū)動(dòng)角βc，從而得到臨界加載曲率κc：

17、

18、其中，λ為比例因子，sl表示加載區(qū)域的長(zhǎng)度。

19、進(jìn)一步地，通過改變內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)的直徑大小，實(shí)現(xiàn)約束寬度的調(diào)整，約束寬度的減小和加載位置的增大能夠使臨界載荷增大，即所需的加載溫度更高，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩更大。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，該轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器采用水泡屈曲結(jié)構(gòu)作為驅(qū)動(dòng)，水泡局部加熱進(jìn)而產(chǎn)生整體的轉(zhuǎn)動(dòng)，有效減少了輸入能量，降低能耗；改變加熱溫度還可以控制轉(zhuǎn)速；同時(shí)，該裝置還具有可變徑的內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)，可以快速改變水泡大小，以此調(diào)整裝置的輸出轉(zhuǎn)矩；此外，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，無需潤(rùn)滑，操作方便，制造成本低。因此，本發(fā)明具有很強(qiáng)的實(shí)用性和廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包括下殼體、可變徑的內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)、雙層金屬片圓環(huán)和蓋板，所述下殼體由圓形底板和設(shè)于其外周部上的外圓環(huán)結(jié)構(gòu)組成，所述內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)與下殼體同心固定連接，所述雙層金屬片圓環(huán)的周長(zhǎng)大于外圓環(huán)結(jié)構(gòu)的周長(zhǎng)，所述雙層金屬片圓環(huán)設(shè)置于內(nèi)、外圓環(huán)結(jié)構(gòu)之間且部分內(nèi)凹形成水泡屈曲結(jié)構(gòu)，所述雙層金屬片圓環(huán)未內(nèi)凹部分的外側(cè)面貼附于外圓環(huán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)面上，而內(nèi)凹部分的內(nèi)側(cè)面與內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)的外側(cè)面接觸；所述蓋板下部左右兩側(cè)均設(shè)置有傳動(dòng)件和加熱片，所述傳動(dòng)件和加熱片均與雙層金屬片圓環(huán)的內(nèi)側(cè)面接觸；所述蓋板蓋設(shè)于下殼體上并與下殼體同心轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述蓋板上設(shè)置有輸出軸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述蓋板上沿周向開設(shè)有一弧形滑槽，用于便捷調(diào)節(jié)兩個(gè)傳動(dòng)件在蓋板的安裝位置，兩個(gè)傳動(dòng)件分別通過緊固件固定安裝于弧形滑槽上；所述蓋板上設(shè)置有相互對(duì)稱的兩個(gè)加熱片安裝滑槽，用于便捷調(diào)節(jié)兩個(gè)加熱片在蓋板的安裝位置，兩個(gè)加熱片分別通過緊固件固定安裝于兩個(gè)加熱片安裝滑槽上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳動(dòng)件由豎桿和安裝于豎桿下部的軸承組成，所述豎桿上部通過螺栓固定連接于蓋板的弧形滑槽上；所述加熱片安裝于加熱片安裝架上，所述加熱片安裝架通過螺栓螺母固定連接于滑槽上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述蓋板下部沿周向均勻設(shè)置有若干用于支撐蓋板的支柱，各支柱下端分別安裝有軸承，所述圓形底板上對(duì)應(yīng)開設(shè)有環(huán)形凹槽，各支柱下端的軸承均嵌設(shè)于環(huán)形凹槽中，以實(shí)現(xiàn)蓋板相對(duì)于圓形底板的同心轉(zhuǎn)動(dòng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圓環(huán)支架、多個(gè)推桿、轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述內(nèi)圓環(huán)支架與圓形底板固定連接，所述內(nèi)圓環(huán)支架上沿徑向均布設(shè)置有多個(gè)推桿導(dǎo)軌，所述多個(gè)推桿分別嵌設(shè)于相應(yīng)的推桿導(dǎo)軌上，以能沿徑向前后滑移；所述轉(zhuǎn)盤蓋設(shè)于圓環(huán)支架上，所述轉(zhuǎn)盤上開設(shè)有多個(gè)弧形槽，所述多個(gè)推桿上的凸塊分別嵌設(shè)于相應(yīng)的弧形槽內(nèi)；所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸向下穿出圓形底板并與圓形底板中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述推桿為類t形結(jié)構(gòu)，其由沿推桿導(dǎo)軌滑動(dòng)的滑桿和垂直連接于滑桿前端的外推部組成，所述外推部具有弧形表面。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述內(nèi)圓環(huán)支架由上層架和下層架組成，所述上層架向上沿徑向均布設(shè)置有多個(gè)上推桿導(dǎo)軌，所述下層架向下沿徑向均布設(shè)置有多個(gè)下推桿導(dǎo)軌，所述下推桿導(dǎo)軌位于兩上推桿導(dǎo)軌之間夾角的角平分線上，所述上推桿導(dǎo)軌、下推桿導(dǎo)軌上分別嵌設(shè)有相應(yīng)的上推桿、下推桿，所述內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)相應(yīng)包括上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤，所述上轉(zhuǎn)盤蓋設(shè)于上層架上側(cè)，所述下轉(zhuǎn)盤蓋設(shè)于下層架下側(cè)，所述上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤上分別開設(shè)有多個(gè)弧形槽，多個(gè)上推桿上側(cè)的凸塊分別嵌設(shè)于上轉(zhuǎn)盤相應(yīng)的弧形槽內(nèi)，多個(gè)下推桿下側(cè)的凸塊分別嵌設(shè)于下轉(zhuǎn)盤相應(yīng)的弧形槽內(nèi)；所述上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤均與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述雙層金屬片圓環(huán)的內(nèi)層的膨脹系數(shù)高于外層，使加熱片工作，對(duì)雙層金屬片圓環(huán)進(jìn)行加熱，雙層金屬片圓環(huán)的水泡屈曲結(jié)構(gòu)發(fā)生順/逆時(shí)針滾動(dòng)，并通過傳動(dòng)件將轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳遞給蓋板，所述蓋板繞著轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器中心轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過蓋板上的輸出軸進(jìn)行轉(zhuǎn)矩輸出；所述轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器能夠通過調(diào)整內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)的直徑大小，擠壓雙層金屬片圓環(huán)產(chǎn)生不同大小的水泡屈曲結(jié)構(gòu)，以調(diào)整輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述雙層金屬片圓環(huán)的水泡屈曲結(jié)構(gòu)由如下平衡方程組確定：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，通過改變內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)的直徑大小，實(shí)現(xiàn)約束寬度的調(diào)整，約束寬度的減小和加載位置的增大能夠使臨界載荷增大，即所需的加載溫度更高，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩更大。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于可調(diào)節(jié)水泡屈曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，包括下殼體、可變徑的內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)、雙層金屬片圓環(huán)和蓋板，下殼體由圓形底板和設(shè)于其外周部上的外圓環(huán)結(jié)構(gòu)組成，內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)與下殼體同心固定連接，雙層金屬片圓環(huán)的周長(zhǎng)大于外圓環(huán)結(jié)構(gòu)的周長(zhǎng)，雙層金屬片圓環(huán)設(shè)于內(nèi)、外圓環(huán)結(jié)構(gòu)之間且部分內(nèi)凹形成水泡屈曲結(jié)構(gòu)，雙層金屬片圓環(huán)未內(nèi)凹部分的外側(cè)面貼附于外圓環(huán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)面上，而內(nèi)凹部分的內(nèi)側(cè)面與內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)的外側(cè)面接觸；蓋板下部左右兩側(cè)均設(shè)有傳動(dòng)件和加熱片，傳動(dòng)件和加熱片均與雙層金屬片圓環(huán)的內(nèi)側(cè)面接觸；蓋板蓋設(shè)于下殼體上并與下殼體同心轉(zhuǎn)動(dòng)連接，蓋板上設(shè)有輸出軸。該轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低，無需潤(rùn)滑，輸出轉(zhuǎn)矩可調(diào)整。

技術(shù)研發(fā)人員：楊鵬飛,高陸宇,毛雨清,辛詩煒,李學(xué)鋒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9