实现支架承重可调的平衡装置的制作方法

1.本实用新型涉及支架结构领域，具体是指一种实现支架承重可调的平衡装置。


背景技术：

2.市面上，承重可调且高度可自由停止的支架主要采用气弹簧结构或者机械弹簧结构来实现。气弹簧具有成本高、寿命短、漏油隐患、性能稳定、以及不环保(因报废了难处理)等缺点，但气弹簧力值稳定，在不同承重且高度上实现自由停止方面体验较好。目前气弹簧支架仍起主导地位。
3.机械弹簧具有成本低、寿命高、性能稳定、安全环保等优点，但目前利用机械弹簧的支架在不同承重且高度上的自由停止方面过多依赖于摩擦力来达到平衡，体验较差。而且不同承重的范围也不大。应用机械弹簧结构的支架比较少。
4.支架需满足不同承重的高度上平衡，即需要有个调节机构，通过调节机构来满足不同承重的需求，目前市面上支架该调节机构主要设置的前端，这就限制了产品外观及对内部空间也有要求。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足成本低、寿命高、性能稳定、安全环保的实现支架承重可调的平衡装置。
6.为了实现上述目的，本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置如下：
7.该实现支架承重可调的平衡装置，其主要特点是，所述的装置包括基座、机械弹簧和安装显示器的连接头，所述的基座和连接头之间设有上臂板和下臂板，所述的上臂板与连接头之间的铰接点、连接头、下臂板与连接头之间的铰接点、下臂板、下臂板与基座的铰接点、基座、上臂板与基座的铰接点、上臂板之间形成四边形结构，所述的机械弹簧的一端与所述的基座铰链连接。
8.较佳地，所述的装置还包括螺纹滑块和螺纹杆，所述的机械弹簧的另一端与螺纹滑块相铰接，所述的螺纹滑块套接在螺纹杆上，所述的螺纹杆安装在连接头上，通过操作螺纹杆的端部来驱动螺纹杆旋转时螺纹滑块沿螺纹杆移动。
9.较佳地，所述的装置根据连接头连接的显示器的重量调整螺纹滑块在螺纹杆上的位置，使向上或向下移动连接头时，所述的连接头支持调整停止在相对于基座的不同高度。
10.较佳地，所述的下臂板上设有凸块，所述的上臂板设有相对于下臂板的凸块的凹槽。
11.较佳地，所述的装置还包括螺纹和锁紧螺钉，所述的机械弹簧的另一端与连接头或下臂板铰链连接，所述的锁紧螺钉与螺纹相匹配，所述的螺纹设在上臂板或下臂板与基座或连接头的铰链孔中，上臂板与基座、上臂板与连接头、下臂板与基座及下臂板与连接头的铰链连接方式为通过锁紧螺钉连接，或铆接连接。
12.采用了本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置，提供一种调节机构后置、调
节方便且可以实现不同承重高度上可自由停止、体验较好的机械弹簧式支架，该方案可以突破常规外观的限制，造型可以更新颖，且用机械弹簧替换常规气弹簧，成本更低，又较气弹簧式支架安全、稳定、可靠。
附图说明
13.图1为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的分解结构图。
14.图2a为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置向上调节的侧视图。
15.图2b为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置向下调节的侧视图。
16.图2c为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的连接头的放大示意图。
17.图3为现有技术的无法调节前置的结构示意图。
18.图4为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的以基座与下臂的铰链连接点为坐标原点的二维坐标系示意图。
19.图5为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的螺纹滑块在最低点的示意图。
20.图6为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的螺纹滑块在中间点的示意图。
21.图7为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的螺纹滑块在最高点的示意图。
22.图8a为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的平放的侧视图。
23.图8b为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的平放的剖视图。
24.图9为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的向下放的剖视图。
25.图10为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的立体图。
26.图11为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的第二种结构的示意图。
27.图12为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的第二种结构的分解示意图。
28.图13a为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的锁紧螺钉示意图。
29.图13b为本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置的锁紧螺钉的放大示意图。
30.附图标记：
[0031]1ꢀꢀ
基座
[0032]2ꢀꢀ
连接头
[0033]3ꢀꢀ
上臂板
[0034]4ꢀꢀ
下臂板
[0035]5ꢀꢀ
机械弹簧
[0036]6ꢀꢀ
螺纹杆
[0037]7ꢀꢀ
螺纹滑块
[0038]8ꢀꢀ
特制外螺母
[0039]9ꢀꢀ
凸块
[0040]
10 调节方式标识
[0041]
11 锁紧螺钉
[0042]
12 螺母
具体实施方式
[0043]
为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0044]
本实用新型的该实现支架承重可调的平衡装置，其中包括基座、机械弹簧和安装显示器的连接头，所述的基座和连接头之间设有上臂板和下臂板，所述的上臂板与连接头之间的铰接点、连接头、下臂板与连接头之间的铰接点、下臂板、下臂板与基座的铰接点、基座、上臂板与基座的铰接点、上臂板之间形成四边形结构，所述的机械弹簧的一端与所述的基座铰链连接。
[0045]
作为本实用新型的优选实施方式，所述的装置还包括螺纹滑块和螺纹杆，所述的机械弹簧的另一端与螺纹滑块相铰接，所述的螺纹滑块套接在螺纹杆上，所述的螺纹杆安装在连接头上，通过操作螺纹杆的端部来驱动螺纹杆旋转时螺纹滑块沿螺纹杆移动。
[0046]
作为本实用新型的优选实施方式，所述的装置根据连接头连接的显示器的重量调整螺纹滑块在螺纹杆上的位置，使向上或向下移动连接头时，所述的连接头支持调整停止在相对于基座的不同高度。
[0047]
作为本实用新型的优选实施方式，所述的下臂板上设有凸块，所述的上臂板设有相对于下臂板的凸块的凹槽。
[0048]
作为本实用新型的优选实施方式，所述的装置还包括螺纹和锁紧螺钉，所述的机械弹簧的另一端与连接头或下臂板铰链连接，所述的锁紧螺钉与螺纹相匹配，所述的螺纹设在上臂板或下臂板与基座或连接头的铰链孔中，上臂板与基座、上臂板与连接头、下臂板与基座及下臂板与连接头的铰链连接方式为通过锁紧螺钉连接，或铆接连接。
[0049]
本实用新型的具体实施方式中，提供支架上的一种调节机构后置且利用机械弹簧来实现高度上自由停止的平衡机构，本实用新型包括两种硬件结构。
[0050]
一、第一种结构如下：
[0051]
所述支架包括基座和用于安装显示器的连接头，所述的基座和连接头之间设置相平行的上连接臂和下连接臂，所述的上连接臂与连接头之间的铰接点、连接头、下连接臂与连接头之间的铰接点、下连接臂、下连接臂与基座的铰接点、基座、上连接臂与基座的铰接点、上连接臂之间形成四边形结构。
[0052]
所述的显示器支架包括机械弹簧，所述的机械弹簧的一端与所述的基座相铰接，所述的机械弹簧的另一端与螺纹滑块相铰接，所述的螺纹滑块套接在螺纹杆上，所述的螺纹杆设置在所述的连接头上，使得在操作所述的螺纹杆的端部而驱动所述的螺纹杆旋转时，所述的螺纹滑块沿所述的螺纹杆可移动，根据所述的连接头上的显示器的重量调整所述的螺纹滑块在所述的螺纹杆上的位置，使得在向上或向下移动所述的连接头时，所述的连接头可自由停止在相对于所述的基座的不同高度。
[0053]
这种机械弹簧的连接方式，弹簧的一端铰链连接在基座上，另一端与螺纹滑块铰链连接，一起安装在连接头上。这样的设计，对基座的造型和内部空间大小要求较低(因为无需在基座上调节力值大小，而是改用在连接头上调节)。可以应用于区别常规造型的支架。
[0054]
本种结构的平衡机构应用的是机械弹簧，其具有成本低、寿命高、性能稳定、安全环保等优点，利用平衡原理和结构力学分析，结合机械弹簧力值特性，设计出弹簧参数、合
理的安装位置以及螺纹滑块端的运动轨迹，使其可以满足不同承重高度上自由停止的效果，解决机械弹簧类支架过多依赖摩擦力，影响使用体验的问题。又替换常规气弹簧，大大降低成本。
[0055]
下臂板上设有凸块，上臂板设有相对于的凹槽，这样可以最高点和最低点位置起限位作用。
[0056]
连接头上设有相对于的旋转标识，方便用户操作。
[0057]
第一种结构方案的机械弹簧自由平衡悬停技术原理如下：
[0058]
自由平衡悬停技术是人们不借用工具的情况下方便调节显示器高度，用户只需要将显示器移动到想要的高度就可以自由停，满足用户以舒适姿态面对显示器的需求。目前市面上该技术中的弹性元件应用较多的是气弹簧，其具有成本高，寿命短，漏油隐患，以及不环保(因报废了难处理)等缺点。该技术的独特之处在于将常规的气弹簧弹性元件更换为机械弹簧，且将调节机构设置于后端(连接头处)，应用平衡原理和结构力学分析，结合机械弹簧力值特性，建立起目标函数方程公式，采用计算机优化分析，综合产品结构特征及应用特性，计算出连接臂结构尺寸、弹簧相关参数的组合以及弹簧安装位置的尺寸，达到在重量合理范围内和高度调节范围内实现恒力承载的最优效果，调节简单方便，平衡体验效果不亚于气弹簧结构，其还具有成本低、简单可靠、寿命高、安全环保等优点。由于将调节机构设置于后端，对整体产品的外观造型也可以有更多的选择。
[0059]
以基座与下臂的铰链连接点作坐标原点o，建立二维坐标系。
[0060]
点b为下臂板与连接头的铰链连接点，ob为下臂板长度l1。点a(x0，y0)为弹簧一端在基座上的铰链连接点，点c(x，y)为弹簧另一端，与螺纹滑块铰链连接，一起固定于连接头上，ac为弹簧拉伸后的长度l2。角度a为下臂板与水平面x轴的夹角，角度b为弹簧 ac与下臂板ob的夹角。
[0061]
因安装显示器的面板安装于连接头上，要使显示器在高度上自由停，连接头也需在高度上自由停止。取连接头与下臂板的铰链连接点b作为分析研究对象。
[0062]
要实现满足不同承重且高度上可自由停止的要求，此平衡系统需同时满足以下两个平衡。
[0063]
平衡1：在初始角度a0时，转动调节螺钉控制螺纹滑块上下移动，从而改变机械弹簧一端的位置，改变机械弹簧与下臂板的夹角b的大小，来满足不同承重的显示器。
[0064]
为使显示器在高度上平衡，即重力提供的转矩m1需等于弹簧提供拉力的转矩m2，即mg
ꢀ×
l1
×
cos(a0)＝f
×
l2
×
sin(b)(m为显示器重量m，f为弹簧的拉伸力，a0下臂初始位置角度，b为弹簧ac与下臂板ob的夹角)。
[0065]
由上述公式得
[0066]
在转动调节螺钉控制螺纹滑块上下移动时，弹簧长度ac变化量较小，可视为不变，这样弹力f也不变，故当螺纹滑块向上移动时，机械弹簧与下臂板的夹角b在减小，由公式可得，设定的显示器重量m就减小。当螺纹滑块向下移动时，机械弹簧与下臂板的夹角b在增大，由公式可得，设定的显示器重量m就增大。从而可以实现不同重量的显示器平衡。
[0067]
用户只需按照连接头上的旋转标识进行转动调节，即可控制用于平衡所需显示器重量大小的弹力力矩大小。
[0068]
平衡2：重量一定时，上下调节显示器位置时，即角度a变化时，也需保证平衡。
[0069]
根据动能定理，力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。即
[0070]
因整个机构在运动过程中所受的外力仅为弹力和重力。要使在运动范围内，在高度上任一一点自由停，即在任一角度a，转动角度δa后，速度前后v2＝v1＝0，即动能变化为0。因此，在任一角度a，往下转动角度δa这个过程中，重力所做的功与弹力所做的功之和为0，在此过程重力做正功，弹力做负功。
[0071]
即w
重力-w
弹力
＝0。
[0072]
此过程中重力做功：w
重力
＝mg
×
l1
×
(sina-sin(a+δa))。
[0073]
弹力做功：
[0074]
显示器重量m，弹簧的刚性系数k，初始位置角度a0，转动角度a弹簧对应的拉伸量x1，转动角度a+δa时弹簧对应的拉伸量x2，对应显示器重量m的弹簧初始拉伸量x0。
[0075]
根据上述要求，建立目标函数方程公式，采用计算机优化分析，综合机械弹簧特性，计算出弹簧相关参数的组合以及弹簧安装位置。
[0076]
二、第二种结构如下：
[0077]
根据上述第一张结构的公式，计算针对于某个重量m的显示器高度上自由停的机械弹簧两端安装的位置，然后通过锁紧上臂板和下臂板，增加摩擦力，来实现不同承重的高度自由停，此方案取消了螺纹滑块，调节螺钉等调节机构，从而降低成本且实现无需调节即可满足不同承重的显示器高度自由停。但由于有较大的摩擦力参与，使用体验效果较差。
[0078]
本种方案的结构如下：
[0079]
所述支架包括基座和用于安装显示器的连接头，所述的基座和连接头之间设置相平行的上连接臂和下连接臂，所述的上连接臂与连接头之间的铰接点、连接头、下连接臂与连接头之间的铰接点、下连接臂、下连接臂与基座的铰接点、基座、上连接臂与基座的铰接点、上连接臂之间形成四边形结构。
[0080]
所述上臂板、下臂板与基座及连接头铰链孔中设有螺纹，上臂板与基座、连接头的铰链连接方式，下臂板与基座、连接头的铰链连接方式为螺钉螺纹连接，或者是铆接(需较大的铆接力)。
[0081]
机械弹簧一端铰链连接在基座上，另一端铰链连接在连接头上或者下臂上。
[0082]
按平衡2：重量一定时，上下调节显示器位置时，即角度a变化时，也需保证平衡。
[0083]
根据动能定理，力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。即在此过程所受外力有弹力，重力和摩擦力。
[0084]
转动角度δa后，速度前后v2＝v1＝0，即动能变化为0。因此，在任一角度a，往下转动角度δa这个过程中，重力所做的功、弹力所做的功以及摩擦力所做的功之和为0，在此过程重力做正功，弹力做负功，摩擦力可做正功，可做负功，也可为0。
[0085]
当重力》弹力时，摩擦力做负功，即w
重力-w
弹力-w
摩擦力
＝0。
[0086]
当重力《弹力时，摩擦力做正功，即w
重力-w
弹力
+w
摩擦力
＝0。
[0087]
当重力＝弹力，摩擦力可为0。
[0088]
根据上述公式，通过调整机械弹簧两端的连接位置，以及综合机械弹簧的特征属性，可得某个重量的显示器时，无需摩擦力，即可实现高度上的自由停。例如5kg的显示器。然后通过锁紧上臂板与基座、连接头的铰链连接螺钉，或者铆钉铆紧，来增大摩擦力，得到2-9kg高度上任意停，只不过由于有摩擦力的参与，使用体验相对较差，但因为取消了螺纹滑块，调节螺钉以及锁紧螺母等调节机构的零件，使得成本较低，同时也有不受外观限制，无需调节力值、使用方便等优点。
[0089]
采用了本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置，提供一种调节机构后置、调节方便且可以实现不同承重高度上可自由停止、体验较好的机械弹簧式支架，该方案可以突破常规外观的限制，造型可以更新颖，且用机械弹簧替换常规气弹簧，成本更低，又较气弹簧式支架安全、稳定、可靠。
[0090]
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

技术特征：
1.一种实现支架承重可调的平衡装置，其特征在于，所述的装置包括基座、机械弹簧和安装显示器的连接头，所述的基座和连接头之间设有上臂板和下臂板，所述的上臂板与连接头之间的铰接点、连接头、下臂板与连接头之间的铰接点、下臂板、下臂板与基座的铰接点、基座、上臂板与基座的铰接点、上臂板之间形成四边形结构，所述的机械弹簧的一端与所述的基座铰链连接。2.根据权利要求1所述的实现支架承重可调的平衡装置，其特征在于，所述的装置还包括螺纹滑块和螺纹杆，所述的机械弹簧的另一端与螺纹滑块相铰接，所述的螺纹滑块套接在螺纹杆上，所述的螺纹杆安装在连接头上，通过操作螺纹杆的端部来驱动螺纹杆旋转时螺纹滑块沿螺纹杆移动。3.根据权利要求2所述的实现支架承重可调的平衡装置，其特征在于，所述的装置根据连接头连接的显示器的重量调整螺纹滑块在螺纹杆上的位置，使向上或向下移动连接头时，所述的连接头支持调整停止在相对于基座的不同高度。4.根据权利要求2所述的实现支架承重可调的平衡装置，其特征在于，所述的下臂板上设有凸块，所述的上臂板设有相对于下臂板的凸块的凹槽。5.根据权利要求1所述的实现支架承重可调的平衡装置，其特征在于，所述的装置还包括螺纹和锁紧螺钉，所述的机械弹簧的另一端与连接头或下臂板铰链连接，所述的锁紧螺钉与螺纹相匹配，所述的螺纹设在上臂板或下臂板与基座或连接头的铰链孔中，上臂板与基座、上臂板与连接头、下臂板与基座及下臂板与连接头的铰链连接方式为通过锁紧螺钉连接，或铆接连接。

技术总结
本实用新型涉及一种实现支架承重可调的平衡装置，包括基座、安装显示器的连接头和机械弹簧，所述的基座和连接头之间设有上臂板和下臂板，所述的上臂板和下臂板相平行，所述的上臂板与连接头之间的铰接点、连接头、下臂板与连接头之间的铰接点、下臂板、下臂板与基座的铰接点、基座、上臂板与基座的铰接点、上臂板之间形成四边形结构，所述的机械弹簧的一端与所述的基座铰链连接。采用了本实用新型的实现支架承重可调的平衡装置，提供一种调节机构后置、调节方便且可以实现不同承重高度上可自由停止、体验较好的机械弹簧式支架，该方案可以突破常规外观的限制，造型可以更新颖，且用机械弹簧替换常规气弹簧，成本更低，又较气弹簧式支架安全、稳定、可靠。可靠。可靠。


技术研发人员：尤小东 林高波
受保护的技术使用者：宁波沱沱河设计有限公司
技术研发日：2021.07.19
技术公布日：2022/5/25