CN111564095A - 一种串并联组合式两自由度重型摇摆台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，包括承重架、水平安装于承重架且可沿一水平轴线摆转的外摇架、水平安装于外摇架内且可沿一水平轴线摆转的内摇架，两水平轴线位于同一水平面且垂直分布，还包括摇摆物安装架和两组并联驱动机构，摇摆物安装架安装于内摇架，每组并联驱动机构均包括两个对称分布的主驱动分支，每组主驱动分支的中心轴线与其中一水平轴线位于同一平面且对称分布于另一水平轴线的两侧，并联驱动机构使得内摇架沿着两水平轴线上下起伏摆转。本发明通过联动实现内摇架和外摇架的横摇、纵摇和复合摇摆运动，具有承载能力大、抗冲击负载能力强、安装空间大的特点。
Description
技术领域
本发明涉及运动模拟设备技术领域，尤其是涉及一种串并联组合式两自由度重型摇摆台。
背景技术
摇摆台是一种广泛被用来模拟舰船、车辆运动姿态的空间运动机构，在国防和民用中都具有很高的应用价值。随着摇摆台技术在在这些领域的不断拓展，对其承载空间、负载能力、抗冲击能力等方面提出了更高的要求。串联式摇摆台结构紧凑，但是在承载空间和刚度等方面存在明显不足，所以串联式摇摆台的应用受到很大的局限，欧洲DealAerosmith公司研制的液压三轴转台是一款典型的串联摇摆台；并联式摇摆台基于并联机构，其具有高刚度、大负载、高精度等特点，其中基于Gough-Stewart机构的6自由度运动平台的研究最为深入，如今并联式摇摆台已得到十分广泛的应用。但是目前研究的摇摆台能够承受的最大负载比较小，百吨级负载摇摆台的研究缺乏，因此研制出具有超大安装空间、超大承载能力和较强冲击能力的摇摆台具有重大意义，同时也面临很大的挑战。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，通过联动实现内摇架和外摇架的横摇、纵摇和复合摇摆运动，具有承载能力大、抗冲击负载能力强、安装空间大等特点，适合于结构尺寸和重量较大、尤其是外形较高的超大负载的摇摆运动模拟试验。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，包括承重架、水平安装于承重架且可沿一水平轴线摆转的外摇架、水平安装于外摇架内且可沿一水平轴线摆转的内摇架，两水平轴线位于同一水平面且垂直分布，两水平轴线分别将对应的外摇架和内摇架均等分，还包括摇摆物安装架和两组并联驱动机构，所述摇摆物安装架安装于内摇架，每组并联驱动机构均包括两个对称分布的主驱动分支，每组主驱动分支的中心轴线与其中一水平轴线位于同一平面且对称分布于另一水平轴线的两侧，所述并联驱动机构使得内摇架沿着两水平轴线上下起伏摆转。
所述承重架上设有对称设有支撑轴承座，所述外摇架的两侧通过第一转轴可旋转连接于支撑轴承座，外摇架可沿两个第一转轴的轴心连线摆转。
所述外摇架和内摇架之间通过两个对称分布的第二转轴连接，所述内摇架可沿两个第二转轴的轴心连线摆转，两个第二转轴的轴心连线和两个第一转轴的轴心连线位于同一水平面且垂直分布。
所述内摇架的下端连接有驱动连接架，所述并联驱动机构的两端分别连接驱动连接架和承重架。
所述并联驱动机构还包括辅助驱动分支，每个主驱动分支的两侧各等距分布有辅助驱动分支，所述辅助驱动分支和主驱动分支的两端分别通过第一万向副和第二万向副连接驱动连接架和承重架，位于同侧的辅助驱动分支和主驱动分支的第一万向副和第二万向副安装方向相同。
所述辅助驱动分支和主驱动分支为液压缸。
所述第一万向副为球副或虎克副。
所述第二万向副为球副或虎克副。
所述摇摆物安装架包括多个摇摆物安装架支杆和位于多个摇摆物安装架支杆下端的摇摆物安装架底板，多个摇摆物安装架支杆和摇摆物安装架底围成一个供摇摆物摆放的空间，多个摇摆物安装架支杆的上端设有连接内摇架的框体安装座。
所述驱动连接架和并联驱动机构均位于摇摆物安装架支杆的***。
本发明的有益效果是：
1.采用串并联组合式结构，用稳定的承重架支撑，外摇架和内摇架组成的串联机构一方面限定摇摆体的旋转中心，另一方面承受负载，并联驱动机构用于支撑串联机构和驱动摇摆体，并联驱动机构发生故障时串联机构可进行承载起到安全保护作用，摇摆台整体承载能力大，安全性高。
2.采用外摇架和内摇架组成的串联机构，改变摇摆物安装架的尺寸形状可适用于不同尺寸形状摇摆物的摇摆模拟运动，摇摆物安装架的安装空间大，摇摆物的摇摆重心高度可调。
3.采用冗余驱动和主辅驱动组合的方式，能够提供的驱动力大，同时辅助驱动分支能够抵抗较大的冲击载荷和冲击转矩。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的俯视图；
图3为图2中A-A向的剖视图；
图4为本发明的驱动连接架和并联驱动机构的安装立体图；
图5为本发明的外摇架和内摇架的安装立体图；
图6为本发明的外摇架和内摇架的配合立体图；
图7为本发明的摇摆物安装架的立体图。
图中：承重架1、支腿11、下横梁12、垫板13、并联驱动分支安装座14、主梁15、辅梁16、支撑轴承座2、外摇架3、外摇架框体31、加强条32、旋转框33、第一转轴34、内摇架4、内摇架框体41、第二转轴42、摇摆物安装架5、摇摆物安装架支杆51、摇摆物安装架底板52、摇摆物安装架框体53、框体安装座54、摇摆物安装架安装孔55、加强横杆56、驱动连接架6、驱动连接架框体61、驱动连接架支杆62、并联驱动机构7、辅助驱动分支71、主驱动分支72、第一万向副73、第二万向副74。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
如图1-图7所示，一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，包括承重架1、水平安装于承重架1且可沿一水平轴线摆转的外摇架3、水平安装于外摇架3内且可沿一水平轴线摆转的内摇架4，两水平轴线位于同一水平面且垂直分布。
承重架1为方形框体，承重架1为钢结构框架或者混凝土框架，承重架1包括四个呈方形排布的支腿11，每个支腿11的下端设有垫板13，垫板13的面积大于支腿11的截面积。承重架1还包括上横梁和下横梁12，下横梁12为上下间隔分布的两组且位于上横梁的下方，位于上方的下横梁12内侧设有并联驱动分支安装座14，每组上横梁和下横梁12均为4根，每相邻两个支腿11之间均对应分布上中下三根，上横梁包括两个对称分布的主梁15和两个对称分布的辅梁16，两个主梁15和两个辅梁16围成方形框体，其中主梁15的两端下表面贴合支腿11的上端，辅梁16两端贴合主梁15两端的内侧壁，这样主梁15起到承重作用，辅梁16起到加强主梁15支撑的作用。
所述承重架1上设有对称设有支撑轴承座2，具体为两个支撑轴承座2分别安装在主梁15上端面中间处。所述外摇架3的两侧通过第一转轴34可旋转连接于支撑轴承座2，外摇架3可沿两个第一转轴34的轴心连线摆转。
外摇架3为方形框架，外摇架3包括方形的外摇架框体31，外摇架框体31的四个角的内侧均设有加强条32，外摇架框体31的其中相对的两侧对称设有旋转框33，旋转框33为凵字形，支撑轴承座2部分露出在外摇架框体31和旋转框33围成的空间，第一转轴34从内到外依次穿入外摇架框体31、支撑轴承座2和旋转框33，这样外摇架3可沿着第一转轴34的轴心摆转一定角度。
所述外摇架3和内摇架4之间通过两个对称分布的第二转轴42连接，所述内摇架4可沿两个第二转轴42的轴心连线摆转，两个第二转轴42的轴心连线和两个第一转轴34的轴心连线位于同一水平面且垂直分布。
内摇架4包括方形的内摇架框体41，内摇架框体41的其中相对的两侧和外摇架3的其中相对的两侧通过第二转轴42连接，内摇架框体41的方形小于外摇架框体31的方形。
外摇架3和内摇架4组成了本发明的摇摆架的串联机构。
两水平轴线分别将对应的外摇架3和内摇架4均等分，内摇架4位于外摇架3的正中心，保证摇摆的可靠性。
还包括摇摆物安装架5和两组并联驱动机构7，所述摇摆物安装架5安装于内摇架4，所述摇摆物安装架5包括多个摇摆物安装架支杆51和位于多个摇摆物安装架支杆51下端的摇摆物安装架底板52，多个摇摆物安装架支杆51和摇摆物安装架底板52围成一个供摇摆物摆放的空间，多个摇摆物安装架支杆51的上端设有连接内摇架4的框体安装座54。具体为多个摇摆物安装架支杆51的上端设有摇摆物安装架框体53，摇摆物安装架框体53为方形框体且摇摆物安装架框体53的外边缘尺寸小于内摇架框体41的内边缘尺寸，摇摆物安装架框体53的四个角处均向外延伸形成直角形状的框体安装座54，框体安装座54的下端面贴合内摇架框体41的上端面，框体安装座54设有摇摆物安装架安装孔55，摇摆物安装架5通过八个摇摆物安装架安装孔55与内摇架4固定为一体。
摇摆物安装架支杆51的数量为4个且4个摇摆物安装架支杆51的中间处通过加强横杆56连接，摇摆物安装架5可以有不同尺寸和形状，也可以是一安装平板，以适应不同结构摇摆物的摇摆模拟运动试验。
两组并联驱动机构7总共有4个且两两对称分布，两组并联驱动机构7均匀对称布置在承重架1内部。
每组并联驱动机构7均包括两个对称分布的主驱动分支72，每组主驱动分支72的中心轴线与其中一水平轴线位于同一平面且对称分布于另一水平轴线的两侧，所述并联驱动机构7使得内摇架4沿着两水平轴线上下起伏摆转，可实现摇摆物安装架的横摇、纵摇和复合摇摆运动。
所述并联驱动机构7还包括辅助驱动分支71，每个主驱动分支72的两侧各等距分布有辅助驱动分支71，具体为每个并联驱动机构7包括1个分布在中间的主驱动分支72和分布在两端的两个辅助驱动分支71。
所述内摇架4的下端连接有驱动连接架6，连接架6包括方形的驱动连接架框体61和位于驱动连接架框体61上端面的驱动连接架支杆62，驱动连接架支杆62的上端面贴合并固定连接内摇架框体41的下端面。
所述并联驱动机构7的两端分别连接驱动连接架6和承重架1。
所述辅助驱动分支71和主驱动分支72的两端分别通过第一万向副73和第二万向副74连接驱动连接架6和承重架1，具体为第二万向副74连接在并联驱动分支安装座14上。
位于同侧的辅助驱动分支71和主驱动分支72的第一万向副73和第二万向副74安装方向相同。
所述辅助驱动分支71和主驱动分支72为液压缸。辅助驱动分支71还可以是阻尼器。
所述第一万向副73为球副或虎克副。
所述第二万向副74为球副或虎克副。
所述驱动连接架6和并联驱动机构7均位于摇摆物安装架支杆51的***。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，其特征在于：包括承重架(1)、水平安装于承重架(1)且可沿一水平轴线摆转的外摇架(3)、水平安装于外摇架(3)内且可沿一水平轴线摆转的内摇架(4)，两水平轴线位于同一水平面且垂直分布，两水平轴线分别将对应的外摇架(3)和内摇架(4)均等分，还包括摇摆物安装架(5)和两组并联驱动机构(7)，所述摇摆物安装架(5)安装于内摇架(4)，每组并联驱动机构(7)均包括两个对称分布的主驱动分支(72)，每组主驱动分支(72)的中心轴线与其中一水平轴线位于同一平面且对称分布于另一水平轴线的两侧，所述并联驱动机构(7)使得内摇架(4)沿着两水平轴线上下起伏摆转。
2.如权利要求1所述一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，其特征在于：所述承重架(1)上设有对称设有支撑轴承座(2)，所述外摇架(3)的两侧通过第一转轴(34)可旋转连接于支撑轴承座(2)，外摇架(3)可沿两个第一转轴(34)的轴心连线摆转。
3.如权利要求2所述一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，其特征在于：所述外摇架(3)和内摇架(4)之间通过两个对称分布的第二转轴(42)连接，所述内摇架(4)可沿两个第二转轴(42)的轴心连线摆转，两个第二转轴(42)的轴心连线和两个第一转轴(34)的轴心连线位于同一水平面且垂直分布。
4.如权利要求1所述一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，其特征在于：所述内摇架(4)的下端连接有驱动连接架(6)，所述并联驱动机构(7)的两端分别连接驱动连接架(6)和承重架(1)。
5.如权利要求4所述一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，其特征在于：所述并联驱动机构(7)还包括辅助驱动分支(71)，每个主驱动分支(72)的两侧各等距分布有辅助驱动分支(71)，所述辅助驱动分支(71)和主驱动分支(72)的两端分别通过第一万向副(73)和第二万向副(74)连接驱动连接架(6)和承重架(1)，位于同侧的辅助驱动分支(71)和主驱动分支(72)的第一万向副(73)和第二万向副(74)安装方向相同。
6.如权利要求5所述一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，其特征在于：所述辅助驱动分支(71)和主驱动分支(72)为液压缸。
7.如权利要求5所述一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，其特征在于：所述第一万向副(73)为球副或虎克副。
8.如权利要求5所述一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，其特征在于：所述第二万向副(74)为球副或虎克副。
9.如权利要求5所述一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，其特征在于：所述摇摆物安装架(5)包括多个摇摆物安装架支杆(51)和位于多个摇摆物安装架支杆(51)下端的摇摆物安装架底板(52)，多个摇摆物安装架支杆(51)和摇摆物安装架底板(52)围成一个供摇摆物摆放的空间，多个摇摆物安装架支杆(51)的上端设有连接内摇架(4)的框体安装座(54)。
10.如权利要求9所述一种串并联组合式两自由度重型摇摆台，其特征在于：所述驱动连接架(6)和并联驱动机构(7)均位于摇摆物安装架支杆(51)的***。
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