CN103496603B - 一种恒力机构 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供一种恒力机构，包括：安装于安装座之上且依次连接的由一大电机提供扭矩输出动力的大电机轴系、包括一扭簧的扭簧组件和由一小电机提供扭矩输出动力的小电机轴系；大、小两个电机轴系的扭矩输出部的顶端相对且分别固连于扭簧组件两端；小电机轴系的扭矩输出部还套有一与其联动旋转的圆筒状缠绕部；一恒力索，其一端固接于缠绕部且在其外圆周上缠绕收放，另一端沿缠绕部切向引出连接负载。大电机轴系提供粗略力控制，大小电机间采用扭簧过渡传递扭矩，为恒力结构提供较低的弹性系数，协同控制恒力，小电机轴系提供精确力控制，抑制波动干扰，避免了单个电机同时承担大承载与高精确指标，从而同时实现大承载、高精确要求。

Description

一种恒力机构
技术领域
本发明创造涉及一种恒力加载机构，尤其涉及一种主动补偿式的恒力机构。
背景技术
恒力加载机构在卷纸、热力发电、材料试验、航天设备等领域中应用广泛，其能直接影响到设备的安全性、可靠性。尤其是在航天领域，通过恒力机构提供微低重力补偿来验证航天器性能，是经常采用的地面验证方式。传统的重力补偿提供方式有配重平衡、气浮、水浮、悬吊法等，其中悬吊法重力模拟有主动补偿与被动补偿两种方式，主动式补偿较为少见。本发明创造设计出一种用于主动式恒力机构，用于大负载、高精度恒力提供。
发明内容
本发明创造要解决的问题是为了实现主动式恒力精确保持，提供一种恒力机构，用于实现的恒力大负载、高精度加载。
为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：一种恒力机构，包括：安装于安装座4之上且依次连接的由一大电机提供扭矩输出动力的大电机轴系1、包括一扭簧的扭簧组件3和由一小电机提供扭矩输出动力的小电机轴系2；
大、小两个电机轴系的扭矩输出部的顶端相对且分别固连于扭簧组件3两端；
小电机轴系的扭矩输出部还套有一与其联动旋转的圆筒状缠绕部；
一恒力索，其一端固接于缠绕部且在其外圆周上缠绕收放，另一端沿缠绕部切向引出连接负载。
以上为本发明创造的核心，其原理为在恒力补偿过程中，对象拉力的稳态部分保持不变，瞬态部分拉力为受到干扰导致小幅波动。而本方案的恒力机构，大电机轴系提供粗略力控制，提供主恒力（大承载稳态拉力），大小电机间采用扭簧过渡传递扭矩，为恒力结构提供较低的弹性系数，协同控制恒力，小电机轴系提供精确力控制，抑制波动干扰，避免了单个电机同时承担大承载与高精确指标，由双电机恒力协同控制，从而同时实现大承载、高精确要求。
附图说明
图1是本发明创造的一种实施例的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图，对本发明创造做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明创造提供了一种实施例的结构形式，在本实施例中，恒力机构主要包括大电机轴系1、小电机轴系2、扭簧组件3、安装座组件4、恒力索5组成，大小两个电机轴系面对面布置,恒力索布置于小电机轴系扭矩输出部，大、小电机间采用扭簧31过渡传递扭矩，协同控制恒力，其中大电机11提供粗略力控制，提供主恒力，小电机21提供精确力控制，抑制波动干扰。
其中，大电机轴系1是恒力机构的主负载的承担单元。该轴系包括大电机11、抱闸12、减速器13。在本实施例中，减速器作为大电机轴系扭矩输出部的主要部件，大电机的输出轴穿过抱闸12后与减速器13输入端连接，减速器13输出端连接扭簧组件连接端。
小电机轴系是恒力机构的负载输出单元，主要承担干扰负载，用于恒力精确力控制。该轴系由一小电机21提供扭矩输出动力，在本实施例中，由一滚珠花键轴副22作为扭矩输出部，滚珠花键轴副的花键轴一端连接小电机的输出轴，另一端连接扭簧组件连接端。所述的圆筒状缠绕部23可以是由滚珠花键轴副的花键套直接承担，即将其外周制成等径的圆，也可以在花键套上再套设一滚筒。
恒力索为恒力机构输出单元，一端与负载连接，一端与缠绕部23固连，恒力索一部分缠绕于缠绕部23上，另一部分沿缠绕部23切向引出承担负载，可通过缠绕部23旋转实现自身收放功能。优选的，为更便于缠绕收放恒力索，缠绕部23表面加工有螺旋凹槽24。由于缠绕部23半径恒定，恒力索的恒力输出可转化为为对恒定转矩控制。
优选的，恒力索还可串联一拉力传感器作为控制***反馈。
扭簧组件3包括扭簧31和与两个连接端32，连接端32一端用于扭簧安装，另一端用于与对应的轴系连接。扭簧组件3作为大小电机扭矩的中间过渡环节，大电机主扭矩经轴系传递到扭簧连接端后，扭簧受载发生扭转，将扭矩传递到小电机轴系。
安装座组件4包括一安装座，安装座上通过轴承（411、412、413）支撑起大、小电机轴系，安装座下部还可固连一底板或底架（图中未示），作为整个结构的安装基体支撑。
本实施例中的恒力机构，由于使用双电机***控制，使用时需逐步加载，具体步骤如下：
1、大、小电机轴系上电，小电机轴系2先不进行主动工作，而是随动，大电机1闭环，控制旋转调整缠绕部将恒力索缠绕长度至合理范围，然后抱闸锁紧大电机轴系，等待加载；
2、恒力索加载负载，负载经过缠绕部、小电机轴系后传递到扭簧组件，扭簧组件连接大电机轴系一端被抱闸锁紧，扭簧受载扭转承担负载；
3、大电机切入闭环控制加载转矩，抱闸松开，大电机提供拉力均值，经扭簧传递后传递给缠绕部，恒力机构实现恒力粗控制。由于受干扰影响作用，负载会小幅波动，表现为小电机轴系端与缠绕部小幅摆动，大电机轴系端摆动很小；
4、小电机切入闭环控制，通过小电机轴系带动卷筒进行精确调整对干扰力补偿，实现恒力精确控制。
综上所述，本发明创造具有如下一些特点和有益效果：
1、采用大、小两个电机面对面布置，协同控制提供载荷转矩。
2、在结构上双电机之间采用扭簧进行扭矩传递，为恒力结构提供较低的弹性系数。
3、由于采用双电机控制，避免了单个电机同时承担大承载与高精确指标，具有承载能力大，控制精度高的特点。
4、采用圆筒状缠绕部作为恒力索缠绕载体，同时具备收放功能。
5、恒力机构加载过程采用分步加载，分别实现恒力的粗控制和精控制。
6、恒力索串联拉力传感器，作为恒力机构电机反馈控制信号。

Claims (8)

1.一种恒力机构，其特征在于，包括：安装于安装座(4)之上且依次连接的由一大电机提供扭矩输出动力的大电机轴系(1)、包括一扭簧(31)的扭簧组件(3)和由一小电机提供扭矩输出动力的小电机轴系(2)；
大、小两个电机轴系的扭矩输出部的顶端相对且分别固连于扭簧组件(3)两端；
小电机轴系的扭矩输出部还套有一与其联动旋转的圆筒状缠绕部；
一恒力索，其一端固接于缠绕部且在其外圆周上缠绕收放，另一端沿缠绕部切向引出连接负载。
2.根据权利要求1所述的恒力机构，其特征在于：所述大电机轴系(1)还包括有抱闸(12)、减速器(13)，所述大电机的输出轴穿过抱闸(12)后与减速器(13)输入端连接，减速器(13)输出端连接扭簧组件一端。
3.根据权利要求1所述的恒力机构，其特征在于：所述小电机轴系的扭矩输出部为一滚珠花键轴副(22)，滚珠花键轴副的花键轴一端连接小电机的输出轴，另一端连接扭簧组件。
4.根据权利要求3所述的恒力机构，其特征在于：所述缠绕部(23)是由滚珠花键轴副的花键套直接承担，即将其外周制成等径的圆；或者是在花键套上再套设一圆筒状滚筒。
5.根据权利要求1所述的恒力机构，其特征在于：所述缠绕部(23)表面加工有螺旋凹槽(24)。
6.根据权利要求1所述的恒力机构，其特征在于：所述恒力索还串联一拉力传感器作为控制***反馈。
7.根据权利要求1所述的恒力机构，其特征在于：所述扭簧组件(3)包括两个连接端(32)，连接端(32)一端固接扭簧，另一端与对应的轴系连接。
8.根据权利要求1所述的恒力机构，其特征在于：所述安装座(4)下部还固连一底板或底架。
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