CN102607825B - 一种力矩负载模拟器 - Google Patents

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Abstract

一种力矩负载模拟器，其特征在于：该模拟器包括：二个X向调节固定底板；一个Y向调节固定支座；一个Y向调节固定底板；一个法兰联轴器；一个力矩传感器；一个波纹管联轴器；一个减速器；一个固定端板；一个发条簧盒；二个调节手柄；一个芯轴；一个发条弹簧；一个簧盒端盖；一个深沟球轴承；一个空心轴编码器。本发明的力矩及转轴角速度可测量；力矩加载方式简单、易于实现；保证两个工作转轴同轴度的机械设计；采用波纹管联轴器可以补偿减速机输出轴、力矩传感器端轴之间的误差。

Description

一种力矩负载模拟器
技术领域
本发明涉及一种力矩负载模拟器，用于模拟加载展开板之间转轴上的阻力矩。该装置能够提供所需范围的力矩，在力矩范围内可进行力矩调节，以提供变化阻力矩，同时可以获取运动转轴的运动信息，属于机械***实验设施技术领域。
背景技术
负载模拟器就是一种用来在实验室条件下半实物地模拟承载对象所要求的力(力矩)载荷的装置。随着科学技术的发展，对飞行模拟器的机动性和控制精度的要求越来越高，进而对负载模拟器加载性能提出越来越高的要求，由此推动了负载模拟器的研究进展。
传统的力矩负载模拟器用于模拟飞机舵机上的力矩，从控制方式来看，可以分为电液和电动两种负载模拟器。目前，国内外研制的各种负载模拟器大多是采用液压马达作为执行机构的电液伺服控制***，应用于大转矩、大功率的场合。由于传统电液负载仿真台属于典型的被动式电液力伺服***，其加载***受舵机的强位置干扰会产生大的多余力矩，加载力矩误差较大。电动式负载模拟器在小功率和小力矩领域内比电液式负载模拟器成本低、***简单、维修方便，但是存在加载转角较小的不足。
发明内容
本发明的目的在于提出一种力矩负载模拟器，是一种全新的力矩加载方式，利用发条弹簧(平面涡卷簧)加载力矩，解决现有的大转矩负载模拟器加载误差大及小转矩负载模拟器转角范围有限的问题，能够成功加载板间转轴上的阻力矩。本发明的目的是提出一种模拟转轴上阻力矩的方法以及针对具体展开板式机械结构设计装置使用连接接口，该装置具有加载、测量、显示及采集可变阻力矩，测量及采集转轴运动信息的功能。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：调节发条弹簧松紧程度产生力矩，与发条弹簧内钩固连的芯轴上的力矩通过减速器放大，得到所需的工作力矩范围；减速器输出轴上的工作力矩由力矩传感器测得，芯轴的运动信息通过增量式编码器测得；采集力矩值和转轴运动参数(角位移和角速度)，在PC机上进行数值处理。
本发明一种力矩负载模拟器，其包括：
二个X向调节固定底板1；一个Y向调节固定支座2；一个Y向调节固定底板3；一个法兰联轴器4；一个力矩传感器5；一个波纹管联轴器6；一个减速器7；一个固定端板8；一个发条簧盒9；二个调节手柄10；一个芯轴11；一个发条弹簧12；一个簧盒端盖13；一个深沟球轴承14；一个空心轴编码器15。
负载模拟装置的组成部件之间具体连接方式说明如下：
二个X向调节固定底板1，其中一个X向调节固定底板与Y向调节的固定支座2的下端固连；另一个X向调节固定底板和Y向调节固定底板3的一端固连；
法兰联轴器4下端与Y向调节固定底板3的另一端固连，法兰联轴器4上端的轴孔与力矩传感器5的下端轴连接，以保证径向固定；
波纹管联轴器6下端轴孔与力矩传感器5的上端轴固连，波纹管联轴器6上端轴孔与减速器7输出轴固连，轴孔的固连通过夹紧固定方式实现；
固定端板8的一端与减速器7的主体部分固连，另一端与Y向调节固定支座2的上端固连；
发条弹簧12内钩***芯轴11的钩槽内固定，发条弹簧12外钩***发条簧盒9的卡槽中固定；
簧盒端盖13固连在发条簧盒9上端，簧盒端盖13中间的孔与轴承的外圈过盈配合以固定深沟球轴承14，簧盒端盖13上端与空心轴编码器15的固定耳片固连；
芯轴11的下端轴穿过发条簧盒9的中心孔与减速器7输入端轴孔通过夹紧固定是方式固连，芯轴11的上端轴穿过深沟球轴承14内圈的孔与空心轴编码器15的孔通过顶丝固定；
两个调节手柄10端部和发条簧盒9的两个螺纹孔螺纹固连，通过调节手柄10预紧发条弹簧12后，发条簧盒9和固定端板8通过三个内六角螺钉锁定位置；负载模拟器16通过两个X向调节固定底板1分别与内展开板17和外展开板18固连。
本发明一种力矩负载模拟器，具有如下优点和效果：
1.力矩及转轴角速度可测量，具有力矩信息及转轴运动信息采集处理***；
2.力矩加载方式简单、易于实现，可根据实际需求设定初始阻力矩，力矩大小可调节；
3.保证两个工作转轴同轴度的机械设计：双向滑动底板，X向(沿展开板面方向)及Y向(展开板面垂直方向)调整量都为±5mm，通过X、Y两个方向的滑动调节，保证负载模拟器的工作转轴同展开板的工作转轴尽量在同一条直线上，以减少由于两个工作转轴不同轴所引起的多余力矩；
4.采用波纹管联轴器可以补偿减速机输出轴、力矩传感器端轴之间的误差(包括轴向、径向及角相误差)。
附图说明
图1是负载模拟器的组成结构示意图。
图2是负载模拟器的工作示意图。
图中标号说明：
Figure BDA0000124922140000031
具体实施方式
本发明是对存在相对转动关系的两块展开板的旋转轴进行力矩加载，发明的两块固定底板分别与内展开板、外展开板侧面连接。
该力矩负载模拟器的组成具体包括：
二个X向调节固定底板1；一个Y向调节固定支座2；一个Y向调节固定底板3；一个法兰联轴器4；一个力矩传感器5；一个波纹管联轴器6；一个减速器7；一个固定端板8；一个发条簧盒9；二个调节手柄10；一个芯轴11；一个发条弹簧12；一个簧盒端盖13；一个深沟球轴承14；一个空心轴编码器15。
负载模拟装置的组成部件之间具体连接方式说明如下：
二个X向调节固定底板1，其中一个X向调节固定底板与一个Y向调节的固定支座2的下端通过内六角螺钉固连；另一个X向调节固定底板和一个Y向调节固定底板3的一端通过内六角螺钉固连；
法兰联轴器4下端与Y向调节固定底板3的另一端固连，法兰联轴器4上端的轴孔与力矩传感器5的下端轴(带键槽)与通过标准键连接，以保证径向固定；
波纹管联轴器6下端轴孔与力矩传感器5的上端轴固连，波纹管联轴器6上端轴孔与减速器7输出轴固连，轴孔的固连通过夹紧固定方式实现；
固定端板8的一端与减速器7的主体部分通过内六角螺钉固连，另一端与Y向调节固定支座2的上端通过内六角螺钉固连；
发条弹簧12内钩***芯轴11的钩槽内固定，发条弹簧12外钩***发条簧盒9的卡槽中固定；
簧盒端盖13通过三个内六角螺钉固连在发条簧盒9上端，簧盒端盖13中间的孔与轴承的外圈过盈配合以固定深沟球轴承14，簧盒端盖13上端与空心轴编码器15的固定耳片通过螺钉固连；
芯轴11的下端轴穿过发条簧盒9的中心孔与减速器7输入端轴孔固连(夹紧固定方式)，芯轴11的上端轴穿过深沟球轴承14内圈的孔(轴孔间隙配合)与空心轴编码器15的孔通过顶丝固定；
两个调节手柄10端部(外螺纹)和发条簧盒9的两个螺纹孔(内螺纹)螺纹固连，通过调节手柄10预紧发条弹簧12后，发条簧盒9和固定端板8通过三个内六角螺钉锁定位置；
负载模拟器16通过两个X向调节固定底板1分别与内展开板17和外展开板18固连。
为使图面清晰，以上所述起到固连作用的螺钉及标准键在图中均予省略。
如图1所示的负载模拟器组成结构示意图，将两个固定底板1的位置固定，通过调节手柄10对发条弹簧12预紧，达到所需的力矩范围的最小值时，在固定端板8上最邻近的螺纹孔位置用三个内六角螺钉锁定发条簧盒9。力矩传感器5的数据接口处连接力矩显示仪表，实时采集当前状态力矩信息。力矩负载模拟器的转轴运动信息通过增量式空心轴编码器15测量，空心轴编码器15有相应的数据导出端口。采集到的力矩信息和转轴运动信息通过数据线导入上位机进行后期数值处理。
如图2所示的负载模拟器的工作示意图，将两块X向调节固定底板通过内六角螺钉分别固定在内展开板17及外展开板18的侧面。现需要在内、外板的转轴上施加大于8Nm的力矩负载。根据所需的力矩范围，选取发条弹簧12尺寸(截面厚度、宽度，圈数及外径)，进而确定图1中发条簧盒9的直径尺寸。

Claims (1)

1.一种力矩负载模拟器，其特征在于：该模拟器包括：
二个X向调节固定底板（1）；一个Y向调节固定支座（2）；一个Y向调节固定底板（3）；一个法兰联轴器（4）；一个力矩传感器（5）；一个波纹管联轴器（6）；一个减速器（7）；一个固定端板（8）；一个发条簧盒（9）；二个调节手柄（10）；一个芯轴（11）；一个发条弹簧（12）；一个簧盒端盖（13）；一个深沟球轴承（14）；一个空心轴编码器（15）；
各组成部件之间具体连接方式如下：
其中一个X向调节固定底板（1）与Y向调节固定支座（2）的下端固连；另一个X向调节固定底板（1）和Y向调节固定底板（3）的上端固连；
法兰联轴器（4）下端与Y向调节固定底板（3）的下端固连，法兰联轴器（4）上端的轴孔与力矩传感器（5）的下端轴连接，以保证径向固定；
波纹管联轴器（6）下端轴孔与力矩传感器（5）的上端轴固连，波纹管联轴器（6）上端轴孔与减速器（7）输出轴固连，所有轴孔的固连均通过夹紧固定方式实现；
固定端板（8）的下端左侧与减速器（7）的主体部分固连，下端右侧与Y向调节固定支座（2）的上端固连；
发条弹簧（12）内钩***芯轴（11）的钩槽内固定，发条弹簧（12）外钩***发条簧盒（9）的卡槽中固定；
簧盒端盖（13）固连在发条簧盒（9）上端，簧盒端盖（13）中间的孔与深沟球轴承的外圈过盈配合以固定深沟球轴承（14），簧盒端盖（13）上端与空心轴编码器（15）的固定耳片固连；
芯轴（11）的下端轴穿过发条簧盒（9）的中心孔与减速器（7）输入端轴孔通过夹紧固定方式固连，芯轴（11）的上端轴穿过深沟球轴承（14）内圈的孔与空心轴编码器（15）的孔通过顶丝固定；
两个调节手柄（10）端部和发条簧盒（9）的两个螺纹孔螺纹固连，通过调节手柄（10）预紧发条弹簧（12）后，发条簧盒（9）和固定端板（8）通过三个内六角螺钉锁定位置。
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