CN115148068A - 弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置。模拟装置包括底座、加载回正机构、旋转轴、轴承座和左右驾驶机构，旋转轴依次穿过底座上的轴承座支撑布置；加载回正机构设置在底座中间的位置，加载回正机构的顶部与旋转轴同步连接，加载回正机构的底部穿过底座，驾驶机构以加载回正机构为中心对称分布地安装在旋转轴的两端，加载回正机构包括加载部分和回正部分，驾驶机构通过控制旋转轴转动，进而带动加载部分的滑动块做水平移动，使得回正部分的滚动轴承发生自转和移动，进而压缩回正弹簧产生弹力，之后滚动轴承、滑动块及旋转轴在弹力的作用下复位。具有两侧驾驶柱同步同幅度推压、各构件自动复位的优点。

Description

弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置

技术领域

本发明涉及了飞机驾驶仿真技术领域的一种大飞机驾驶柱模拟装置，尤其涉及弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置。

背景技术

大飞机驾驶仿真装置***是用来模拟飞行器飞行，提供逼近真实操作环境、真实操纵机构、操作负荷及运动的装置，可为科学研究、人员培训等提供大飞机仿真环境，起到节省经费、提高训练效率等目的。

驾驶柱是大飞机驾驶舱操纵机构中的主要部件，操纵者可前后推拉左右驾驶柱来操纵升降舵实现飞机上升和下降。当操纵者松开驾驶柱后，驾驶柱将会回到中立位置；当左驾驶位置或右驾驶位置分别推拉驾驶柱运动时，另一侧驾驶位驾驶柱将会同步运动。

目前，专业驾驶模拟装置对于力感反馈的要求越来越高，特别是军用车辆、飞机驾驶员训练模拟，可以模拟出各种复杂环境供驾驶员训练。这些模拟要求模拟效果真实，反馈力矩大，对于飞机驾驶柱需要提供最大200N·m的阻力矩，即驾驶员推动驾驶柱的力感。

现市面上的飞机驾驶柱仿真装置力感小且没有设置物理回中机构，一般只是简易仿真驾驶柱的前推和后拉运动，并通过弹簧模组进行运动加载。由于运动过程中旋转轴处和弹簧模组内部的摩擦力，造成驾驶柱在接近零位时不能自动回正到绝对零位，这对用这套大飞机驾驶柱模拟装置进行飞行员操作训练和科学研究测试带来了误差。因此需要一种能够适应大负载、结构简单、具备回正功能的大飞机驾驶柱仿真装置。

发明内容

针对大飞机驾驶柱仿真装置的现状和需求，设计发明了一种基于弹簧模组加载和回正机构辅助驾驶柱回正绝对零位的大飞机驾驶柱模拟装置，该模拟装置可做到左右驾驶位驾驶柱同步运动，回正机构能够确保驾驶柱每次无负载时，左右驾驶柱自动回到绝对零位；左右驾驶柱操纵有力感。与传统驾驶柱模拟操纵装置相比，结构简单、回正精度更高。

本发明的目的在于提供一种基于弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，适用于对回正精度要求较高的大飞机驾驶仿真装置。

本发明采用的技术方案是：

所述模拟装置包括底座、加载回正机构、旋转轴、轴承座、左驾驶机构和右驾驶机构；所述底座两侧上均设置有轴承座，所述旋转轴依次穿过底座上的轴承座支撑布置；所述加载回正机构设置在底座中间的位置，所述加载回正机构的顶部与旋转轴同步连接，所述加载回正机构的底部穿过底座，所述左侧驾驶机构和右侧驾驶机构具有相同的结构，所述左侧驾驶机构和右侧驾驶机构以加载回正机构为中心对称分布地安装在旋转轴的两端，且所述左驾驶机构和右驾驶机构分别位于相邻轴承座之间。

所述左驾驶机构包括方向盘、驾驶柱、驾驶柱固定座和连接件；所述驾驶柱的顶部铰接有方向盘，所述驾驶柱的底端依次固定安装有驾驶柱固定座和连接件，所述连接件套装在旋转轴上与旋转轴同步连接，使得方向盘通过驾驶柱控制旋转轴转动。

所述加载回正机构包括加载部分和回正部分，所述回正部分位于加载部分中部下方，且加载部分与回正部分活动连接；所述加载部分包括传动杠杆、圆球头杆件、加载弹簧、两条光轴、螺栓、加载力调整板、滑轨和滑动块；所述传动杠杆、圆球头杆件和滑动块自上而下依次连接，所述传动杠杆的顶端开设有键槽，所述传动杠杆通过自身的键槽与旋转轴同步连接，所述传动杠杆的底端开设有螺纹孔，所述传动杠杆通过自身的螺纹孔与圆球头杆件的一端螺纹连接。

所述圆球头杆件的另一端为球形端，所述滑动块顶端面中间位置开设有凹槽，所述圆球头杆件的球形端向下嵌入滑动块顶端面开设的凹槽内与滑动块同步连接；所述两条光轴均沿垂直于旋转轴的方向间隔设置在底座的端面之上，且所述两条光轴的两端均固定在底座的侧面上，所述滑动块通过自身的两个通孔同时活动套装在两条光轴上，使得滑动块与两条光轴滑动连接，所述滑动块通过滑轨与底座滑动连接，使得旋转轴依次通过传动杠杆、圆球头杆件与滑动块同步连接，进而带动滑动块沿光轴做水平移动；所述滑动块的底端面在两条光轴之间开设有弧形槽，所述滑动块通过自身底端面开设的弧形槽与回正部分的滚动轴承活动连接；两条光轴同一侧的端部均共同设置有一个加载力调整板，每个所述加载力调整板均开设有三个通孔，每个所述加载力调整板通过自身边缘处的两个通孔同时套装在两条光轴上，每个所述加载力调整板通过自身开设的第三个通孔与螺栓螺纹连接，使得加载弹簧通过加载力调整板对螺栓施加压力；所述滑动块和加载力调整板之间的光轴上均套装有加载弹簧。

所述回正部分包括回正机构外壳和设置在回正机构外壳内的滚动轴承、连接块、回正弹簧和调节块；所述回正机构外壳固定安装在底座的中部下方，所述滚动轴承、连接块、回正弹簧和调节块自上而下依次连接，所述连接块的顶部加工有平行于旋转轴的连杆，所述滚动轴承同轴套装在连接块顶部的连杆上，所述连接块的底部加工为凸起结构，所述回正弹簧的一端与连接块的凸起结构同轴套装，所述回正弹簧的另一端固定在调节块的顶端面上，所述调节块底端面开设有螺纹孔，所述调节块通过自身的螺纹孔与回正机构外壳底部螺纹连接，所述滑动块水平移动带动滑动块的弧形槽内的滚动轴承自转并滑出弧形槽，所述滚动轴承滑出弧形槽的同时向压缩回正弹簧的方向移动，进而压缩回正弹簧。

所述模拟装置还包括光电编码器和压力传感器，所述光电编码器安装在旋转轴靠近右侧驾驶机构的一端，所述压力传感器设置在底座上位于两条光轴之间，且压力传感器检测面与螺栓远离滑动块的一端接触连接。

所述回正部分还包括限位销，所述连接块的一个侧面开设有条形槽，所述限位销穿过回正机构外壳的侧面***连接块侧面开设的条形槽。

所述圆球头杆件的一端还套装有调节螺母，所述调节螺母刚好位于传动杠杆的下方。

所述底座两侧的端面上均安装有一个限位保护构件，两个所述限位保护构件位于旋转轴同一侧且均位于旋转轴附近。

所述回正机构外壳与底座焊接连接。

所述驾驶柱固定座和连接件通过螺栓螺母固接，所述连接件通过键与旋转轴同步连接，所述轴承座与底座通过螺栓螺母固接。本发明的有益效果是：

1)通过压缩弹簧产生的恢复力作为驾驶柱加载，实现驾驶柱前后推压时能提供力负载，通过调节加载力调整板的位置，能够调节加载弹簧的预紧量。

2)通过连接件刚性连接左右驾驶位置的驾驶柱运动机构，使左右驾驶位驾驶柱运动能联动，一侧驾驶柱推压可带动另一侧同步同幅度推压。

3)本驾驶柱模拟装置装有压力传感器及光电编码器，可以根据传感器实时检测驾驶柱的位移及受力情况。

4)本驾驶柱模拟装置装有限位保护构件，实现驾驶柱运动范围的安全限位。

5)本驾驶柱模拟装置设计有回正机构，可实现驾驶柱在无负载的情况下自动返回绝对零位。

附图说明

图1是本发明大飞机驾驶柱模拟装置的整体结构示意图；

图2是加载及回正装置的剖视图；

图3是驾驶柱加载机构的剖视图；

图4是驾驶柱加载机构的俯视图；

图5是驾驶柱回正机构的剖视图；

图6是驾驶柱回正机构与滑动块接触部分的局部放大图。

图中：1-方向盘，2-驾驶柱，3-驾驶柱固定座，4-连接件，5-旋转轴，6-轴承座，7-限位保护构件，8-底座，9-加载回正机构，901-传动杠杆，902-圆球头杆件，903-调节螺母，904-滑动块，907-滚动轴承，908-连接块，909-限位销，910-回正弹簧，911-调节块，912-加载弹簧，913-光轴，914-螺栓，917-加载力调整板，919-压力传感器，921-滑轨，922-回正机构外壳，15-光电编码器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本模拟装置包括底座8、加载回正机构9、旋转轴5、轴承座6、左驾驶机构和右驾驶机构；底座8两侧上均间隔设置有两个轴承座6，旋转轴5依次穿过底座8上的四个轴承座6支撑布置且与每个轴承座6轴承连接；加载回正机构9设置在底座8中间的位置，为模拟装置提供力感和回正能力，加载回正机构9的顶部开设有键槽，加载回正机构9的顶端通过自身开设的键槽与旋转轴5同步连接，加载回正机构9的底部穿过底座8，左侧驾驶机构和右侧驾驶机构具有相同的结构，左侧驾驶机构和右侧驾驶机构以加载回正机构9为中心对称分布地安装在旋转轴5的两端，且左驾驶机构和右驾驶机构分别位于相邻轴承座6之间。

左驾驶机构包括方向盘1、驾驶柱2、驾驶柱固定座3和连接件4；驾驶柱2的顶部铰接有方向盘1，驾驶柱2的底端依次固定安装有驾驶柱固定座3和连接件4，驾驶柱固定座3的底面间隔设置有两个连接件4，两个连接件4间隔套装在两个相邻轴承座6之间的旋转轴5上与旋转轴5同步连接，使得方向盘1通过驾驶柱2控制旋转轴5转动。

加载回正机构9包括加载部分和回正部分，回正部分位于加载部分中部下方，且加载部分与回正部分活动连接；

如图2所示，加载部分包括传动杠杆901、圆球头杆件902、加载弹簧912、两条光轴913、螺栓914、加载力调整板917、滑轨921和滑动块904；传动杠杆901、圆球头杆件902和滑动块904自上而下依次连接，传动杠杆901的顶端开设有键槽，传动杠杆901通过自身的键槽与旋转轴5同步连接，传动杠杆901的底端开设有螺纹孔，螺纹孔内表面加工有内螺纹，圆球头杆件902的一端的外表面加工有外螺纹，传动杠杆901通过自身的螺纹孔与圆球头杆件902的一端螺纹连接；

圆球头杆件902的另一端为球形端，滑动块904顶端面中间位置开设有凹槽，圆球头杆件902的球形端向下嵌入滑动块904顶端面开设的凹槽内与滑动块904同步连接；

如图3和图4所示，两条光轴913均沿垂直于旋转轴5的方向间隔设置在底座8的端面之上，且两条光轴913的两端均固定在底座8的侧面上，形成滑动块904的滑动通道，滑动块904间隔开设有两个相互平行的通孔，滑动块904通过自身的两个通孔同时活动套装在两条光轴913上，使得滑动块904与两条光轴913滑动连接，滑动块904通过滑轨921与底座8滑动连接，使得旋转轴5依次通过传动杠杆901、圆球头杆件902与滑动块904同步连接，进而带动滑动块904沿光轴913做水平移动；

如图5所示，滑动块904的底端面在两条光轴913之间开设有弧形槽，滑动块904通过自身底端面开设的弧形槽与回正部分的滚动轴承907活动连接；两条光轴913同一侧的端部均共同设置有一个加载力调整板917，加载力调整板917通过螺母装置与光轴913滑动连接，具体为，加载力调整板917通过自身的螺纹孔与螺母装置螺纹连接，螺母装置通过自身的通孔套装在光轴913上，螺母装置通过调节螺母对加加载力调整板917进行预紧力调节，每个加载力调整板917均开设有三个通孔，每个加载力调整板917通过自身边缘处的两个通孔同时套装在两条光轴913上，每个加载力调整板917通过自身开设的第三个通孔与螺栓914螺纹连接，使得加载弹簧912通过加载力调整板917对螺栓914施加压力；滑动块904和加载力调整板917之间的光轴913上均套装有加载弹簧912，每个加载弹簧912在两端的内侧均设置有一个垫圈，垫圈套装在光轴913上，使得加载弹簧912的一端通过垫圈与滑动块904接触连接，加载弹簧912的另一端通过垫圈与加载力调整板917接触连接；用于减少加载弹簧912的摩擦损失。

回正部分包括回正机构外壳922和设置在回正机构外壳922内的滚动轴承907、连接块908、回正弹簧910和调节块911，滚动轴承907、连接块908、限位销909、回正弹簧910和调节块911组成的整体能够在回正机构外壳922中上下移动；回正机构外壳922固定在底座8的中部下方，滚动轴承907、连接块908、回正弹簧910和调节块911自上而下依次连接，连接块908的顶部加工有平行于旋转轴5的连杆，滚动轴承907同轴套装在连接块908顶部的连杆上，连接块908的底部加工为凸起结构，回正弹簧910的一端与连接块908的凸起结构同轴套装，回正弹簧910的另一端固定在调节块911的顶端面上，调节块911底端面开设有螺纹孔，调节块911通过自身的螺纹孔与回正机构外壳922底部螺纹连接，用于调整回正部分的高度，滑动块904水平移动带动滑动块904的弧形槽内的滚动轴承907自转并滑出弧形槽，滚动轴承907滑出弧形槽的同时向压缩回正弹簧910的方向移动，进而压缩回正弹簧910。

模拟装置还包括光电编码器15和压力传感器919，光电编码器15安装在旋转轴5靠近右侧驾驶机构的一端，压力传感器919设置在底座8上位于两条光轴913之间，且压力传感器919检测面与螺栓914远离滑动块904的一端接触连接。用于实时检测驾驶柱的受力情况力及位移情况。

回正部分还包括限位销909，连接块908的一个侧面开设有条形槽，限位销909穿过回正机构外壳922的侧面***连接块908侧面开设的条形槽，用于限制连接块908的移动范围。

圆球头杆件902加工有外螺纹的一端还套装有调节螺母903，调节螺母903刚好位于传动杠杆901的下方，用于调节圆球头杆件902的高度。具体的，调节螺母903预先安装在圆球头杆件902的螺纹上，与圆球头杆件902一起旋入传动杠杆901，然后通过改变调节螺母902的位置，调节圆球头杆件902的高度。螺纹旋合部分构成双螺母结构，起到防松的作用。

底座8两侧的端面上均安装有一个限位保护构件7，两个限位保护构件7位于旋转轴5同一侧且均位于旋转轴5附近。

回正机构外壳922与底座8焊接连接。

驾驶柱固定座3和连接件4通过螺栓螺母固接，连接件4通过键与旋转轴5同步连接，使得左驾驶柱和右驾驶柱同步运动，轴承座6与底座8通过螺栓螺母固接。

其中，加载弹簧912变形产生加载力，为驾驶柱2提供力感；回正弹簧910变形产生回正力，用于使驾驶柱2复位。传动杠杆901用于将驾驶柱2的旋转运动和旋转受力传递到下方的加载部分。

另外，滑动块904上通过外螺纹套管还安装有多个螺母组成加载预紧力调节装置，外螺纹套管的内侧焊接在光轴913上，用于给螺母提供安装条件。加载力调整板917夹在两侧螺母之间，实现对加载力调整板917的预紧力调节。

如图6所示，驾驶柱2位于绝对零位时，滚动轴承907位于滑动块904底端面开设的弧形槽内，如图6中的b。当驾驶柱2受负载作用位于绝对零位附近时，滚动轴承907在加载弹簧910的作用下滑出弧形槽，如图6中的a或c所示，且滚动轴承907向下压缩回正弹簧910产生弹力，之后驾驶柱2无负载时，在回正弹簧910的弹力作用下滚动轴承907回到弧形槽内，同时通过滑动块904圆球头杆件902和传动杠杆901带动驾驶柱2回正到绝对零位。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此及限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述模拟装置包括底座(8)、加载回正机构(9)、旋转轴(5)、轴承座(6)、左驾驶机构和右驾驶机构；所述底座(8)两侧上均设置有轴承座(6)，所述旋转轴(5)依次穿过底座(8)上的轴承座(6)支撑布置；所述加载回正机构(9)设置在底座(8)中间的位置，所述加载回正机构(9)的顶部与旋转轴(5)同步连接，所述加载回正机构(9)的底部穿过底座(8)，所述左侧驾驶机构和右侧驾驶机构具有相同的结构，所述左侧驾驶机构和右侧驾驶机构以加载回正机构(9)为中心对称分布地安装在旋转轴(5)的两端，且所述左驾驶机构和右驾驶机构分别位于相邻轴承座(6)之间。

2.根据权利要求1所述的一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述左驾驶机构包括方向盘(1)、驾驶柱(2)、驾驶柱固定座(3)和连接件(4)；所述驾驶柱(2)的顶部铰接有方向盘(1)，所述驾驶柱(2)的底端依次固定安装有驾驶柱固定座(3)和连接件(4)，所述连接件(4)套装在旋转轴(5)上与旋转轴(5)同步连接，使得方向盘(1)通过驾驶柱(2)控制旋转轴(5)转动。

3.根据权利要求1所述的一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述加载回正机构(9)包括加载部分和回正部分，所述回正部分位于加载部分中部下方，且加载部分与回正部分活动连接；所述加载部分包括传动杠杆(901)、圆球头杆件(902)、加载弹簧(912)、两条光轴(913)、螺栓(914)、加载力调整板(917)、滑轨(921)和滑动块(904)；所述传动杠杆(901)、圆球头杆件(902)和滑动块(904)自上而下依次连接，所述传动杠杆(901)的顶端开设有键槽，所述传动杠杆(901)通过自身的键槽与旋转轴(5)同步连接，所述传动杠杆(901)的底端开设有螺纹孔，所述传动杠杆(901)通过自身的螺纹孔与圆球头杆件(902)的一端螺纹连接；

所述圆球头杆件(902)的另一端为球形端，所述滑动块(904)顶端面中间位置开设有凹槽，所述圆球头杆件(902)的球形端向下嵌入滑动块(904)顶端面开设的凹槽内与滑动块(904)同步连接；所述两条光轴(913)均沿垂直于旋转轴(5)的方向间隔设置在底座(8)的端面之上，且所述两条光轴(913)的两端均固定在底座(8)的侧面上，所述滑动块(904)通过自身的两个通孔同时活动套装在两条光轴(913)上，使得滑动块(904)与两条光轴(913)滑动连接，所述滑动块(904)通过滑轨(921)与底座(8)滑动连接，使得旋转轴(5)依次通过传动杠杆(901)、圆球头杆件(902)与滑动块(904)同步连接，进而带动滑动块(904)沿光轴(913)做水平移动；所述滑动块(904)的底端面在两条光轴(913)之间开设有弧形槽，所述滑动块(904)通过自身底端面开设的弧形槽与回正部分的滚动轴承(907)活动连接；两条光轴(913)同一侧的端部均共同设置有一个加载力调整板(917)，每个所述加载力调整板(917)均开设有三个通孔，每个所述加载力调整板(917)通过自身边缘处的两个通孔同时套装在两条光轴(913)上，每个所述加载力调整板(917)通过自身开设的第三个通孔与螺栓(914)螺纹连接，使得加载弹簧(912)通过加载力调整板(917)对螺栓(914)施加压力；所述滑动块(904)和加载力调整板(917)之间的光轴(913)上均套装有加载弹簧(912)。

4.根据权利要求3所述的一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述回正部分包括回正机构外壳(922)和设置在回正机构外壳(922)内的滚动轴承(907)、连接块(908)、回正弹簧(910)和调节块(911)；所述回正机构外壳(922)固定安装在底座(8)的中部下方，所述滚动轴承(907)、连接块(908)、回正弹簧(910)和调节块(911)自上而下依次连接，所述连接块(908)的顶部加工有平行于旋转轴(5)的连杆，所述滚动轴承(907)同轴套装在连接块(908)顶部的连杆上，所述连接块(908)的底部加工为凸起结构，所述回正弹簧(910)的一端与连接块(908)的凸起结构同轴套装，所述回正弹簧(910)的另一端固定在调节块(911)的顶端面上，所述调节块(911)底端面开设有螺纹孔，所述调节块(911)通过自身的螺纹孔与回正机构外壳(922)底部螺纹连接，所述滑动块(904)水平移动带动滑动块(904)的弧形槽内的滚动轴承(907)自转并滑出弧形槽，所述滚动轴承(907)滑出弧形槽的同时向压缩回正弹簧(910)的方向移动，进而压缩回正弹簧(910)。

5.根据权利要求4所述的一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述模拟装置还包括光电编码器(15)和压力传感器(919)，所述光电编码器(15)安装在旋转轴(5)靠近右侧驾驶机构的一端，所述压力传感器(919)设置在底座(8)上位于两条光轴(913)之间，且压力传感器(919)检测面与螺栓(914)远离滑动块(904)的一端接触连接。

6.根据权利要求4所述的一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述回正部分还包括限位销(909)，所述连接块(908)的一个侧面开设有条形槽，所述限位销(909)穿过回正机构外壳(922)的侧面***连接块(908)侧面开设的条形槽。

7.根据权利要求4所述的一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述圆球头杆件(902)的一端还套装有调节螺母(903)，所述调节螺母(903)刚好位于传动杠杆(901)的下方。

8.根据权利要求1所述的一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述底座(8)两侧的端面上均安装有一个限位保护构件(7)，两个所述限位保护构件(7)位于旋转轴(5)同一侧且均位于旋转轴(5)附近。

9.根据权利要求4所述的一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述回正机构外壳(922)与底座(8)焊接连接。

10.根据权利要求1所述的一种弹簧模组加载和具备回正功能的大飞机驾驶柱模拟装置，其特征在于：所述驾驶柱固定座(3)和连接件(4)通过螺栓螺母固接，所述连接件(4)通过键与旋转轴(5)同步连接，所述轴承座(6)与底座(8)通过螺栓螺母固接。

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