一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备
阅读：232发布：2023-02-13
专利汇可以提供一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种由二 自由度 扭矩 放大器 构成的自 加速 设备，其中，二自由度扭矩放大器是一种轨道式 凸轮 机构，其输入端和输出端之间可以拥有任意速比；输入端和输出端之间通过滚轮和轨道的刚性碰撞进行 力 传递；输出端转速较慢，可以输出放大的扭矩；动力源和设备安装在一起形成一个整体，输出端的输出目的地是设备本身，在这种情况下动力源驱动输入端所形成的负荷扭矩和输出端所输出的放大扭矩会同时作用在设备之上，并且呈现出扭矩的 不平衡 状态；扭矩的不平衡状态可以进一步转化为设备的内部不平衡受力，由此设备可以自主产生加速度；内部不平衡受力引导至设备 外壳 则构成直线型自加速设备，引导至动力源则构成圆周型自加速设备。，下面是一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备专利的具体信息内容。
1.一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备，其中，二自由度扭矩放大器（1000）的输入端（1100）和输出端（1200）采用共轴布局形式，输入端（1100）和输出端（1200）相互之间不存在轴旋转自由度的约束关系，输入端（1100）和输出端（1200）处于二自由度状态，输出端（1200）通过轴承（1303、1304）和外壳（1401、1402）连接；其特征在于，
二自由度扭矩放大器（1000）是一种轨道式凸轮机构，该轨道式凸轮机构的输出端
（1200）包含，支撑盘（1201、1202）、轨道盘（1203、1204、1205、1206）、飞轮（1207、1208）、连接盘（1209）；其中，支撑盘（1201）、轨道盘（1203）、飞轮（1207）通过螺栓（1210）连接在一起，飞轮（1207）、轨道盘（1204、1205）、飞轮（1208）、轨道盘（1206）、支撑盘（1202）通过螺栓（1211）连接在一起，支撑盘（1202）和连接盘（1209）通过螺栓（1212）连接在一起，由此，支撑盘（1201、1202）、轨道盘（1203、1204、1205、1206）、飞轮（1207、1208）、连接盘（1209）形成一个整体构件；轨道盘（1203）上有轨道（1213），轨道盘（1204）上有轨道（1214），轨道盘（1205）上有轨道（1215），轨道盘（1206）上有轨道（1216）；轨道（1213）和轨道（1214）面对面布置，面向同一个空腔；轨道（1215）和轨道（1216）面对面布置，面向同一个空腔；
该轨道式凸轮机构的输入端（1100）包含，主轴（1122）、摇臂支架（1102）、摇臂（1103）、轨道摆锤（1104）、滚轮（1105、1106、1107、1108）；其中，主轴（1122）和摇臂支架（1102）相互连接，此二者周向位置固定，可以相互传递扭矩；摇臂支架（1102）和摇臂（1103）相互连接，摇臂（1103）相对于摇臂支架（1102）可以摆动；轨道摆锤（1104）和摇臂（1103）相互连接，轨道摆锤（1104）相对于摇臂（1103）可以摆动；在轨道摆锤（1104）的两侧对称布置有四个轴（1120），其中每侧布置两个轴（1120）；四个滚轮（1107、1108）分别安装在四个轴（1120）上；
滚轮（1105、1106、1107、1108）的最小间距等于轨道（1213、1214、1215、1216）的法向厚度（h16）；
输出端（1200）和输入端（1100）的连接方式是，支撑盘（1201）通过轴承（1301）和主轴（1122）连接，支撑盘（1202）通过轴承（1302）和主轴（1122）连接；面对面布置的两个轨道分别与轨道摆锤两侧的四个滚轮连接，其中一个轨道连接在轨道摆锤一侧的两个滚轮之间，另外一个轨道连接在轨道摆锤另外一侧的两个滚轮之间；
输入端（1100）和输出端（1200）的扭矩传递方式是，滚轮和轨道之间以刚性碰撞或者刚性斜碰撞为主要的扭矩传递方式，刚性碰撞或者刚性斜碰撞对扭矩传递的作用权重占90%以上；
二自由度扭矩放大器（1000）的输出方式是，输出端（1200）通过无阻尼、无理论损耗的力传递方式和整个设备自身形成连接，该连接方式用于扭矩输出。
2.根据权利要求1所述的一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备，其特征在于，轨道（400、1213、1214、1215、1216）的外凸轮轮廓（410）和内凸轮轮廓（420）由中心线（430）沿法向两侧等距偏移而来，当外凸轮轮廓（410）和内凸轮轮廓（420）的曲率方向和与之接触的滚轮轮廓曲率方向一致时，相应的凸轮轮廓中存在有曲率大于或者等于滚轮轮廓的曲率的区段。
3.根据权利要求2所述的一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备，其特征在于，中心线（430）由曲率方向朝向圆周内侧的内凹圆弧（432）和曲率方向朝向圆周外侧的外凸圆弧（431）构成，内凹圆弧（432）和外凸圆弧（431）相互之间以相切方式连接，内凹圆弧（432）和外凸圆弧（431）的半径相同。
4.根据权利要求1所述的一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备，其特征在于，摇臂支架（1102）由两个盘状结构（1111）和一个轴套结构（1112）组成，盘状结构（1111）位于轴套结构（1112）的轴向两端，盘状结构（1111）进一步包含支架结构（1113）、外圈结构（1114）、空腔（1115）和孔（1117），外圈结构（1114）和轴套结构（1112）都是完整的圆周化的结构形态，支架结构（1113）连接在外圈结构（1114）和轴套结构（1112）之间。
5.根据权利要求1所述的一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备，其特征在于，输出端（1200）在轴旋转方向上通过无阻尼、无理论损耗的弹性连接组件和整个设备的外壳形成连接。
6.根据权利要求5所述的一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备，其特征在于，所述弹性连接组件有两组以上，不同的弹性连接组件拥有不同的弹性作用力指向，输出端（1200）和各弹性连接组件之间有选择性连接机构，输出端（1200）通过选择性连接机构与其中一个弹性连接组件连接，然后再通过该弹性连接组件和设备外壳的连接。
7.根据权利要求1所述的一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备，其特征在于，二自由度扭矩放大器（1000）的输出端（1200）的输出目的地是二自由度扭矩放大器（1000）的动力源。
8.根据权利要求7所述的一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备，其特征在于，输出端（1200）以无阻尼、无理论损耗的刚性连接方式和电动机（4000）的电动机定子（4200）连接，电动机（4000）作为动力源，其电动机转子（4100）通过扭转减振器（1124）和输入端（1100）的主轴（1122）连接。
一种由二自由度扭矩放大器构成的自加速设备
技术领域
[0002] 二自由度扭矩放大器是一种新的扭矩传输设备，可以用于构成车辆变速器，也可以用于构成自加速设备。后一种用途是二自由度扭矩放大器的最重要的价值所在。自加速设备一般是指：不喷射工质、不和外部物质形成力传递关系，在合外力为零的情况下，仅通过转化自身内能就可以获得加速度的设备。本案中自加速设备进一步指：在能量消耗不变的情况下，在特定方向上拥有持续加速能力的设备。自加速设备还有其他的名称，例如：无工质推进器、反重力推进器等。
[0003] 二自由度扭矩放大器需要配合特定的扭矩输出方法才能构成自加速设备，因此本发明总体上包含“二自由度扭矩放大器的构成”和“二自由度扭矩放大器的特定输出方法”两部分内容。就二自由度扭矩放大器的构成而言，本发明继承了三类已有技术的部分技术要素，分别是：第二类已有技术，二自由度扭矩放大器；第三类已有技术，凸轮机构；第四类已有技术，轨道机构。就二自由度扭矩放大器的特定输出方法和输出特性而言，总体上是一个新的技术领域，没有查询到相关的已有技术，但是有一种已有设备和本发明具有相似的输出特性，即：第一类已有技术，微波电推进器。
[0004] 第一类已有技术，微波电推进器。
[0005] 微波电推进器和本发明具有相似的输出特性，都可以产生自加速现象，因此本案把微波电推进器列为第一类已有技术。但是，本发明属于机械设备，微波电推进器属于电子设备，两种设备之间不存在任何技术要素的继承关系。即便如此，本案依然要提及微波电推进器，主要有三个原因：原因一，自加速现象非常特殊，会颠覆牛顿第一定律定律，因此需要列举其真实案例；原因二，需要指出本发明和微波电推进器之间有一定关联性；原因三，需要指出微波电推进器存在的不足。
[0006] 自加速现象的真实案例。
[0007] 微波电推进器的技术概念最早由英国研究人员罗杰.肖耶尔在2000年提出。因为这一概念会颠覆牛顿第一定律，所以一直未受重视。直到2014年美国NASA老鹰工作实验室证明了这一概念的有效性。之后中国的相关研究单位也进行了跟进研究。中国专利申请号为2016101651441、名为《一种无工质微波推力器的微波源自适应调谐系统及采用该系统实现的微波源自适应调谐方法》的发明就涉及此类技术。
[0008] 微波电推进器能够在合外力为零的情况下，能够依靠自身携带的电能使微波在锥形金属容器中产生特定振荡，这种特定振荡微波可以在锥形金属容器的不同外壁上形成不同的压力，利用压力差设备可以产生加速度。
[0009] 本发明和微波电推进器之间的关联性。
[0010] 虽然微波电推进器和本发明分属于不同的技术领域，但是两种设备产生都可以产生自加速现象，都可以颠覆牛顿第一定律。这预示着自加速现象有着更深层次的共性成因。这一深层次的共性成因极其复杂，涉及时间的微观流动特性和宏观流动特性，需要在理论物理层面有所创新才能更好地解释它。那将涉及一种理论假说，不适合在本案中展开。本案仅强调，两种设备具有相似的颠覆性，具有深层次的关联性，这种关联性有助于在宏观层面认同和理解本发明。
[0011] 微波电推进器存在的不足。
[0013] 第二类已有技术，二自由度扭矩放大器。
[0014] 二自由度扭矩放大器是一种新的扭矩传输设备，特指：输入端和输出端拥有各自独立的自由度（本案中自由度特指轴旋转自由度），输入端和输出端可以形成任意速比，扭矩在传递过程中会被放大的设备。传统观点认为：只有一自由度机构才能形成有效的杠杆关系，才能形成高效稳定的力传递路径，才能放大扭矩；二自由度机构无法形成有效的杠杆关系，无法形成高效稳定的力传递路径，无法放大扭矩，例如，摩擦传动效率很低，无法放大扭矩。这一传统观点是一种技术偏见。二自由度机构可以高效率传动，可以放大扭矩。此类二自由度扭矩放大器可参见本人之前提交的申请号为2015104219328，名为《一种由二自由度齿轮机构组成的无级变速器》的发明。
[0015] 本发明继承了上述二自由度扭矩放大器的以下技术要素。
[0016] 二自由度机构的基本构成：机构包含输入端和输出端；这两个端口都不和设备外壳发生自由度约束关系；输入端和输出端可以形成任意速比。
[0017] 二自由度机构的能量传输形式：能量以脉冲形式传递，相应的会存在脉冲时长和非脉冲时长这两个概念。
[0018] 本发明视上述二自由度扭矩放大器的以下技术要素为革新目标。
[0019] 与脉冲传动有关的结构：机构包含输入端、输出端、中间端，输入端、输出端、中间端均不和设备外壳发生自由度约束关系；输入端与中间端存在力传递关系，中间端与输出端存在力传递关系；中间端提供一种脉冲扭矩发生机制，当输入端和输出端之间存在转速差的时候中间端产生脉冲力；脉冲力同时作用在输入端和输出端上，脉冲力作用在输入端形成负荷，作用在输出端形成输出。
[0020] 与脉冲时长有关的设置：脉冲时长和“不容易接触工作面弧度”有对应关系，非脉冲时长和“容易接触工作面弧度”有对应关系，不容易接触工作面弧度和容易接触工作面弧度的比值约为1/8。
[0021] 以上需要被革新的技术要素的不足之处总结为：机构的扭矩放大效应不稳定、不明显。具体原因是，上述背景案例中不容易接触工作面弧度和容易接触工作面弧度的比值过大，所形成的脉冲强度较低，能量传输效能较低，同时该背景案例在结构上已经没有太多余地用来减小这一比值，如果一定要减小这一比值，那么机构中用于产生脉冲的内凸轮圈的凸轮形态将消失，内凸轮圈将变为滚轮圈，脉冲产生机制将随即消失。
[0022] 第三类已有技术，凸轮机构。
[0023] 本发明继承了凸轮机构的以下技术要素。
[0025] 本发明视凸轮机构的以下技术要素为革新目标。
[0026] 凸轮机构的一般设计原则：无论是内凸轮还是外凸轮都遵循一个被普遍接受的设计原则，即当相互接触的凸轮轮廓和滚轮轮廓曲率方向一致时（即弯曲趋势一致时），凸轮轮廓的曲率不允许大于或者等于滚轮轮廓的曲率（即凸轮轮廓的最小圆弧半径不允许小于或者等于滚轮半径），否则会导致滚轮和凸轮发生剧烈撞击，导致凸轮机构功能恶化。
[0027] 用滚轮圆心轨迹的连续性来描述这一设计原则：滚轮圆心的运动轨迹不允许出现曲率不连续的状况。
[0028] 以上需要被革新的技术要素的不足之处总结为：上述设计原则是一种技术偏见，它导致了人们长时间错过了凸轮机构的一个极其重要的力学特性，二自由度扭矩放大特性。
[0029] 第四类已有技术，轨道机构。
[0030] 本发明继承了轨道机构的以下技术要素。
[0031] 轨道机构的一种局部形态：轨道机构中包含轨道和滑行体，滑行体包含至少两个滚轮，两个滚轮分别布置在轨道的两侧，两个滚轮的最小间距等于轨道的法向厚度，两个滚轮夹紧轨道使滑行体和轨道不发生脱离。
发明内容
[0032] 本发明总体上包含“二自由度扭矩放大器的构成”和“二自由度扭矩放大器的特定输出方法”两部分内容。
[0033] 二自由度扭矩放大器的构成包含以下几个技术步骤。
[0034] 技术步骤一。本发明继承了第二类已有技术、第三类已有技术、第四类已有技术中包含的部分技术要素，并且将这些技术要素组合成一种全新的轨道式凸轮机构，以此构成一种二自由度凸轮机构的基础形态。该轨道式凸轮机构中，轨道兼具外凸轮圈和内凸轮圈的功能，轨道是该机构的输出端。轨道具有一定的法向厚度，沿轨道运行的外侧滚轮和内侧滚轮之间的最小间距等于轨道的法向厚度，因此滚轮沿轨道运行时不会和轨道发生脱离。外侧滚轮和内侧滚轮安装在轨道摆锤上，滚轮之间的最小间距就是轨道的法向厚度。轨道摆锤和滚轮共同形成一个沿轨道运行的组合体。轨道摆锤和输入构件之间用摇臂来连接（输入构件包含主轴和摇臂支架）。沿轨道运行的组合体、摇臂和输入构件这三者初步构成了轨道式凸轮机构的输入端。这种轨道式凸轮机构的输入端和输出端拥有各自独立的自由度，输入端和输出端之间可以形成任意速比，因此这是一种二自由度机构构。这种轨道式凸轮机构是本发明的二自由度扭矩放大器的基础形态。
[0035] 技术步骤二。基于技术步骤一所述的二自由度凸轮机构的基础形态，对轨道和滚轮的几何参数进行进一步优化。优化的目的是：改进第二类已有技术（二自由度扭矩放大器）存在的不足，确保滚轮在经过轨道的内凸轮轮廓和外凸轮轮廓时形成的脉冲时长最小化，确保形成的非脉冲时长最大化（“脉冲时长”和“不容易接触工作面弧度”等效，“非脉冲时长”和“容易接触工作面弧度”等效），确保机构输入端以近似于刚性斜碰撞的方式向输出端高效率传输动能，确保二自由度扭矩放大器拥有所期待的扭矩放大功能。优化的具体措施是：改进第三类已有技术（凸轮机构）存在的不足，即本发明的轨道的设计原则突破了凸轮机构传统设计原则的局限，当相互接触的凸轮轮廓和滚轮轮廓曲率方向一致时（即弯曲趋势一致时），主动寻求轨道的凸轮轮廓的曲率等于滚轮轮廓的曲率（即凸轮轮廓的最小圆弧半径等于滚轮半径），主动寻求滚轮轨迹的曲率不连续，主动寻求滚轮在经过这些凸轮轮廓时和轨道形成剧烈撞击，主动寻求类似于刚性碰撞的力传递方式。
[0036] 技术步骤三。对轨道的几何参数做进一步的优化。优化的目的不再针对技术背景中提到的任何已有技术，而是针对技术步骤一和技术步骤二所述的二自由度凸轮机构的基础形态中存在的两个问题：能量传输效率有待提升，机构受力状况不佳。具体优化的内容是：优化外凸轮轮廓和内凸轮轮廓的构造线（即中心线），进而优化轨道的外凸轮轮廓和内凸轮轮廓；确保滚轮圆心的外侧运行轨迹和内侧运行轨迹呈现出，多段式的状态、每段轨迹之间以远远大于0度的连接角度相互连接的状态、曲率不连续的状态。
[0037] 二自由度扭矩放大器的特定输出方法包含以下一个技术步骤。
[0038] 技术步骤四。从技术步骤一到技术步骤三形成了一种高效率的二自由度扭矩放大器，其扭矩放大倍数约为8.5倍（扭矩放大倍数可以通过调整输入端和输出端之间的转动惯量的比值来进一步加大）。扭矩的特定输出方法是：二自由度扭矩放大器的输出端通过无阻尼、无理论损耗的力传递方式和整个设备自身形成连接；这个连接方式进一步说就是，弹性连接或者刚性连接。
[0039] 上述特定输出方法可以进一步发展出以下两种自加速设备。
[0040] 技术步骤五。技术步骤四所述的弹性连接方法，可以进一步形成直线型自加速设备。此时二自由度扭矩放大器的输出目的地是设备外壳。设备整体上获得一个固定方向的加速度。失重环境下设备运行轨迹为直线。
[0041] 技术步骤六。技术步骤五所述的直线型自加速设备可以发展出一种推力可调节方案。当然，上述技术步骤也可以发展出推力不可调方案，但是它不是本案的描述重点。
[0042] 技术步骤七。技术步骤四所述的刚性连接方法，可以进一步形成圆周型自加速设备。此时二自由度扭矩放大器的输出目的地是二自由度扭矩放大器的动力源。设备的输入端和输出端双双获得一个圆周上同方向的加速度。输入端和输出端的运行轨迹为圆。
[0043] 综上所述，本发明提出了一种二自由度扭矩放大器，并且利用二自由度扭矩放大器的特定输出方法形成两种自加速设备，分别为直线型自加速设备和圆周型自加速设备。相比于已有技术而言，本发明的二自由度扭矩放大器的有益效能是，拥有了更稳定、更可靠的扭矩放大能力；直线型自加速设备的有益效能是，拥有至少1000牛顿/千瓦的推力效能，远远高于微波电推进器0.002牛顿/千瓦的推力效能，远远高于火箭的推力效能，甚至远远高于机翼的升力效能，具有良好的应用前景；圆周型自加速设备的有益效能是，在输入能量不变的情况下，设备的输入端和输出端双双持续加速，最终释放的能量可以大于输入的能量。
附图说明
附图说明
[0045] 图2是与图1所示机构近似对应的凸轮槽机构的局部示图。
[0046] 图3是图1所示实验的相关速度的测量结果。
[0047] 图4是图3虚线框区域的放大显示图。
[0048] 图5是图1所示机构的一种圆周化变形形态和该变形形态投影图的混合示图。
[0049] 图6是图5所示机构的能量流向示图。
[0050] 图7是图5所示机构的单一质心经过边缘连接点时的受力示图。
[0051] 图8是图5所示机构的单一质心在运行过程中所产生的加速度的图表。
[0052] 图9是图8所示环境下相关加速度的图表。
[0053] 图10是图5所示仿真实验的多个数据项目的混合图表。
[0054] 图11是中国专利申请号为2015104219328的背景技术案例中齿轮效应作用时机的示图。
[0056] 图13是图12所示环境下的单一质心在运行过程中所产生的加速度的图表。
[0057] 图14是图12所示环境下相关加速度的图表。
[0058] 图15是脉冲时长的放大示意图。
[0059] 图16是与图5所示机构近似对应的凸轮槽机构和内凸轮机构的混合机构简图。
[0060] 图17是与图5所示机构近似对应的一种轨道式凸轮机构的机构简图。
[0061] 图18是在图17所示机构基础上改进而来的轨道式凸轮机构的机构简图。
[0062] 图19是图18所示轨道式凸轮机构的具体实施例的正视图。
[0063] 图20是滚轮组件的立体示图。
[0064] 图21是滚轮组件的分解示图。
[0065] 图22是图38视角和剖视状态下的二自由度扭矩放大器的具体实施例的输入端的立体剖视图。
[0066] 图23是图38视角和剖视状态下的二自由度扭矩放大器的具体实施例的输出端的立体剖视图。
[0067] 图24是图38视角和剖视状态下的二自由度扭矩放大器的具体实施例立体剖视图。
[0069] 图26是由图5所示机构发展而来的直线型自加速方案和该方案推力输出投影图的混合示图。
[0070] 图27是在图26所示机构基础上做出少量修改的机构示图。
[0071] 图28是图26所示机构的能量流向示意图。
[0072] 图29是图27所示机构的能量流向示意图。
[0075] 图32是弹簧座和钢板弹簧的完整示图。
[0076] 图33是在图32所示部件基础上增加弹簧套的示图。
[0077] 图34是图38视角和剖视状态下两个弹簧组件的示图。
[0079] 图36是在图35基础上增加了端盖等部件的示图。
[0080] 图37是图38视角和剖视状态下方向控制器的立体剖视图。
[0081] 图38是本发明直线型自加速方案的具体实施例的立体剖视图。
[0082] 图39是二自由度扭矩放大器的圆周型自加速特性的验证机构和该机构转速输出投影图的混合示图。
[0083] 图40是圆周型自加速设备的具体实施例的机构简图。
[0084] 符号说明仿真机构：a1虚拟轴线、a2滑块、a21边缘、a22边缘、a23边缘、a24边缘、a241曲率、a25边缘、a26边缘、a27边缘、a271曲率、a28边缘、a29边缘、a291曲率、a3滑块、a30边缘、a31虚拟轴线、a4摇臂、a41虚拟点、a42滚轮、a51边缘、a52边缘、a53边缘、a61虚拟点、a62滚轮、a621曲率、b01输入端、b02输出端、b021边缘、b0211连接点、b022边缘、b023边缘、b0231曲率、b024虚拟轴线、b03基座、b031虚拟轴线、b032虚拟轴线、b04摇臂、b041虚拟点、b05摇臂支架、b051虚拟轴线、b052孔、b06虚拟轴线、b07弹簧、b08弹簧、b09连杆、b121边缘、b1211连接点、b124内凸轮圈、b125外凸轮圈、b131摇臂支架、b132摇臂、b133压紧弹簧、b134滚轮、f01输入扭矩、f011正向加速度、f02输出扭矩、f03有效冲击力、f031正向加速度、f04冲击负荷、f041反向加速度、f0411反向加速度平均值、f0412反向加速度平均值、f05反作用扭矩、f06推力、f07输入扭矩、f08反作用力矩、f09负荷扭矩、ma2质心、ma3质心、ma4质心、mb02质心、mb04质心、h01间距、h02间距、h03间距、h04间距、h05力臂、h06脉冲时长、h061不容易接触工作面弧度、h07非脉冲时长、h071容易接触工作面弧度、h08旋转角度、h09旋转角度、h10角度差、s1阴影、s2阴影、va2速度、va3速度、vb02输出转速、vb05输入转速、vb051平衡转速。
[0085] 轨道式凸轮机构的简化机构：100轨道、110内凸轮轮廓、120外凸轮轮廓、130内侧轨迹、131连接点、140外侧轨迹、210摇臂支架、220摇臂、230轨道摆锤、240滚轮、241质心、250滚轮、251质心、310姿态、320姿态、400轨道、410外凸轮轮廓、420内凸轮轮廓、430中心线、431外凸圆弧、432内凹圆弧、440外侧分段轨迹、441连接点、450内侧分段轨迹、451连接点、510摇臂支架、520摇臂、530轨道摆锤、540滚轮、541质心、550滚轮、551质心、610扇形区域、620扇形区域、f10有害受力、h11法向厚度、h12夹角、h13夹角、h14夹角、h15夹角、h16法向厚度、h17半径、h18半径、h19半径、h20间距、h21半径、h22半径。
[0086] 具体实施例：1000二自由度扭矩放大器、1100输入端、1101滚轮组件、1102摇臂支架、1103摇臂、1104轨道摆锤、1105滚轮、1106滚轮、1107滚轮、1108滚轮、1109轴、1110轴、1111盘状结构、1112轴套结构、1113支架结构、1114外圈结构、1115空腔、1116槽、1117孔、
1118孔、1119方孔、1120轴、1121滚针轴承、1122主轴、1123传动轴、1124扭转减振器、1125滚轮组件、1126孔、1127花键、1128花键、1129输入端、1130花键、1131输出端、1132花键、1133花键、1134槽、1135键、1136挡圈、1137套筒、1138弹性挡圈、1139孔、1200输出端、1201支撑盘、1202支撑、1203轨道盘、1204轨道盘、1205轨道盘、1206轨道盘、1207飞轮、1208飞轮、
1209连接盘、1210螺栓、1211螺栓、1212螺栓、1213轨道、1214轨道、1215轨道、1216轨道、
1217台阶结构、1218台阶结构、1219台阶结构、1220台阶结构、1221螺纹孔、1222螺纹孔、
1301轴承、1302轴承、1303轴承、1304轴承、1305轴承、1306轴承、1401外壳、1402外壳、1403密封组件、1404螺栓、2000方向控制器、2100扭矩分配机构、2101膜片离合器座、2102膜片离合器座、2103套筒、2104活塞组件、2105膜片组件、2106膜片组件、2107螺栓、2108螺栓、2109油缸、2110油缸、2111孔、2112孔、2113花键、2114花键、2115台阶结构、2116台阶结构、2200弹簧组件、2201弹簧组件、2202弹簧座、2203花键、2204连接结构、2205孔、2206钢板弹簧、
2207轴、2208轴、2209弹簧座、2210花键、2211钢板弹簧、2212弹簧套、2213孔、2214弹簧套、
2215孔、2216齿、2217螺栓、2218弹簧套、2219弹簧套、2220齿、2221螺栓、2222轴承、2223轴承、2224轴承、2225轴承、2226轴承、2227轴承、2228轴承、2229轴承、2300叶片泵组件、2301外壳、2302垫片、2303挡圈、2304分配盘、2305分配盘、2306叶片泵定子、2307叶片泵转子、
2308叶片组件、2309挡圈结构、2310液压管路、2311液压管路、2312花键、2313花键、2314齿、
2315齿、2400端盖、2401轴、2402螺栓、2403压紧盘、2404传感器组件、3000电动机、3100电动机转子、3101花键、3102孔、3200电动机定子、3300外壳、3301螺栓、4000电动机、4100电动机转子、4200电动机定子、4300电刷。
1118孔、1119方孔、1120轴、1121滚针轴承、1122主轴、1123传动轴、1124扭转减振器、1125滚轮组件、1126孔、1127花键、1128花键、1129输入端、1130花键、1131输出端、1132花键、1133花键、1134槽、1135键、1136挡圈、1137套筒、1138弹性挡圈、1139孔、1200输出端、1201支撑盘、1202支撑、1203轨道盘、1204轨道盘、1205轨道盘、1206轨道盘、1207飞轮、1208飞轮、
1209连接盘、1210螺栓、1211螺栓、1212螺栓、1213轨道、1214轨道、1215轨道、1216轨道、
1217台阶结构、1218台阶结构、1219台阶结构、1220台阶结构、1221螺纹孔、1222螺纹孔、
1301轴承、1302轴承、1303轴承、1304轴承、1305轴承、1306轴承、1401外壳、1402外壳、1403密封组件、1404螺栓、2000方向控制器、2100扭矩分配机构、2101膜片离合器座、2102膜片离合器座、2103套筒、2104活塞组件、2105膜片组件、2106膜片组件、2107螺栓、2108螺栓、2109油缸、2110油缸、2111孔、2112孔、2113花键、2114花键、2115台阶结构、2116台阶结构、2200弹簧组件、2201弹簧组件、2202弹簧座、2203花键、2204连接结构、2205孔、2206钢板弹簧、
2207轴、2208轴、2209弹簧座、2210花键、2211钢板弹簧、2212弹簧套、2213孔、2214弹簧套、
2215孔、2216齿、2217螺栓、2218弹簧套、2219弹簧套、2220齿、2221螺栓、2222轴承、2223轴承、2224轴承、2225轴承、2226轴承、2227轴承、2228轴承、2229轴承、2300叶片泵组件、2301外壳、2302垫片、2303挡圈、2304分配盘、2305分配盘、2306叶片泵定子、2307叶片泵转子、
2308叶片组件、2309挡圈结构、2310液压管路、2311液压管路、2312花键、2313花键、2314齿、
2315齿、2400端盖、2401轴、2402螺栓、2403压紧盘、2404传感器组件、3000电动机、3100电动机转子、3101花键、3102孔、3200电动机定子、3300外壳、3301螺栓、4000电动机、4100电动机转子、4200电动机定子、4300电刷。
具体实施方式
[0087] 对仿真实验的检验和评估。
[0089] 图1是一个用于评估仿真软件准确性的简化机构和该机构投影图的混合示图。依据动量守恒定律对该模型的实验结果进行评估，可以判断仿真软件的准确性。如图所示，虚拟轴线a1固定于三维空间中。滑块a2、滑块a3可以沿虚拟轴线a1运动，其他方向上无法移动。滑块a2上有边缘（a21、a22、a23），其中边缘a21足够长，边缘（a22、a23）可以无限重复，可以超出图示范围。这三条边缘相互之间的连续性为g0连续，用于模拟凸轮机构中滚轮的运动轨迹曲率不连续的状态（本案采用机械设计中常用的曲线连续性的标注方法，g0连续表示两条曲线之间的连接关系为：相互连接，不相切，有转折；g1连续表示两条曲线之间的连接关系为：相互连接，相切，但是两条曲线的曲率不连续；g2连续表示两条曲线之间的连接关系为：相互连接，相切，并且两条曲线的曲率连续；g1连续和g2连续在视觉效果上很相似，但是数学意义上有差别，这种差别会导致仿真软件得出截然不同的结果）。滑块a3上有虚拟轴线a31。摇臂a4的一端连接在虚拟轴线a31上。摇臂a4可以绕虚拟轴线a31摆动，摇臂a4因此和滑块a3形成轴连接关系。通过这个轴连接关系，摇臂a4和滑块a3之间可以无损耗地传递动能。摇臂a4的另一端有虚拟点a41。虚拟点a41和摇臂a4的相对位置固定，虚拟点a41的所受力可以无损耗传递给摇臂a4。虚拟点a41可以沿滑块a2上的边缘（a21、a22、a23）滑动，形成槽连接关系（槽连接关系在机构仿真中特指：点沿着线或者边缘移动的连接关系）。通过这个槽连接关系，摇臂a4和滑块a2之间可以无损耗地传递动能，以此模拟凸轮机构。滑块a2的质心ma2，质量为10千克。滑块a3的质心ma3，质量为9千克。摇臂a4的质心ma4，质量为1千克。三个质心的质量大小关系为ma2=ma3+ma4。质心ma4和虚拟点a41的投影位置重合，因此虚拟点a41沿边缘（a21、a22、a23）滑动可以近似地认为是质心ma4沿边缘（a21、a22、a23）滑动。实验的初始状态是：滑块a2的速度va2初始状态为0（图中速度va2未标注），滑块a3和摇臂a4组合体的速度va3初始状态为100mm/秒，实验全程没有添加任何外力。
[0090] 图2是与图1所示机构近似对应的凸轮槽机构的局部示图。与图1所示机构严格对应的凸轮机构理论上是不存在的，仅存在近似对应的凸轮机构。图2中的边缘（a51、a52、a53）、虚拟点a61和图1中的边缘（a21、a22、a23）、虚拟点a41尺寸和作用原理相同。凸轮槽的边缘（a25、a26、a28、a30）是边缘（a52、a53）沿法线方向等距偏移20mm的结果。滚轮a62是虚拟点a61向外扩展20mm形成的结果。过渡性的边缘（a24、a27）的曲率和滚轮a62的曲率相同，分别标注为曲率（a241、a271、a621）。过渡性的边缘a29的曲率大于滚轮a42的曲率，标注为曲率a291（本案示图采用机械设计中常用的曲率标注方法，即曲线上任意一点的曲率用该点在曲线法向上的一定比例的偏移值来表示，偏移值累积成一条偏移曲线，利用这条偏移曲线来表示曲线的曲率）。边缘a29的具体半径为10mm。空心箭头指示了曲率的方向（即弯曲方向）。
[0091] 传统观念认为：图2所示的情形是不允许出现的，即当相邻的凸轮轮廓和滚轮轮廓曲率方向一致时，凸轮轮廓的曲率不允许大于或者等于滚轮轮廓的曲率；也就是边缘（a24、a27、a29）的曲率不允许大于或者等于滚轮a62的曲率，否则会出现滚轮中心的运动轨迹有曲率不连续的现象，即出现边缘a51、边缘a52、边缘a53相互之间的连续性为g0连续的现象；这会导致滚轮和凸轮（或凸轮槽）发生刚性斜碰撞，导致凸轮机构的功能恶化。
[0092] 然而这种传统观念是一种技术偏见。本发明恰恰要主动寻求此类刚性斜碰撞，以实现凸轮机构一种不受重视但是极端重要的功能，二自由度扭矩放大功能。
[0093] 由于仿真软件的算法限制，模拟凸轮机构时不能出现凸轮和滚轮同时存在两个以上接触点的情况，所以相关的凸轮机构只能用虚拟点沿着单一轨迹运行的方法来模拟。也就是图2所示机构只能用图1所示机构来模拟。
[0094] 图3是图1所示实验的相关速度的测量结果。图3所示内容对应着图1所示的简化模型的以下运行状态：虚拟点a41在0.89秒左右以速度va3（100mm/秒）通过边缘a21和边缘a22的交界处；由于边缘a21和边缘a22连续性为g0连续，有明显转折，所以虚拟点a41和滑块a2会发生类似于刚性斜碰撞的撞击（本案将这种类似于刚性斜碰撞的撞击简称为刚性斜碰撞），导致速度va2上升，速度va3下降；虚拟点a41在1.35秒左右通过边缘a22和边缘a23的交界处，撞击再次发生，导致速度va2再次上升，速度va3再次下降，速度va2、速度va3同时趋近于50mm/秒。
[0095] 图4是图3虚线框区域的放大显示图。图4所示内容对应着图1所示机构的以下运行状态：虚拟点a41在1.35秒左右通过边缘a22和边缘a23的交界处之后，在极短的时间内还与边缘a23发生了多次刚性斜碰撞，导致速度va2和速度va3交替变化，并且趋近于50mm/秒。如果实验时间足够长，刚性斜碰撞的次数无限多，速度va2和速度va3会无限趋近于相等。
[0096] 图3、图4所示的测量结果表明，依据图1所示的机构连接方法，仿真软件能够模拟出动量守恒定律。因此可以推断在接下来的实验中，只要机构的连接方法不发生重大变化，关键性的力传递关系不发生重大变化，那么仿真结果将是可信的。
[0097] 二自由度扭矩放大器的仿真实验。
[0098] 图5是图1所示机构的一种圆周化变形形态和该变形形态投影图的混合示图。图5中的输出端b02可以理解为是图1所示的滑块a2的圆周化变形。图中的基座b03固定于三维空间中。基座b03上有虚拟轴线b031。输出端b02安装在虚拟轴线b031上，和基座b03形成轴连接关系。输出端b02可以依虚拟轴线b031旋转，其他方向上不可移动。输出端b02的内部有正十六边形孔。边缘b021是指一整条的正十六边形边缘。边缘b021中的其中任意一条直线边缘和虚拟轴线b031的间距h01是45mm。输出端b02和基座b03形成的轴连接关系中加载有旋转型阻尼（阻尼未示出）。可以通过测量阻尼来读取输出扭矩f02的值。输出端b02的质心是mb02，质量是30千克，质心mb02和虚拟轴线b031的间距h02是100mm，用来模拟输出端的转动惯量。摇臂支架b05安装在虚拟轴线b031上，和基座b03形成轴连接关系。摇臂支架b05可以依虚拟轴线b031旋转，其他方向上不可移动。摇臂支架b05和基座b03形成的轴连接关系中加载有输入扭矩f01。摇臂支架b05和基座b03之间在周向上无法相互传递动能，但是可以在径向上相互传递动能。摇臂支架b05的质心和虚拟轴线b031的间距是100mm，质量是2千克，这可以用来模拟摇臂支架b05的转动惯量（摇臂支架b05的质心未标注）。摇臂支架b05上平均阵列有24个虚拟轴线b051，阵列位置可以参考24个孔b052。虚拟轴线b051和虚拟轴线b031的间距h03是35mm。每个虚拟轴线b051上以轴连接方式连接着一个摇臂b04，摇臂b04共24个。摇臂b04和摇臂支架b05之间可以无损耗地传递动能。摇臂b04上有虚拟点b041，虚拟点b041和摇臂b04的相对位置固定，两者之间可以无损耗地传递动能。虚拟点b041和输出端b02的边缘b021接触并且形成槽连接关系，可以模拟内凸轮机构，可以无损耗地传递动能。
摇臂b04的质心是mb04，其投影位置和虚拟点b041重合。后续描述中，虚拟点b041沿边缘b021运动，可以等效描述为质心mb04沿边缘b021运动。质心mb04和虚拟轴线b051的间距h04是25mm，质量是0.4千克。为了简化显示，图中仅显示了3个虚拟轴线b051和3个摇臂b04。在仿真运算时，会计算全部24个质心mb04的运动受力，但是不会计算24个摇臂之间的重叠碰撞，因此可以这样大密度地阵列摇臂以降低建模工作量。上述机构中，摇臂支架b05、摇臂b04、虚拟点b041和质心mb04共同构成输入端b01。输入端b01和输出端b02拥有各自独立的自由度，两者之间可以拥有任意速比，这就构成了二自由度机构。
摇臂b04的质心是mb04，其投影位置和虚拟点b041重合。后续描述中，虚拟点b041沿边缘b021运动，可以等效描述为质心mb04沿边缘b021运动。质心mb04和虚拟轴线b051的间距h04是25mm，质量是0.4千克。为了简化显示，图中仅显示了3个虚拟轴线b051和3个摇臂b04。在仿真运算时，会计算全部24个质心mb04的运动受力，但是不会计算24个摇臂之间的重叠碰撞，因此可以这样大密度地阵列摇臂以降低建模工作量。上述机构中，摇臂支架b05、摇臂b04、虚拟点b041和质心mb04共同构成输入端b01。输入端b01和输出端b02拥有各自独立的自由度，两者之间可以拥有任意速比，这就构成了二自由度机构。
[0099] 图6是图5所示机构的能量流向示图。图6中深色箭头代表能量，相对处于圆周内侧的能量由输入端b01流出，相对处于圆周外围的能量被输出端b02吸纳（输入端b01未示出）。当质心mb04沿边缘b021逆时针运动时，会经过两条边缘之间的连接点b0211。在连接点b0211处，质心mb04和输出端b02会发生刚性斜碰撞。借助这个机会，能量以脉冲形式向输出端b021传递。能量主要通过连接点b0211这一狭小区域向外进行有效传递，其他区域的有效传递量极少。
[0100] 图7是图5所示机构的单一质心经过边缘连接点时的受力示图。如图7所示，单一质心mb04移动到连接点b0211处时发生刚性斜碰撞，由此，单一质心mb04对输出端b02形成有效冲击力f03。有效冲击力f03对质心mb04形成的反作用力是冲击负荷f04。有效冲击力f03和冲击负荷f04有相同长度的力臂h05。有效冲击力f03对输出端b02形成正向加速度f031（本案中，把输入扭矩f01的旋转方向定义为正向，与之相反的为反向）。冲击负荷f04对单一质心mb04和摇臂支架b05形成反向加速度f041（输入端b01、摇臂支架b05未示出）。因为输出端b02的转动惯量被设定为大于输入端b01的转动惯量，所以正向加速度f031的绝对值小于反向加速度f041的绝对值。又因为两个加速度的绝对值是一个固定比值，所以可以通过反向加速度f041的状态来推断正向加速度f031的状态（后续描述中对反向加速度f041的描述较多，对正向加速度f031的描述较少）。质心mb04经过连接点b0211时围绕虚拟轴线b031所形成的旋转角度被定义为“脉冲时长h06”。相邻两个脉冲时长h06之间的间隔区域被定义为“非脉冲时长h07”。之所以要定义为“时长”而非“角度”，是因为即便“角度”是固定的“时长”也会随机构运转状态而发生变化，而“时长”的变化会影响机构的受力状态和运动状态，因此用“时长”来命名更为贴切，尽管它是一个固定的角度值。进一步解释：如图7所示，脉冲时长h06对应的角度范围是0度，如果输出端b02是不能旋转的，那么脉冲时长h06所对应的脉冲发生时间就是无限小，如果输出端b02是可以旋转的，那么脉冲时长h06所对应的脉冲发生时间就不是一个无限小的值，虽然这两种情况下脉冲时长h06对应的都是一个固定的角度值。脉冲时长h06所对应的脉冲发生时间视机构运行状态的不同而不同，典型的为0.01-0.001秒。脉冲时长h06所对应的具体时间和非脉冲时长h07所对应的具体时间的比值也会视机构运行状态的不同而不同，这一比值在机构静止状态下为无限小，在机构的典型运行状态下约为1/100。
[0101] 图8是图5所示机构的单一质心在运行过程中所产生的加速度的图表。图8中，正向加速度f011是输入扭矩f01驱动输入端b01而形成的加速度（输入扭矩f01、输入端b01未示出）。输入扭矩f01被设定为100牛顿米，因此正向加速度f011的绝对值呈现为一条水平直线。反向加速度f041是冲击负荷f04对单一质心mb04和摇臂支架b05所形成的加速度（冲击负荷f04、质心mb04、摇臂支架b05未示出，图中各项加速度值均显示为绝对值）。为了便于观察，脉冲时长h06是放大显示，反向加速度f041的波形在时间轴后半段用图块形式来表达。反向加速度f041的平均值是反向加速度平均值f0411，呈现为一条连续曲线。当质心mb04开始加速时，反向加速度f041的脉冲频率逐渐加大，脉冲峰值逐渐加大，反向加速度平均值f0411也在逐渐加大。按照这个趋势下去，正向加速度f011的绝对值和反向加速度平均值f0411的绝对值会产生一个交点，届时质心mb04将不再加速，机构将进入动平衡状态。
[0102] 图9是图8所示环境下相关加速度的图表。图9中，反向加速度平均值f0412是24个质心mb04所产生的24个反向加速度平均值f0411的总合（质心mb04、反向加速度平均值f0411未示出）。当反向加速度平均值f0412的绝对值和正向加速度f011的绝对值形成交点时，机构进入动平衡状态，不再加速。本案将动平衡状态下，输入端b01和输出端b02（输入端b01的转速实际测量的是摇臂支架b05的转速）之间的转速差的平均值称为平衡转速vb051（输入端b01、摇臂支架b05、平衡转速vb051未示出）。经过测量，图5所示的二自由度扭矩放大器在已经给定的尺寸和转动惯量条件下，输入扭矩f01和平衡转速vb051之间存在这样一些对应关系：10牛顿米对应123转/分钟，100牛顿米对应342转/分钟，200牛顿米对应483转/分钟，300牛顿米对应592转/分钟，1000牛顿米对应1083转/分钟。这说明图5所示机构的平衡转速很低，很容易形成动平衡，很容易形成稳定的力传递路径。此时测量图5所示的二自由度扭矩放大器得到的扭矩放大倍数的为8.5倍左右（具体的扭矩放大倍数是一个波动的值，但是其平均值趋于固定；后续描述中提到的扭矩放大倍数都特指其平均值）。
[0103] 实验发现，“扭矩放大倍数”和“输出端b02与输入端b01的转动惯量的比值”之间存在着以下对应关系：输出端b02和输入端b01的转动惯量的比值越大，机构的扭矩放大倍数越大（即输入端b01的转动惯量越小，在非脉冲时长h07范围内输入端b01获得的加速度越大，输入端b01和输出端b02之间形成转速差越大，在能量的传递量为一个固定数值的情况下，机构的扭矩放大倍数越大）；在输出端和输入端转动惯量比值不变的情况下，无论输入扭矩、平衡转速如何变化，扭矩放大倍数基本不变。
[0104] 图5所示的二自由度扭矩放大器包含以下已有技术要素：输入端和输出端之间可以拥有任意速比，机构呈现出二自由度状态；虚拟点b041所代表的滚轮通过摇臂b04和摇臂支架b05连接在一起；能量以脉冲方式传递。
[0105] 图5所示的二自由度扭矩放大器包含以下创新技术要素：在与图5所示机构近似对应的凸轮机构中（图16、图17所示机构），当相互接触的凸轮轮廓和滚轮轮廓曲率方向一致时，相关凸轮轮廓中包含曲率大于或者等于滚轮轮廓曲率的区段，这会导致滚轮和凸轮之间的发生刚性碰撞；同时可以总结为，滚轮的运动轨迹是曲率不连续的。
[0106] 通过图5所示机构的仿真实验可以为二自由度扭矩放大器的具体实施例拟出以下设计指导意见。
[0107] 二自由度扭矩放大器的一个优化方向。
[0108] 该优化方向是指：以刚性斜碰撞为能量传递方式对于二自由度扭矩放大器而言较为有利。
[0109] 二自由度机构实现扭矩放大的本质可以表达为：“输出能量和输入能量的比值”大于“输出转速和输入转速的比值”。因此二自由度机构要放大扭矩就必须遵循两个要点：第一，尽可能提高传动效率，使输出能量和输入能量的比值最大化；第二，尽可能降低输出转速，尽可能加大输入端和输出端之间的转速差，使输出转速和输入转速的比值最小化。以脉冲方式传递能量是同时兼顾这两个要点的唯一可行的方法。本优化方向就建立在这一基础之上。
[0110] 图10是图5所示仿真实验的多个数据项目的混合图表。图表中所包含的数据项目都随时间的变化而变化，因此可以将它们混合在一起显示。这些数据项目包括：输入扭矩f01、输出扭矩f02、输出转速vb02、输入转速vb05、脉冲时长h06、非脉冲时长h07、阴影s1和阴影s2。当机构形成动平衡时，输入转速vb05总体不变。在这样的情况下，阴影s1的面积大小可以近似表达输入能量的大小，阴影s2的面积大小可以近似表达输出能量的大小。为了便于显示和理解，图中各数据项目没有按照严格的测量数值和比例关系来显示，这包括：脉冲时长h06相对于非脉冲时长h07而言被放大了；输出扭矩f02的峰值相对于输入扭矩f01而言被缩小了；输入转速vb05和输出转速vb02存在细微波动，而在这里被简化表达为平顺线条（即平均值）；在这种简化表达的基础上，输出转速vb02的波形和数值比例仅仅是示意性表达，并不严格；时间轴没有显示出坐标原点，而是截取坐标原点之后的某一段显示。图10将有助于解答两个问题：第一，当能量以脉冲形式传递时，什么样的因素有利于输出能量（阴影s2）和输入能量（阴影s1）的比值最大化；第二，当输出转速vb02处于波动状态时，什么样的因素有利于降低输出转速vb02的平均值，有利于降低输出转速和输入转速之间的比值。如图10所示，在脉冲时长h06和非脉冲时长h07是一个固定比值的情况下，输出扭矩f02的峰值越高，阴影s2的面积越接近于阴影s1的面积。初步总结为：输出扭矩f02的峰值越高，越有利于让输出能量和输入能量的比值最大化。进一步总结为：力传递方式是刚性斜碰撞较为有利（原则上碰撞而不发生脱离的刚性力传递最为有利，这是后续优化方向要争取的有利因素），因为在刚性斜碰撞发生时可以获得输出扭矩f02的最高峰值。如图10所示，输出端只有在脉冲产生时才会提速，所以输出转速vb02只有在脉冲时长h06范围内才会提升。在非脉冲时长h07范围内输出转速vb02会因为克服外界阻力而下降。初步总结为：非脉冲时长h07越长，输出转速vb02的平均值越低，输出转速vb02和输入转速vb05的比值越低。进一步总结为：力传递方式是刚性斜碰撞较为有利，因为刚性碰撞形成的脉冲时长h06是最小化的，非脉冲时长h07是最大化的。综上所述，以刚性斜碰撞为能量传递方式对于二自由度扭矩放大器较为有利。
[0111] 由此可以识别三种不利于扭矩放大的二自由度扭矩传输设备的案例。一种是摩擦传动装置，一种是电动机，一种是专利申请号为2015104219328的背景技术案例。
[0112] 摩擦传动装置因主动端和从动端而成为二自由度机构。摩擦传动装置采用非脉冲方式进行力传递，而且会消耗大量的能量，因此无法做到“输出能量和输入能量之间的比值”大于“输出转速和输入转速之间的比值”，无法放大扭矩。
[0113] 电动机因定子和转子而成为二自由度机构（此时定子也构成旋转部件）。电动机虽然可以做到脉冲力传递，但是相对于刚性斜碰撞而言，电磁力传递方式很难做到在尽可能短的脉冲时长h06内传递尽可能多的能量，也很难把非脉冲时长h07最大化，因此很难做到“输出能量和输入能量之间的比值”大于“输出转速和输入转速之间的比值”，所以电动机几乎无法放大扭矩。
[0114] 图11是中国专利申请号为2015104219328的背景技术案例中齿轮效应作用时机的示图。图11中，不容易接触工作面弧度h061和本案中的脉冲时长h06性质类似，容易接触工作面弧度h071和本案中的非脉冲时长h07性质类似。如图所示，不容易接触工作面弧度h061和容易接触工作面弧度h071的比值约为1/8。这个设计不合理，比值过大，不利于放大扭矩。虽然理论上可以把这一比值降下来，但是无法降到类似于本案的1/100或者更低的程度。如果一定要把这一比值降到和本案类似的程度，那么背景技术案例中相关的内凸轮圈将会变为滚轮圈，由内凸轮圈引发的脉冲将会消失。因此该背景技术案例在这一问题上没有更多的改造提升的潜力，这导致了它的扭矩放大特性不显著。
[0115] 图12是对图6所示零件进行局部修改的示图。图12所示内容将用于反向证明本优化方向的重要性。图12修改的内容是将图6所示的边缘b021上的连接点b0211替换为边缘b023，形成新的整体边缘。在这样的修改下，图5所示机构随之发生局部改变。边缘b023和相邻的直线边缘b022的连续性是g2连续。g2连续的含义是边缘b023和边缘b022之间保持相切关系，并且两曲线在连接点处的曲率保持一致（曲率一致为0）。边缘b023的曲率标注为曲率b0231。g2连续对于机构受力的影响在于，质心mb04在这样的轨迹上运行，将不会和输出端b02发生刚性斜碰撞，各项有价值的作用力和加速度都将会大幅度下降。修改后的另外一个显著变化是脉冲时长h06加大了。做出以上修改之前，脉冲时长h06和非脉冲时长h07所对应的时间的比值在典型工作状态下约为1/100或者更低，修改之后这一比值约为1/10。这一比值的变化将直接影响机构的受力关系，影响输出结果。这里需要注意的是，边缘b023和边缘b022的连续性必须是g2连续，而不能是g1连续（g1连续指两曲线相切但是曲率不连续），否则仿真实验的结果依然会接近于连接点b0211未被修改的结果。这是因为虽然g1连续和g2连续在视觉效果上很像，但是数学意义不相同。在仿真软件看来， g1连续这种曲率不连续的状况意味着质心在运行过程中一定遭遇到了某种剧烈的碰撞，导致质心的某一方向上的加速度突变，于是物体运动轨迹的曲率突变、曲率不连续，即便轨迹改变方向的夹角为0度。要对比了解g1连续可以参看图2所示的边缘a24和边缘a25，这二者的连续性就是g1连续。可以看到边缘a25是直线曲率为0，而边缘a24的曲率a241在边缘连接点处并未降低为0，即曲率不连续。而图12中曲率b0231在边缘b023的两端降低为0，在曲率数值上和相邻的直线的曲率保持一致，即曲率连续。
[0116] 图13是图12所示环境下的单一质心在运行过程中所产生的加速度的图表。图13主要用于和图8对比。如图13所示，图12所示的修改导致了质心mb04和输出端b02之间的刚性斜碰撞消失，有效作用力大幅度下降，相应的反向加速度f041峰值大幅下降，反向加速度平均值f0411大幅下降（质心mb04、输出端b02未示出）。
[0117] 图14是图12所示环境下相关加速度的图表。图14主要用于和图9对比。如图14所示，图12所示的修改导致了反向加速度平均值f0412的绝对值和正向加速度f011的绝对值几乎无法形成交点。这意味着机构很难实现动平衡，很难形成稳定的力传递路径，很难放大扭矩。仿真实验在运行了80个小时之后，终止在时间轴约0.5秒处。此时输入端和输出端之间的转速差已经接近10万转/分钟，运算中产生的累积误差导致仿真实验终止。按照反向加速度平均值f0412的变化趋势来判断（虚线为变化趋势），机构的平衡转速约为200万转/分钟，完全没有应用价值。
[0118] 图12、图13、图14所示的仿真实验反方向证明了以刚性斜碰撞为能量传递方式对于二自由度扭矩放大器而言非常重要，应当尽可能缩短脉冲时长h06。
[0119] 二自由度扭矩放大器的一个优化方向。
[0120] 该优化方向是指：在刚性碰撞或者斜碰撞发生后，施力部件和受力部件依然保持接触，保持同步运动，这对于提高能量传输效率而言最为有利。
[0121] 依据动量守恒定律和能量守恒定律很容易理解该优化方向的必要性。如果刚体在相互碰撞之后不发生脱离，碰撞双方保持同步运动，那么动量和动能将得到更充分的传递，这将会提高能量传输效率。图15所示内容则从另外一个角度解释了该优化方向的本质原理。
[0122] 图15是脉冲时长的放大示意图。如图所示，在360度范围内仅显示了一个脉冲时长h06和一个非脉冲时长h07，以此来抽象表达在360度范围内多个脉冲时长h06和多个非脉冲时长h07的累积作用效果。为了便于观察，脉冲时长h06的角度范围明显放大了（放大效果已经远远超出了多个连接点b0211的累积角度范围），输入端b01的旋转角度h09和输出端b02的旋转角度h08用深色扇形表示（输入端b01、输出端b02未示出）。旋转角度h09一定程度上代表着能量的输入量。旋转角度h08一定程度上代表着能量的输出量。由于输入端和输出端之间存在转速差，所以无论脉冲时长h06如何压缩，旋转角度h09和旋转角度h08之间都会存在角度差h10。脉冲发生时，作用在输入端上的作用力矩与作用在输出端上的反作用力矩是相等的，而作用力矩和旋转角度的乘积就是功，所以角度差h10的存在就意味着输出能量不可能等于输入能量。显然，如果能够消除角度差h10将有助于提高能量传输效率。也就是说，如果质心mb04在经过连接点b0211时，两者之间能够保持同步运动，那么将非常有利于提高能量传递效率。
[0123] 二自由度扭矩放大器的一个优化方向。
[0124] 该优化方向是指：必须保证滚轮和凸轮不发生脱离，保证滚轮和凸轮之间的力传递关系稳定有效。
[0125] 仿真实验中，虚拟点b041和质心mb04可以严格按照边缘b021所形成的轨迹运行，不发生脱离，凸轮运动副始终保持良好的力传递关系。真实的凸轮机构也应该尽可能做到这一点。
[0126] 图16是与图5所示机构近似对应的凸轮槽机构和内凸轮机构的混合机构简图。与图5所示机构严格对应的凸轮机构是不存在的，仅存在近似对应的凸轮机构。图16中的边缘b121和图5中的边缘b021相同。图16中的连接点b1211和图5中的连接点b0211相同。图16中摇臂支架b131和图5中摇臂支架b05的功能和力臂尺寸相同。图16中摇臂b132和图5中摇臂b04的功能和力臂尺寸相同。图16中的滚轮b134近似于图5中的虚拟点b041。图16混合显示了凸轮槽机构和内凸轮机构，这两者的主要区别在于：凸轮槽机构由内凸轮圈b124和外凸轮圈b125构成凸轮槽，而内凸轮机构不包含外凸轮圈b125。这两种机构的其余组成部分相似，特指：两种机构都可以使用相似的滚轮和滚轮驱动机构，都可以使用相似的摇臂支架b131、摇臂b132、压紧弹簧b133和滚轮b134。内凸轮圈b124和外凸轮圈b125的工作轮廓都由边缘b121等距偏移而来。无论是凸轮槽机构还是内凸轮机构，都无法保证滚轮和凸轮不发生脱离。图中黑色大箭头粗略指示了滚轮b134脱离后会与内凸轮圈b124和外凸轮圈b125发生撞击的区域。就内凸轮机构而言，滚轮b134的脱离原因是显而易见的，只要滚轮b134和内凸轮圈b124之间的相对运动速度达到一定程度，反弹脱离就是必然的。就凸轮槽机构而言，滚轮b134的脱离原因则要隐蔽一些，主要是因为外凸轮圈b125不可能全程顶托住滚轮b134。外凸轮圈b125的凸轮轮廓会在与连接点b1211对应的偏移区域和滚轮b134发生脱离。这个矛盾是由几何造型决定的，无法调和。相似的情况可以参看图2所示内容，滚轮a62在经过边缘a25和边缘a26时必然发生脱离。这种脱离会引发大量刚性碰撞。而这些刚性碰撞和在极小的脉冲时长h06范围内形成的刚性斜碰撞有所不同，这些刚性碰撞会形成正向力矩也会形成反向力矩，正反两向力矩总体上相互抵消，因此有效输出很少。相对而言，在极小的脉冲时长h06范围内形成的刚性斜碰撞，只形成正向力矩，不形成反向力矩，因此有效输出要大很多。综上所述，图16所示的两种机构都无法保证滚轮和凸轮不发生脱离，都不是最佳选择。
[0127] 图17是与图5所示机构近似对应的一种轨道式凸轮机构的机构简图。这种轨道式凸轮机构提供了滚轮和凸轮不发生脱离的解决方案。如图17所示，轨道式凸轮机构中的凸轮是轨道100。轨道100包含内凸轮轮廓110和外凸轮轮廓120。内凸轮轮廓110和外凸轮轮廓120都是由内侧轨迹130偏移而来。内侧轨迹130和图5、图6所示边缘b021完全相同。轨道100的法向厚度h11等于滚轮240和滚轮250之间的最小间距。滚轮240、滚轮250和轨道摆锤230这三者连接在一起，形成一个可以沿轨道100滑行的组合体。理论上组合体在滑行过程中不会出现滚轮和轨道脱离的情况。轨道摆锤230通过摇臂220和摇臂支架210连接在一起，接受摇臂支架210的驱动。滚轮（240、250）和轨道摆锤230的质心可以近似表达为质心241和质心
251。质心（241、251）运动的内侧轨迹130和外侧轨迹140都是曲率不连续的轨迹（内侧轨迹
130的连续性为g0连续，由它向外等距偏移的所有封闭曲线连续性都是g1连续，而非g2连续；g1连续是曲率不连续的），因此图17所示机构的力学特性与图5所示机构的力学特性相似。
251。质心（241、251）运动的内侧轨迹130和外侧轨迹140都是曲率不连续的轨迹（内侧轨迹
130的连续性为g0连续，由它向外等距偏移的所有封闭曲线连续性都是g1连续，而非g2连续；g1连续是曲率不连续的），因此图17所示机构的力学特性与图5所示机构的力学特性相似。
[0128] 图17所示的轨道式凸轮机构除了具备滚轮与凸轮不发生脱离这一优点以外，还具备另外一个极为重要的优点：轨道摆锤230、滚轮（240、250）运行至内侧轨迹130的连接点131处时，首先呈现为姿态310，然后呈现为姿态320，在这一过程中，滚轮250或者质心251在连接点131处会停顿片刻，这相当于滚轮250或者质心251在和轨道100发生刚性斜碰撞之后还可以与轨道100保持一定时间的同步运动，或者相当于滚轮250或者质心251和轨道100保持一定的锁止状态；此时刚性斜碰撞产生的反弹力的作用方向和滚轮（240、250）的运动轨迹（外侧轨迹140、内侧轨迹130）不重合；因为滚轮（240、250）之间的间距是固定的并且紧密连接在轨道100上的，因此无法为这种不重合提供空间余量，因此反弹力无法解除这种锁止状态；这意味着滚轮250和轨道100发生刚性碰撞之后不会立刻脱离碰撞位置，只有等待来自摇臂支架210的驱动力来解除这种锁止状态；这意味着轨道式凸轮机构能够完全消除图
15所示的角度差h10；这意味着刚性斜碰撞发生之后部件之间仍然有充足的时间进行能量交换，能量传递效率提高了。
15所示的角度差h10；这意味着刚性斜碰撞发生之后部件之间仍然有充足的时间进行能量交换，能量传递效率提高了。
[0129] 图17所示的轨道式凸轮机构存在一个严重问题：滚轮240或者质心241从姿态310运行到姿态320的过程中，滚轮240或者质心241的运动方向和接下来的外侧轨迹140（外凸轮轮廓120）的夹角h12为0度，这会在两个滚轮之间形成巨大的有害受力f10，会迅速破坏轨道摆锤230。相对而言滚轮250或者质心251在类似运动状况下所形成的夹角h13要远大于0度，因此所形成的有害受力f10要小得多。由于存在这个严重的问题，图17所示机构并不是最佳选择。
[0130] 图18是在图17所示机构基础上改进而来的轨道式凸轮机构的机构简图。图18所示机构的轨道400相对图17所示机构的轨道100发生了改变。改变之处在于：图18中轨道400的造型决定了两个外侧分段轨迹440之间的夹角h14远远大于图17中的夹角h12的0度，于是可以大大降低对两个滚轮形成的有害受力。图18所示机构和图17所示机构的共同点在于：图18中的两个内侧分段轨迹450之间的夹角h15和图17中的夹角h13类似，都远远大于0度。
[0131] 如图18所示，轨道400包含外凸轮轮廓410和内凸轮轮廓420。外凸轮轮廓410和内凸轮轮廓420由中心线430等距偏移8mm而来，相应的轨道400的法向厚度h16为16mm。法向厚度h16和滚轮（540、550）之间的最小间距相等，因此滚轮（540、550）和轨道摆锤530形成的组合体可以沿轨道400运行，并且不会发生脱离。轨道摆锤530通过摇臂520和摇臂支架510连接在一起，接受摇臂支架510的驱动。滚轮（540、550）和轨道摆锤530的质心可以近似表达为质心541和质心551。机构运行时，内侧的滚轮550（或者质心551）和外侧的滚轮540（或者质心541）相互交替前行。图中用带有箭头的扇形区域610表示内侧滚轮550的运行姿态，用带有箭头的扇形区域620表示外侧滚轮540的运行姿态。扇形区域610和扇形区域620交替排列遍布整个圆周范围（图中仅显示了约90度的范围），以此来表示内外侧滚轮相互交替前行的状态。这种内外侧滚轮相互交替前行的运行状态所形成的质心轨迹是：外侧分段轨迹440和内侧分段轨迹450。
[0132] 这种内外侧滚轮相互交替前行的运行状态继承了图17所示机构的以下优点：滚轮（540、550）或者质心（541、551）在经过连接点（441、451）的时候会和轨道400发生刚性斜碰撞，所形成的反弹力作用方向和滚轮（540、550）的运动轨迹（外侧分段轨迹440和内侧分段轨迹450）不重合；滚轮（540、550）和轨道400无法为这种不重合的反弹力提供移动的空间余量，于是反弹力无法驱动滚轮（540、550）或者质心（541、551）沿轨道400位移，此时滚轮（540、550）或者质心（541、551）处于暂时的锁止状态；只有来自摇臂支架510的驱动力才能够解除这种锁止状态；这意味着滚轮（540、550）或者质心（541、551）在连接点（441、451）处发生完刚性碰撞之后还会和连接点（441、451）保持同步运行不脱离，这意味着轨道式凸轮机构能够完全消除图15所示的角度差h10，意味着部件之间有充足的时间进行能量交换，意味着能量传递效率提高了。
[0133] 为了确保这种内外侧滚轮相互交替前行的运行状态稳定有效，外侧分段轨迹440和内侧分段轨迹450必须拥有以下特征：外侧分段轨迹440和内侧分段轨迹450都是圆弧；外侧分段轨迹440的圆心是邻近的一个连接点451，连接点451是两个内侧分段轨迹450之间的连接点；内侧分段轨迹450的圆心是邻近的一个连接点441，连接点441是两个外侧分段轨迹440之间的连接点；相邻两个外侧分段轨迹440之间为g0连续，即曲率不连续；相邻两个内侧分段轨迹450之间为g0连续，即曲率不连续。
[0134] 外侧分段轨迹440和内侧分段轨迹450以上特征是由这样的设计规则形成的：外侧分段轨迹440和内侧分段轨迹450由中心线430等距偏移而来；中心线430由曲率方向朝向圆周内侧的内凹圆弧432和曲率方向朝向圆周外侧的外凸圆弧431构成；内凹圆弧432和外凸圆弧431相互之间以相切方式连接；内凹圆弧432和外凸圆弧431的半径相同。
[0135] 设计上，最先确定轨道400的中心线430对于确定机构的整体尺寸最为便利，由中心线430的尺寸来推导其他部件的尺寸不容易出问题，因此围绕中心线430会形成的更多的设计规则。总结如下。
[0136] 中心线430基本的设计规则是：组成中心线430的外凸圆弧431和内凹圆弧432的半径（h17、h18）必须相同；外凸圆弧431和内凹圆弧432之间必须是g1连续，即相切连续，且曲率不连续。依据这一基本设计规则形成的具体数据是：半径（h17、h18）为26mm。
[0137] 基于中心线430基本的设计规则，进一步的设计规则是：外凸圆弧431和内凹圆弧432的周向阵列数可以在确保几何构形成立的情况下自由选择。依据这一基本设计规则形成的具体数据是：外凸圆弧431和内凹圆弧432的周向阵列数具体为30，也就是中心线430包含30个外凸圆弧431和30个内凹圆弧432，这是一个较优的值
基于中心线430基本的设计规则，进一步的设计规则是：由中心线430来决定轨道400的法向厚度h16和滚轮（540、550）的半径h19。依据这一设计规则形成的具体数据是：中心线
430的外凸圆弧431和内凹圆弧432的半径（h17、h18）减去轨道400的法向厚度h16的1/2就等于滚轮（540、550）的半径h19；半径（h17、h18）为26mm，法向厚度h16为16mm，所以滚轮（540、
550）的半径h19为18mm。
基于中心线430基本的设计规则，进一步的设计规则是：由中心线430来决定轨道400的法向厚度h16和滚轮（540、550）的半径h19。依据这一设计规则形成的具体数据是：中心线
430的外凸圆弧431和内凹圆弧432的半径（h17、h18）减去轨道400的法向厚度h16的1/2就等于滚轮（540、550）的半径h19；半径（h17、h18）为26mm，法向厚度h16为16mm，所以滚轮（540、
550）的半径h19为18mm。
[0138] 基于中心线430基本的设计规则，进一步的设计规则是：由中心线430来决定滚轮540和滚轮550之间的间距h20。依据这一设计规则形成的具体数据是：中心线430的外凸圆弧431和内凹圆弧432的半径（h17、h18）等于滚轮540和滚轮550的间距h20的1/2。半径（h17、h18）为26mm，所以间距h20为52mm。
[0139] 基于中心线430基本的设计规则，进一步的设计规则是：由中心线430向法向两侧等距偏移一个固定值来分别形成外侧分段轨迹440和内侧分段轨迹450。依据这一设计规则形成的具体数据是：中心线430向法向两侧等距偏移8mm形成外侧分段轨迹440和内侧分段轨迹450；中心线430的外凸圆弧431和内凹圆弧432的半径（h17、h18）等于外侧分段轨迹440和内侧分段轨迹450的半径（h21、h22）的1/2，半径（h17、h18）为26mm，半径（h21、h22）为52mm。
[0140] 图18所示机构拥有和图5所示机构相似的力传递方式，同时还能兼顾以上几个优化方向，因此具备了较好的应用潜质。但是要让图18所示机构成为二自由度扭矩放大器的最终凸轮方案，还面临一个问题，那就是图18所示机构是否也能获得如图5所示机构那样的约8.5倍的扭矩放大倍数。通过图5所示机构的仿真实验发现：输出端和输入端的转动惯量的比值很大程度上决定了扭矩放大的比值，即输出端的转动惯量越大或者输入端的转动惯量越小扭矩放大倍数越大。因此在力传递形式没有本质变化的前提下可以判断，只要图18所示机构的输出端和输入端的转动惯量的比值足够大，就可以获得8.5倍以上的扭矩放大倍数。在具体实施例中，可以为输出端预留足够的尺寸，以获得足够大的转动惯量。所以图18所示机构可以确保8.5倍以上的扭矩放大倍数。综上所述，图18所示机构就是本发明的二自由度扭矩放大器的最终凸轮方案。
[0141] 由于仿真软件的功能所限和计算机硬件的条件所限，很难直接对图18所示机构进行仿真实验来获取扭矩放大倍数，只能用图5所示机构来推测图18所示机构的性能。这主要是因为：图18所示机构的运动部件在刚性斜碰撞之后的锁止状态中会形成大量的力反弹（类似于图4所示状况），这会导致计算量成指数级上升，而图5所示机构要相对简单很多，其滚轮旋转一周仅发生16次斜碰撞，并且不存在运动部件之间的锁止状态，无需计算大量的力反弹，因此计算量较小。图18所示机构的仿真实验计算量大约是图5所示机构的1000倍。因此用图5所示机构来进行仿真实验是有现实意义的，有利于认识和总结规律。不过图18所示机构还是可以执行一些简化的仿真实验的。这些简化的仿真实验特指不计算物体质量、惯性力矩、碰撞受力等，仅计算机构运动姿态的仿真实验。简化的仿真实验所得到的运动姿态结果符合内外侧滚轮相互交替前行的姿态预期。
[0142] 二自由度扭矩放大器的具体实施例。
[0143] 图19是图18所示轨道式凸轮机构的具体实施例的正视图。如图19所示，摇臂支架1102通过轴1109和摇臂1103连接，摇臂1103通过轴1110和轨道摆锤1104连接，轨道摆锤
1104上安装有滚轮（1105、1106），滚轮（1105、1106）和轨道摆锤1104形成的组合体可以沿轨道1213运行（轨道1213的凸轮轮廓参数和图18中的轨道400的凸轮轮廓参数完全相同）。摇臂支架1102包含轴套结构1112、支架结构1113、和外圈结构1114。支架结构1113连接在轴套结构1112和外圈结构1114之间，使得摇臂支架1102具有较好的结构完整性。支架结构1113上有孔1117。摇臂支架1102的各结构之间形成了多个空腔1115，可以容纳轨道摆锤1104在其中摆动。轴套结构1112内有槽1116可以配合键来传动。
1104上安装有滚轮（1105、1106），滚轮（1105、1106）和轨道摆锤1104形成的组合体可以沿轨道1213运行（轨道1213的凸轮轮廓参数和图18中的轨道400的凸轮轮廓参数完全相同）。摇臂支架1102包含轴套结构1112、支架结构1113、和外圈结构1114。支架结构1113连接在轴套结构1112和外圈结构1114之间，使得摇臂支架1102具有较好的结构完整性。支架结构1113上有孔1117。摇臂支架1102的各结构之间形成了多个空腔1115，可以容纳轨道摆锤1104在其中摆动。轴套结构1112内有槽1116可以配合键来传动。
[0144] 图20是滚轮组件的立体示图。图20所示的滚轮组件1101是图19所示内容的立体状态，但是不包含图19中的轨道1213。装配状态下，滚轮组件1101将配合两个轨道工作，这是均衡受力的需要。滚轮组件1101由摇臂支架1102、摇臂1103、轨道摆锤1104、滚轮（1105、1106、1107、1108）、轴（1109、1110）组成（滚轮1108被遮挡未示出）。
[0145] 图21是滚轮组件的分解示图。如图所示，摇臂支架1102由两个盘状结构1111和一个轴套结构1112组成，是一个零件。盘状结构1111位于轴套结构1112轴向两端。盘状结构1111中又包含支架结构1113、外圈结构1114、空腔1115和孔1117。摇臂1103的两端各有两个孔1139（摇臂1103是完全对称的），能够容纳轴（1109、1110）穿越其中。装配状态下轴1109安装在摇臂1103的孔1139和摇臂支架1102的孔1117内，连接着摇臂1103和摇臂支架1102。摇臂1103因此与摇臂支架1102形成可活动的轴连接关系。轨道摆锤1104上有孔1118和方孔
1119。装配状态下轴1110安装在摇臂1103的孔1139（被遮挡住的摇臂1103的另外一个孔
1139，摇臂1103是完全对称的）和轨道摆锤1104的孔1118内，连接着摇臂1103和轨道摆锤
1104。摇臂1103因此与轨道摆锤1104形成可活动的轴连接关系。轨道摆锤1104的四个端角处有四个轴1120，滚轮（1105、1106、1107、1108）通过滚针轴承1121连接在四个轴1120上。
1119。装配状态下轴1110安装在摇臂1103的孔1139（被遮挡住的摇臂1103的另外一个孔
1139，摇臂1103是完全对称的）和轨道摆锤1104的孔1118内，连接着摇臂1103和轨道摆锤
1104。摇臂1103因此与轨道摆锤1104形成可活动的轴连接关系。轨道摆锤1104的四个端角处有四个轴1120，滚轮（1105、1106、1107、1108）通过滚针轴承1121连接在四个轴1120上。
[0146] 图22是图38视角和剖视状态下的二自由度扭矩放大器的具体实施例的输入端的立体剖视图。如图22所示，输入端1100包含主轴1122、传动轴1123、扭转减振器1124、滚轮组件（1101、1125）等。其中滚轮组件1101和滚轮组件1125结构上完全相同。主轴1122上有孔1126，传动轴1123安装在孔1126内，传动轴1123相对于主轴1122可以自由旋转。传动轴1123的前端有花键1127用以接纳输入扭矩f01，末端有花键1128用以连接扭转减振器1124。扭转减振器1124的输入端1129上有花键1130，可以和传动轴1123连接。扭转减振器1124的输出端1131上有花键1132，可以和主轴1122连接。相应的主轴1122上有花键1133，可以和扭转减振器1124的输出端1131连接。图中深色大箭头显示了输入扭矩f01的传递路径。主轴1122包含的台阶结构可以安置两个滚轮组件（1101、1125）。两个滚轮组件（1101、1125）之间存在一定的周向安装角度差。主轴1122还包含的槽1134。槽1134配合键1135可以在周向上固定滚轮组件1101。滚轮组件1125在周向上的固定方法也类似于此。挡圈1136、套筒1137、弹性挡圈1138在装配状态下可以配合轴承（轴承未示出）为滚轮组件（1101、1125）、扭转减振器
1124提供轴向定位功能。
1124提供轴向定位功能。
[0147] 图23是图38视角和剖视状态下的二自由度扭矩放大器的具体实施例的输出端的立体剖视图。如图23所示，输出端1200包含支撑盘（1201、1202）、轨道盘（1203、1204、1205、1206）、飞轮（1207、1208）和连接盘1209等。螺栓（1210、1211、1212）将它们连接为一个整体构件。图23所示输出端1200和图22所示输入端1100的转动惯量的比值要远远高于图5所示的输出端b02和输入端b01的转动惯量的比值，因此可以形成大于8.5倍的扭矩放大倍数。轨道盘（1203、1204、1205、1206）上分别包含有轨道（1213、1214、1215、1216）。轨道上设计有润滑油孔。装配状态下轨道（1213、1214、1215、1216）的工作轮廓的正面投影完全相同。轨道盘（1204、1205、1206）是完全相同的零件，可以互换。轨道（1213、1214）面向于滚轮组件1101，其中轨道1213和滚轮（1105、1106）连接，轨道1214和滚轮（1107、1108）连接（滚轮组件1101、滚轮1105、1106、1107、1108未示出）。轨道（1215、1216）面向于滚轮组件1125，并且和相应的滚轮连接（滚轮组件1125、相应的滚轮未示出）。飞轮1207上包含台阶结构（1217、1218），可以容纳并且定位支撑盘1201、轨道盘（1203、1204、1205、）和飞轮1208。飞轮1208上包含台阶结构（1219、1220），可以容纳并且定位支撑盘1202、轨道盘（1205、1206）和飞轮1207。支撑盘
1201上有螺纹孔1221，可以承担扭矩输出任务。连接盘1209上有螺纹孔1222，可以承担扭矩输出任务。
1201上有螺纹孔1221，可以承担扭矩输出任务。连接盘1209上有螺纹孔1222，可以承担扭矩输出任务。
[0148] 图24是图38视角和剖视状态下的二自由度扭矩放大器的具体实施例立体剖视图。如图24所示，二自由度扭矩放大器1000包含输入端1100和输出端1200（图中，二自由度扭矩放大器1000未完整示出，还缺少外壳1401、1402等；就机构功能而言，不需要外壳1401、1402的参与，输入端1100和输出端1200已经能够实现扭矩放大功能）。输入端1100和输出端1200之间的连接方法是：主轴1122通过轴承1301和支撑盘1201连接，主轴1122通过轴承1302和支撑盘1202连接。输出端1200和外壳之间的连接方法是：支撑盘1201通过轴承1303和外壳
1401连接，支撑盘1202通过通过轴承1304和外壳1402连接（外壳1401、1402未示出）。二自由度扭矩放大器1000之所以被称为二自由度机构，是因为：输入端1100和输出端1200拥有各自独立的自由度，相互之间可以形成任意速比。图中深色大箭头显示了输入扭矩f01和输出扭矩f02的传递路径。
1401连接，支撑盘1202通过通过轴承1304和外壳1402连接（外壳1401、1402未示出）。二自由度扭矩放大器1000之所以被称为二自由度机构，是因为：输入端1100和输出端1200拥有各自独立的自由度，相互之间可以形成任意速比。图中深色大箭头显示了输入扭矩f01和输出扭矩f02的传递路径。
[0149] 图25是二自由度扭矩放大器和电动机转子的连接示图。图25在图24基础上，增加了二自由度扭矩放大器1000的外壳（1401、1402）、电动机转子3100和密封组件1403。其中电动机转子3100不属于二自由度扭矩放大器1000，而是属于电动机3000（电动机3000未完整示出）。如图25所示，支撑盘1201通过轴承1303和外壳1401连接，支撑盘1202通过通过轴承1304和外壳1402连接，电动机转子3100通过轴承（1305、1306）和支撑盘1210连接，电动机转子3100通过花键3101和传动轴1123的花键1127连接。电动机转子3100的这种连接方法是直线型自加速方案的连接方法，此时电动机转子3100是动力入口。电动机转子3100也可以变为动力出口，用于发电。那样的连接方法应用于圆周型自加速方案中，具体是：传动轴1123将被取消，轴承1305将被垫片取代，轴承1306将被轴套取代；电动机转子3100通过螺栓、孔
3102、螺纹孔1221和支撑盘1201连接在一起；此时电动机转子3100和二自由度扭矩放大器
1000的输出端1200连接，用于发电，是动力出口（圆周型自加速方案的连接方法未示出；相关的垫片、轴套和螺栓未示出）。
3102、螺纹孔1221和支撑盘1201连接在一起；此时电动机转子3100和二自由度扭矩放大器
1000的输出端1200连接，用于发电，是动力出口（圆周型自加速方案的连接方法未示出；相关的垫片、轴套和螺栓未示出）。
[0150] 二自由度扭矩放大器的应用价值。
[0151] 二自由度扭矩放大器可以用于构成车辆变速器，也可以用于构成自加速设备。后一用途是二自由度扭矩放大器的最重要的应用价值所在。
[0152] 就构成自加速设备而言，二自由度扭矩放大器的应用价值在于：二自由度扭矩放大器在不依赖中间端的情况下，可以在输入端和输出端之间形成作用扭矩和反作用扭矩的不均衡分布，即输出扭矩大于输入扭矩；这种作用扭矩和反作用扭矩的不均衡分布可以通过必要的技术措施转变为作用力与反作用力的不均衡分布，这为构成自加速设备创造了条件。
[0153] 进一步解释。传统的扭矩放大设备通常为一自由度机构。一自由度机构主要依靠杠杆关系来建立力传递路径，因此机构中必须存在输入端、中间端、输出端这三个端口，以形成杠杆关系。一自由度机构一旦丧失杠杆支点、丧失中间端，将会导致力传递路径失效。与一自由度机构不同的是，本发明的二自由度扭矩放大器的力传递方式是刚性碰撞而不是杠杆关系，因此机构中即便没有杠杆支点、没有中间端，机构的力传递路径也是有效的（仅就扭矩传输而言）。没有了中间端的约束，二自由度扭矩放大器就可以任意选择输出目的地。其输出目的地可以是二自由度扭矩放大器以外的区域，也可以是二自由度扭矩放大器自身。输出目的地是二自由度扭矩放大器以外的区域时，二自由度扭矩放大器可以用作车辆变速器。输出目的地是二自由度扭矩放大器自身时，二自由度扭矩放大器将构成自加速设备。在自加速设备中，动力源和二自由度扭矩放大器安装在一起形成一个整体，此时动力源驱动二自由度扭矩放大器的输入端1100所产生的负荷扭矩和输出端1200输出的放大扭矩会形成扭矩的不平衡状态。扭矩的不平衡最终可以转化为设备内部受力的不平衡，于是设备可以在合外力为零的情况下自主产生加速度。相应的设备可以在能量消耗不变的情况下，拥有特定方向上的持续加速能力。特定方向是指，直线方向和圆周方向。
[0154] 自加速设备的两种形式。
[0155] 本发明的自加速设备有两种形式，分别是：直线型自加速设备，圆周型自加速设备。
[0156] 二自由度扭矩放大器输出放大的扭矩。当输出目的地是二自由度扭矩放大器的外壳时，被加速的是整个二自由度扭矩放大器，形成的加速度方向是直线方向，构成直线型自加速设备。当输出目的地是二自由度扭矩放大器的动力源时（例如，当输出目的地是作为动力源的电机的定子时），被加速的是二自由度扭矩放大器的输入端和输出端，形成的加速度方向是圆周方向，构成圆周型自加速设备。直线型自加速设备可以用于持续产生推力，圆周型自加速设备可以用于持续产生能量。
[0157] 直线型自加速设备的仿真实验。
[0158] 图26是由图5所示机构发展而来的直线型自加速方案和该方案推力输出投影图的混合示图。如图26所示，机构的输出端b02的输出目的地是机构自身的外壳（即基座b03），由此形成直线型自加速设备。图26所示机构在图5所示机构的基础上做出了以下修改：取消了输出端b02和基座b03之间加载的阻尼；增加了一条固定于三维空间中的虚拟轴线b06；基座b03不再固定于三维空间中，而是可以沿虚拟轴线b06移动，其余方向上无法移动，以此检验在输入扭矩f01不变的情况下，基座b03沿虚拟轴线b06方向上是否可以移动，是否存在推力；基座b03上增加了虚拟轴线b032；输出端b02上增加了虚拟轴线b024；增加了弹簧b07；弹簧b07的两端分别和虚拟轴线b032和虚拟轴线b024连接，所形成的弹性连接关系可以使输出端b02和基座b03之间无阻尼、无理论损耗地传递动力；增加了弹簧b08；弹簧b08的一端固定于三维空间内无法移动，另外一端和基座b03连接；通过读取弹簧b08的信息可以得知基座b03在虚拟轴线b06上的受力情况；上述两个弹簧被设定为所有实验环境下弹簧长度不明显改变，机构的连接形态不明显改变。
[0159] 牛顿第一定律认为：如果物体所受合外力为零，那么物体将保持静止或者匀速运动。依据牛顿第一定律对图26所示机构进行评估：输入扭矩f01是系统中唯一的动力来源；输入扭矩f01作用在基座b03和输入端b01之间，对输入端b01形成输入扭矩f01，对基座b03形成反作用扭矩f05；输入扭矩f01和反作用扭矩f05大小相等，方向相反，因此可以认为系统所受合外力为零；就此判断，无论输入扭矩f01的数值如何变化都无法让基座b03在虚拟轴线b06上移动，无法形成推力，该设备不具有自加速特性。
[0160] 依据能量守恒定律对图26所示机构进行评估：在输入扭矩f01的驱动下，输入端b01和输出端b02之间会形成动平衡，一旦形成动平衡就意味着输入的能量不再增加了，输入能量被限定在一定范围内，不会形成某种无限大的输出结果；无论是理想状态下还是非理想状态下，输入端b01都可以传递一部分能量至输出端b02，所形成的“输出能量和输入能量的比值”一般在0.5-1之间（能量以刚性碰撞方式传递，刚性碰撞的能量传输效率为50%-100%）；输入端b01和输出端b02拥有各自独立的自由度，可以形成任意速比，所形成的“输出转速和输入转速的比值”一定包含远远低于0.5的值；于是机构一定会出现“输出能量和输入能量的比值”大于“输出转速和输入转速的比值”的情况，机构的输出扭矩f02一定会被放大；在已有仿真实验中，机构的扭矩放大倍数约8.5倍；输出扭矩f02作用在输出端b02的虚拟轴线b024上的力一定会大于反作用力矩f05在相同位置上的作用力（反作用扭矩f05是输入扭矩f01的反作用力矩）；因此，输出扭矩f02和反作用力矩f05之间会形成一个差值，即推力f06，该设备具有直线型自加速特性。和推力f06有关的更多信息是：虚拟轴线b024和虚拟轴线b031的间距h02为100mm；如果输入扭矩f01为100牛顿米，那么反作用扭矩f05在虚拟轴线b024上的切向力为1000牛顿；如果扭矩放大倍数为8.5倍，那么输出扭矩f02在虚拟轴线b024上的切向力为8500牛顿；此时推力f06最大应该为7500牛顿左右。
[0161] 很显然，牛顿第一定律和能量守恒定律在这里发生了冲突。在此，应当采纳基于能量守恒定律的评估结果。本案认为：牛顿第一定律和能量守恒定律都是有局限性的，这种有局限性会导致我们无法很好地解释宇宙中的暗能量和暗物质现象，而自加速现象和暗能量、暗物质现象有着共同的本质，那就是由时间的微观流动特性和宏观流动特性共同作用形成的一种宏观现象。本案无法就这一复杂问题展开说明，仅指出：暗物质、暗能量现象是巨大空间尺度下才能观测到的时间的流动特性，由此可以明显感知到牛顿第一定律和能量守恒定律的局限性；自加速现象是微小空间尺度下就能观测到的时间的流动特性，由此也可以明显感知到牛顿第一定律和能量守恒定律的局限性。
[0162] 图26所示机构的仿真实验，更多的结果是：输入扭矩f01为10牛顿米，推力f06为686牛顿，平衡转速为123转/分钟，推进效能为5326牛顿/千瓦；输入扭矩f01为100牛顿米，推力f06为6999牛顿，平衡转速为342转/分钟，推进效能为1954牛顿/千瓦；输入扭矩f01为
200牛顿米，推力f06为13922牛顿，平衡转速为483转/分钟，推进效能为1376牛顿/千瓦；输入扭矩f01为300牛顿米，推力f06为20906牛顿，平衡转速为592转/分钟，推进效能为1124牛顿/千瓦；输入扭矩f01为1000牛顿米，推力f06为69816牛顿，平衡转速为1083转/分钟，推进效能为615牛顿/千瓦。以上仿真结果说明：牛顿第一定律是有局限性的，设备在合外力为零的情况下可以产生推力；推力f06和输入扭矩f01之间存在一个大致相等的比例关系；推进效能会随着输入扭矩f01的加大而下降（这符合图15所示的原理，即输入扭矩f01加大，会导致输入端和输出端之间的转速差加大，导致角度差h10加大，导致能量传输效率下降；这种推进效率随输入扭矩加大而下降的情况在具体实施例中将会被改善，因为具体实施例的凸轮机构形式可以完全消除角度差h10的存在）。
200牛顿米，推力f06为13922牛顿，平衡转速为483转/分钟，推进效能为1376牛顿/千瓦；输入扭矩f01为300牛顿米，推力f06为20906牛顿，平衡转速为592转/分钟，推进效能为1124牛顿/千瓦；输入扭矩f01为1000牛顿米，推力f06为69816牛顿，平衡转速为1083转/分钟，推进效能为615牛顿/千瓦。以上仿真结果说明：牛顿第一定律是有局限性的，设备在合外力为零的情况下可以产生推力；推力f06和输入扭矩f01之间存在一个大致相等的比例关系；推进效能会随着输入扭矩f01的加大而下降（这符合图15所示的原理，即输入扭矩f01加大，会导致输入端和输出端之间的转速差加大，导致角度差h10加大，导致能量传输效率下降；这种推进效率随输入扭矩加大而下降的情况在具体实施例中将会被改善，因为具体实施例的凸轮机构形式可以完全消除角度差h10的存在）。
[0163] 直线型自加速设备的一个优化方向。
[0164] 该优化方向是指：在直线型自加速设备中，输出端和基座之间必须在轴旋转方向上是无阻尼、无理论损耗的弹性连接，必须确保输出端在轴旋转方向上具有微量摆动的能力，必须确保输出端可以通过微量摆动来蓄能。
[0165] 图27是在图26所示机构基础上做出少量修改的机构示图。图27所示机构做出的少量修改是：把图26所示机构中的弹簧b07替换为连杆b09。修改后的仿真结果是：推力f06大幅度下降，大约下降了1000倍。
[0166] 图28是图26所示机构的能量流向示意图。如图28所示，深色箭头代表能量，在圆周范围内侧的深色箭头是来自输入端b01的能量，在圆周范围外侧的深色箭头是传递到输出端b02的能量（输入端b01未示出）。输入端b01向输出端b02传递的能量总体上呈现辐射状态，而不是某一特定方向。如果输出端b02具有围绕虚拟轴线b031微量振动的能力，那么输出端b02就可以蓄能，就可以利用自身的转动惯量来收集这些辐射状态的能量，并将它们最大程度地转化为推力f06。
[0167] 图29是图27所示机构的能量流向示意图。如图29所示，如果图27中用连杆b09替换了弹簧b07，那么输出端b02和基座b03之间的自由度将被完全约束住，输出端b02将丧失微量摆动的能力，将丧蓄能的能力，能量将会通过输出端b02和基座b03的轴连接关系直接向基座b03辐射扩散出去（基座b03未示出），这种情况下所形成的推力f06很小。
[0168] 图26、图27、图28、图29所示内容说明：要确保推力f06最大化，就必须确保输出端b02和基座b03之间在轴旋转方向上保持无阻尼、无理论损耗的弹性连接关系。
[0169] 直线型自加速设备的一个优化方向。
[0170] 该优化方向是指：在输出端和基座之间形成的弹性连接关系中，所形成的力臂越短，输出推力越大（这一优化方向仅针对推力不可调节方案，该优化方向不涉及创新仅作简要描述）。
[0171] 直线型自加速设备又分为推力方向可调和推力方向不可调两种形式。图26所示的是推力方向不可调的形式，推力可调方案由此发展而来。图26所示的间距h02是输出扭矩f02形成推力f06的力臂。显然间距h02越短，越有利于提高推力f06。但是因为输出端b02总是出于微量摆动状态，因此间距h02不能无限小，否则推力f06的形成角度会变得难以控制。如果弹簧b07是一种可调节的弹性机构，那么在调节精度允许的范围内，在确保推力f06的形成角度可控的范围内，间距h02应该尽可能小。图26所示的情形不是间距h02最小化的设计，而是为了适应方向控制器所形成的大致尺寸（方向控制器是推力可调方案中涉及到的部件，图26中方向控制器未示出）。如果是推力方向不可调的自加速设备，则间距h02的尺寸还应该更小，那样所获得的推力f06的值将会更大。
[0172] 直线型自加速设备方向可调方案的具体实施例。
[0173] 图30是图38视角和剖视状态下的二自由度扭矩放大器输出端和方向控制器的扭矩分配机构的连接示图。如图30所示，方向控制器2000的扭矩分配机构2100和二自由度扭矩放大器1000的输出端1200 连接在一起，总体上同步运动（方向控制器2000、二自由度扭矩放大器1000未完整示出，未标注）。具体连接方法是：连接盘1209通过螺栓2107和膜片离合器座2101连接在一起。扭矩分配机构2100本质上是两个膜片离合器。扭矩分配机构2100中的活塞组件2104在移动过程中可以挤压膜片组件2105或者挤压膜片组件2106，以此形成不同的力传递路径。图中的空心大箭头表示了活塞组件的移动方向和相应的力传递路径。和扭矩分配机构2100类似的力传递路径的选择性机构还可以有其他形式，例如类似于车用变速器的同步器的齿啮合机构。在空间有限的情况下，采用的摩擦片形式的扭矩分配机构
2100会较为合理一些。
2100会较为合理一些。
[0174] 图31是图38视角和剖视状态下扭矩分配机构和弹簧座、钢板弹簧的连接示图。如图31所示，扭矩分配机构2100包含膜片离合器座（2101、2102）、套筒2103、活塞组件2104、膜片组件（2105、2106）和螺栓（2107、2108）等。膜片离合器座2101通过螺栓2107和输入端1200的连接盘1209连接在一起（输入端1200、连接盘1209未示出）。膜片离合器座（2101、2102）通过螺栓2108连接在一起。膜片离合器座（2101、2102）内部有油缸（2109、2110）。油缸（2109、2110）结合套筒2103形成一个整体油缸，可以容纳活塞组件2104在其内部移动。之所以整体油缸中要额外包含一个套筒2103，是为了便于加工液压油路的需要。膜片离合器座（2101、
2102）包含孔（2111、2112）。装配状态下端盖2400上的轴2401安置在孔（2111、2112）内（端盖
2400、轴2401未示出）。轴2401内部有液压管路，可以向膜片离合器座（2101、2102）供油。膜片离合器座（2101、2102）上有花键（2113、2114）和台阶结构（2115、2116），用于连接和定位膜片组件（2105、2106）。膜片组件2105和弹簧座2202连接。膜片组件2106和弹簧座2209连接。弹簧座2202和钢板弹簧2206连接，弹簧座2209和钢板弹簧2211连接（由于剖视的原因，无法看到这种连接关系）。扭矩分配机构2100可以选择性地将输出扭矩传递给钢板弹簧
2206或者钢板弹簧2211。
2102）包含孔（2111、2112）。装配状态下端盖2400上的轴2401安置在孔（2111、2112）内（端盖
2400、轴2401未示出）。轴2401内部有液压管路，可以向膜片离合器座（2101、2102）供油。膜片离合器座（2101、2102）上有花键（2113、2114）和台阶结构（2115、2116），用于连接和定位膜片组件（2105、2106）。膜片组件2105和弹簧座2202连接。膜片组件2106和弹簧座2209连接。弹簧座2202和钢板弹簧2206连接，弹簧座2209和钢板弹簧2211连接（由于剖视的原因，无法看到这种连接关系）。扭矩分配机构2100可以选择性地将输出扭矩传递给钢板弹簧
2206或者钢板弹簧2211。
[0175] 图32是弹簧座和钢板弹簧的完整示图。如图所示，弹簧座2202上有花键2203，有连接结构2204。连接结构2204上有孔2205。钢板弹簧2206上有轴（2207、2208）。弹簧座2202通过孔2205、轴2207和钢板弹簧2206连接。弹簧座2209和弹簧座2202完全相同，只是装配位置不同，二者的轴向和周向装配位置相反。弹簧座2209上包含花键2210。钢板弹簧2206和钢板弹簧2211完全相同，它们起到的是图26中弹簧b07起到的作用。弹簧座（2202、2209）把输出扭矩f02传递给钢板弹簧（2206、2211），可以在钢板弹簧的两个轴之间形成方向相反的两个推力f06。扭矩分配机构2100可以选择输出其中一个推力f06（扭矩分配机构2100未示出）。
[0176] 图33是在图32所示部件基础上增加弹簧套的示图。如图33所示，弹簧座（2202、2209）钢板弹簧（2206、2211）外围包裹有弹簧套（2212、2214、2218、2219）（钢板弹簧2211被遮挡未示出）。其中弹簧套（2212、2214）处于剖视状态，弹簧套（2218、2219）处于完整状态。
弹簧套2219上有齿2220。弹簧套2214上有齿2216（齿2216被遮挡未示出）。齿（2216、2220）用以和叶片泵转子2307连接，接受叶片泵转子2307的方向调控（叶片泵转子2307未示出）。弹簧套（2212、 2214）通过螺栓2217连接在一起。弹簧套（2218、2219）通过螺栓2221连接在一起（螺栓2221未示出）。弹簧套2212上有孔2213，弹簧套2214上有孔2215。钢板弹簧上2206的轴2208安置在孔（2213、2215）内，钢板弹簧2206可以向弹簧套（2212、2214）传递动力。图33所示零部件初步形成了弹簧组件2200和弹簧组件2201。弹簧组件2200和弹簧组件2201的结构完全相同，只是装配位置不同。
弹簧套2219上有齿2220。弹簧套2214上有齿2216（齿2216被遮挡未示出）。齿（2216、2220）用以和叶片泵转子2307连接，接受叶片泵转子2307的方向调控（叶片泵转子2307未示出）。弹簧套（2212、 2214）通过螺栓2217连接在一起。弹簧套（2218、2219）通过螺栓2221连接在一起（螺栓2221未示出）。弹簧套2212上有孔2213，弹簧套2214上有孔2215。钢板弹簧上2206的轴2208安置在孔（2213、2215）内，钢板弹簧2206可以向弹簧套（2212、2214）传递动力。图33所示零部件初步形成了弹簧组件2200和弹簧组件2201。弹簧组件2200和弹簧组件2201的结构完全相同，只是装配位置不同。
[0177] 图34是图38视角和剖视状态下两个弹簧组件的示图。图34所示部件和图33所示部件的主要区别在于：剖视状态不同，增加了轴承（2222、2223、2224、2225、2226、2227、2228、2229），显示出了弹簧套（2218、2219）通过螺栓2221连接在一起。如图34所示，在弹簧组件
2200中，弹簧座2202通过轴承2225和弹簧套2214连接，弹簧座2202相对于弹簧套（2212、
2214）可以旋转。弹簧组件2200通过轴承（2222、2223、2224）、花键2203、齿2216和外围部件连接（外围部件未示出）。在弹簧组件2201中，弹簧座2209通过轴承2229和弹簧套2219连接，弹簧座2209相对于弹簧套（2218、2219）可以旋转。弹簧组件2201通过轴承（2226、2227、
2228）、花键2210、齿2220和外围部件连接。
2200中，弹簧座2202通过轴承2225和弹簧套2214连接，弹簧座2202相对于弹簧套（2212、
2214）可以旋转。弹簧组件2200通过轴承（2222、2223、2224）、花键2203、齿2216和外围部件连接（外围部件未示出）。在弹簧组件2201中，弹簧座2209通过轴承2229和弹簧套2219连接，弹簧座2209相对于弹簧套（2218、2219）可以旋转。弹簧组件2201通过轴承（2226、2227、
2228）、花键2210、齿2220和外围部件连接。
[0178] 图31、图32、图33、图34所示机构能起到的方向调节作用非常有限，它们的主要作用是快速切换推力方向形成反推力，这应用于空中制动。
[0179] 图35是图38视角和剖视状态下叶片泵组件的示图。如图35所示，叶片泵组件2300包含外壳2301、垫片2302、挡圈2303、分配盘（2304、2305）、叶片泵定子2306、叶片泵转子2307和叶片组件2308等。外壳2301还进一步包含挡圈结构2309、液压管路（2310、2311）和花键2312。装配状态下，挡圈2303安装在外壳2301内部，挡圈2303和外壳2301相互之间可以径向传递动能；挡圈2303可以配合挡圈结构2309将分配盘（2304、2305）、叶片泵定子2306、叶片泵转子2307挤压在一起形成泵体。液压管路（2310、2311）为叶片泵供油或者泄油。花键
2312连接着叶片泵定子2306上的花键2313，可以固定叶片泵定子2306。叶片泵转子2307上面有齿（2314、2315）。装配状态下，齿2314和弹簧座2202上的齿2216连接，齿2315和弹簧座
2209上的齿2220连接（弹簧座2202、弹簧座2209、齿2216、齿2220未示出）。叶片泵转子2307因此可以驱动弹簧座（2202、2209）周向旋转，达到调整推力f06方向的目的（推力f06未示出）。
2312连接着叶片泵定子2306上的花键2313，可以固定叶片泵定子2306。叶片泵转子2307上面有齿（2314、2315）。装配状态下，齿2314和弹簧座2202上的齿2216连接，齿2315和弹簧座
2209上的齿2220连接（弹簧座2202、弹簧座2209、齿2216、齿2220未示出）。叶片泵转子2307因此可以驱动弹簧座（2202、2209）周向旋转，达到调整推力f06方向的目的（推力f06未示出）。
[0180] 图36是在图35基础上增加了端盖等部件的示图。如图36所示，端盖2400通过螺栓2402和叶片泵组件2300的外壳2301连接在一起。端盖2400上包含轴2401。端盖2400和轴
2401内部有液压管路，可以为扭矩分配机构2100供油（液压管路、扭矩分配机构2100未示出）。在端盖2400和外壳2301之间安装有压紧盘2403。在端盖2400上安装有角度传感器组件
2404（传感器组件2404为简化表达）。
2401内部有液压管路，可以为扭矩分配机构2100供油（液压管路、扭矩分配机构2100未示出）。在端盖2400和外壳2301之间安装有压紧盘2403。在端盖2400上安装有角度传感器组件
2404（传感器组件2404为简化表达）。
[0181] 图37是图38视角和剖视状态下方向控制器的立体剖视图。如图37所示，扭矩分配机构2100和弹簧组件（2200、2201）连接，具体连接方法是：膜片组件2105和弹簧座2202连接，膜片组件2106和弹簧座2209连接。弹簧组件（2200、2201）和叶片泵组件2300连接，具体连接方法是：弹簧套2214通过轴承（2223、2224）和挡圈2303连接；弹簧套2214通过齿2216和叶片泵转子2307的齿2314连接；弹簧套2219通过轴承（2226、2228）和外壳2301连接；弹簧套2219通过齿2220和叶片泵转子2307的齿2315连接。弹簧套2218通过轴承2227和压紧盘2403连接。通过以上连接方法，扭矩分配机构2100可以选择性的通过弹簧组件（2200、2201）把推力f06传递给轴承（2224、2228）、挡圈2303，并最终传递给外壳2301（推力f06未示出）。
[0182] 图38是本发明直线型自加速方案的具体实施例的立体剖视图。如图所示，本发明的直线型自加速方案包含：二自由度扭矩放大器1000、方向控制器2000、电动机3000。二自由度扭矩放大器1000包含：输入端1100、输出端1200、外壳（1401、1402）。方向控制器2000包含：扭矩分配机构2100、弹簧组件（2200、2201）、外壳2301、端盖2400。电动机3000包含：电动机转子3100、电动机定子3200、外壳3300。外壳（3300、1401、1402、2301）、端盖2400通过螺栓（3301、1404、2402）连接在一起，构成整个设备的外壳。电动机转子3100和二自由度扭矩放大器1000的输入端1100连接，提供输入扭矩。二自由度扭矩放大器1000的输出端1200和方向控制器的扭矩分配机构2100连接，提供输出扭矩。扭矩分配机构和弹簧组件（2200、2201）连接，弹簧组件（2200、2201）和外壳2301连接。输出扭矩最终被弹簧组件（2200、2201）转化为推力传递给外壳2301。这是一个封闭的受力系统，扭矩的输入和输出都在设备内部完成。
[0183] 圆周型自加速设备的仿真实验。
[0184] 图39是二自由度扭矩放大器的圆周型自加速特性的验证机构和该机构转速输出投影图的混合示图。图39所示机构在图5所示机构的基础上做出了以下修改：取消了输出端b02和基座b03之间加载的阻尼；修改了输出端b02的外部造型，但是未修改其他关键性参数（例如，转动惯量、关键的工作轮廓）；在输出端b02和基座b03之间的轴连接关系中加载了负荷扭矩f09，负荷扭矩f09对输出端b02的作用方向为反向；取消了输入扭矩f01，替换为输入扭矩f07；输入扭矩f07作用在输出端b02和输入端b01之间，输入扭矩f07对输入端b01的作用方向为正向；输入扭矩f07对输出端b02产生反作用扭矩f08，而不再像输入扭矩f01那样对基座b03产生反作用扭矩；反作用力矩f08作用方向为反向。
[0185] 仿真实验的初始条件为：输入扭矩f07为100牛顿米，相应的反作用扭矩f08为100牛顿米，负荷扭矩f09为600牛顿米。依据机构8.5倍的扭矩放大倍数可以判断：作用在输出端b02上的输出扭矩f02约为850牛顿米，大于同样作用在输出端b02之上的负荷扭矩f09和反作用力矩f08的总合，因此输出端b02将会呈现出正向持续加速状态；因为输入扭矩f07的作用主体是输出端b02，作用客体是输入端b01，因此输出端b02的正向持续加速会导致输入扭矩f07的作用客体输入端b01也随之正向持续加速，这就形成了一个输入端b01和输出端b02之间的加速度闭环，这就是圆周型自加速状态。仿真实验证实了这一判断。仿真实验的更多细节是：输入端b01在输入扭矩f07的驱动下，借助机构8.5倍的扭矩放大能力克服了6倍于自己的负荷扭矩f09，驱动输出端b02形成正向加速度；输入端b01和输出端b02很快进入动平衡状态，平衡转速vb051不再增加（因为输入扭矩f07的作用主体是输出端b02，作用客体是输入端b01，所以平衡转速vb051就是输入转速vb05，平衡转速vb051未示出），输入转速vb05不再增加，这意味着输入能量不再增加；输入端b01驱动输出端b02形成正向加速度，输出端b02又反过来驱动输入端b01，这样便形成一个加速度闭环；在这一加速度闭环中，输入端b01和输出端b02双双呈现出持续正向加速态势；输出端b02的输出转速vb02很快超过了输入转速vb05（输入扭矩f07为100牛顿米时，平衡转速vb051为342转/分钟，也就是输入转速vb05为342转/分钟）；这意味着设备在输入能量不变的情况下，可以克服6倍于输入扭矩的阻力扭矩形成输出端的持续加速，可以持续不断地输出能量。
[0186] 这个结果对已有知识观念冲击较大，难免会让人感到困惑。事实上这种困惑不仅仅出现在圆周型自加速设备中，同样也出现在直线型自加速设备中，不仅仅出现在本发明中，同样也出现在微波电推进方案中。总体而言，只要设备在合外力为零的情况下能够通过转化自身内能来获取加速度，那么就总会有一个时刻，设备动能的增量会大于内能的释放量，进而呈现出永动机特性。当然，这种困惑是可以被解释的，但是相关解释方案涉及一种理论物理层面的理论假说，不适合在本案中展开。本案仅指出，虽然自加速现象的形成原因复杂，但是这一现象依然可以用简单易懂的物理原理堆积而成。
[0187] 圆周型自加速方案的具体实施例。
[0188] 图40是圆周型自加速设备的具体实施例的机构简图。如图40所示，在圆周型自加速方案中，电动机4000将替换图38所示机构中的方向控制器2000（图40中方向控制器2000未示出）。这一替换动作将使二自由度扭矩放大器1000的输出目的地从设备外壳转移到二自由度扭矩放大器1000自身的动力源上。动力源就是电动机4000。电动机4000包含电动机转子4100、电动机定子4200、电刷4300。二自由度扭矩放大器1000的输入端1100通过扭转减振器1124和电动机转子4100连接。二自由度扭矩放大器1000的输出端1200和电动机转子3100连接，此时电动机3000是动力输出端，用于发电。电动机3100、输出端1200、电动机定子
4200构成一个整体构件，这可以认为是：二自由度扭矩放大器1000的输出端1200和二自由度扭矩放大器1000自身的动力源之间拥有一个无阻尼、无理论损耗的刚性力传递路径。借助这个刚性力传递路径，二自由度扭矩放大器1000的输出目的地指向了自身的动力源电动机定子4200。电动机4000通过电刷4300从外部获取电能，通过电动机转子4100驱动输入端
1100。当输入端1100和输出端1200达到动平衡状态时，机构会呈现出扭矩放大特性。此时观察输出端1200，它会处于一个输入扭矩和输出扭矩不平衡的状态下，即电动机转子4100作用在电动机定子4200上的反向扭矩和输出端1200输出的正向扭矩不平衡。这将导致在输入能量一定的情况下，输出端1200持续加速，电动机转子3100持续加速，输出的电能超过输入的电能。
4200构成一个整体构件，这可以认为是：二自由度扭矩放大器1000的输出端1200和二自由度扭矩放大器1000自身的动力源之间拥有一个无阻尼、无理论损耗的刚性力传递路径。借助这个刚性力传递路径，二自由度扭矩放大器1000的输出目的地指向了自身的动力源电动机定子4200。电动机4000通过电刷4300从外部获取电能，通过电动机转子4100驱动输入端
1100。当输入端1100和输出端1200达到动平衡状态时，机构会呈现出扭矩放大特性。此时观察输出端1200，它会处于一个输入扭矩和输出扭矩不平衡的状态下，即电动机转子4100作用在电动机定子4200上的反向扭矩和输出端1200输出的正向扭矩不平衡。这将导致在输入能量一定的情况下，输出端1200持续加速，电动机转子3100持续加速，输出的电能超过输入的电能。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 平衡不平衡变压器 | 2020-05-11 | 349 |
| 三相平衡或不平衡不对称磁阻马达 | 2020-05-12 | 12 |
| 不平衡轴及其制造方法 | 2020-05-13 | 730 |
| 不平衡天线 | 2020-05-11 | 955 |
| 平衡－不平衡变换器 | 2020-05-11 | 348 |
| 平衡－不平衡转换电路与层状平衡－不平衡转换器 | 2020-05-13 | 52 |
| 平衡－不平衡变换器 | 2020-05-12 | 181 |
| 平衡-不平衡变换器 | 2020-05-12 | 803 |
| 不平衡轴 | 2020-05-11 | 412 |
| 平衡-不平衡变压器 | 2020-05-11 | 94 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
不平衡热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈