CN213956799U - 一种考虑运动副间隙与刚度的空间多体机构刚柔耦合试验器 - Google Patents
一种考虑运动副间隙与刚度的空间多体机构刚柔耦合试验器 Download PDFInfo
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Abstract
一种考虑运动副间隙与刚度的空间多体机构刚柔耦合试验器，包括驱动部分、传动部分、执行部分、调节部分、测量部分。通过丝杠带动滑台做直线运动，一级二级曲柄绕各自转轴转动，转动过程中角度传感器测量曲柄摆角。如需研究平面滑块曲柄机构，则取下用于连接关节轴承法兰盘与一级曲柄的螺栓。如需考虑不同连杆长度对于整体机构动态性能的影响，则拧动一级连杆接头。如需考虑转动副间隙对于整体机构动态性能的影响，则更换更小直径的特殊销轴；如需考虑杆件柔性化对于整体机构动态性能的影响，则更换更小直径的二级连杆。本实用新型由平面滑块曲柄机构与空间RSSR机构整合而成，间隙、刚度、连杆长度可调，可做刚柔耦合试验。
Description
技术领域
本实用新型属于机械领域多体动力学试验装置，涉及一种考虑运动副间隙与刚度的空间多体机构刚柔耦合试验器。
背景技术
空间机构相比于平面机构而言，球副以及圆柱副的存在使得构型复杂，结构紧凑，杆件既有平动也有转动，广泛应用于航空航天等领域。随着工作环境和所处理的任务越来越复杂，对空间机构设计的要求越来越高，在设计制造时需要考虑的问题也越发深入，比如机构运动副间隙，接触刚度以及刚柔耦合对机构精度的影响等。在机械结构中由于磨损、制造公差以及安装误差的存在，运动副间不可避免会有间隙的产生。大量研究已经证实，间隙会导致机构的振动和疲劳，进一步地降低输出运动的精度，影响整体设备的动力学性能。
此外，虽然学者们对考虑间隙和刚度的机构做了很多研究，然试验部分侧重于平面机构，空间机构侧重于理论建模与仿真，鲜有设计考虑运动副间隙与刚度的空间多体机构刚柔耦合试验器。本实用新型由平面滑块曲柄机构与空间 RSSR机构整合而成，间隙、刚度、连杆长度、驱动方式可调，可做刚柔耦合试验，所以本实用新型对空间机构的动力学的研究在相关领域的机械***设计上具有重要意义。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种考虑运动副间隙与刚度的空间多体机构刚柔耦合试验器，实现通过试验的方式研究运动副间隙、刚度，驱动方式、连杆长度以及刚柔耦合对于空间机构动力学结果的影响。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种考虑运动副间隙与刚度的空间多体机构刚柔耦合试验器，该试验器按照各部分功能划分为：驱动部分、传动部分、执行部分、调节部分、测量部分。
所述驱动部分主要包括轴承座2、型材3、电机板4、步进电机5、丝杠6、滑台7。所述轴承座2通过螺栓安装在滑台7上，滑台7与丝杠6配合，丝杠6 安装在电机板4上；所述的步进电机5通过螺钉安装在对应的电机板4上，电机板4与所述型材3固定；型材3通过底部螺栓与底座1固定。
所述传动部分包括两个一级连杆(9-1和9-2)、一级连杆接头10、一级曲柄12、两个关节轴承法兰盘(13-1和13-2)、两个关节轴承接头(14-1和14-2)、两个关节轴承调节器(15-1和15-2)、二级连杆16。一级连杆A9-1与所述轴承座2通过普通销轴8相连；一级连杆B9-2与一级曲柄12通过特殊销轴11相连，该连接部分可调间隙与刚度，稍后详述；两个一级连杆之间通过一级连杆接头10连接。所述关节轴承法兰盘A13-1由螺栓固定在一级曲柄12上，关节轴承法兰盘A13-1与关节轴承接头A14-1连接；所述关节轴承法兰盘B13-2由螺栓固定在二级曲柄17上方，关节轴承法兰盘B13-2与关节轴承接头B14-2连接。所述二级连杆16两端通过螺纹与两个关节轴承调节器15相连，两个关节轴承调节器(15-1和15-2)通过螺纹与两个关节轴承接头(14-1和14-2)相连，其中所述关节轴承调节器为可替换接头，其内孔直径可变，因而二级连杆16的直径亦随之变化，由此即可改变细长杆(二级连杆16)的刚性，实现刚柔耦合，详情参见图4。
所述执行部分包括二级曲柄17、角度轴承座B18-2、角度销轴B19-2。所述二级曲柄17底部通过键与角度销轴B19-2固定，角度销轴B19-2与所述角度轴承座B18-2的轴承内孔过盈配合，末端以轴用卡簧挡住，限制角度销轴B19-2 的轴向位移。
所述调节部分包括长度调节与间隙调节：所述的长度调节部分包括：一级连杆、一级连杆接头10。所述一级连杆接头10通过螺纹连接的方式接入一级连杆A9-1和一级连杆B9-2，其中，一级连杆接头10左右两端螺纹旋向相反，一级连杆A9-1为左旋，一级连杆B9-2为右旋，由此转动一级连杆接头10时，一级连杆会向内缩或向外扩，实现调节长度的目的。所述的间隙调节部分包括：一级连杆B9-2、特殊销轴11、一级曲柄12。所述特殊销轴11一端通过螺纹连接在一级连杆B9-2上，另一端***一级曲柄12的销孔中，并用卡簧限制轴向位移，通过改变特殊销轴11的轴径便可做到间隙调节，在特殊销轴11的外径电镀不同材料，便可做到改变刚度，由此实现了机构的间隙与刚度调节，详情参见图5。
所述测量部分主要包括两个角度销轴19-1和19-2，两个角度测量支架(20-1 和20-2)、两个角度传感器(21-1和21-2)、两个联轴器(22-1和22-2)。本实用新型中共有两处测量，其一：所述角度销轴A19-1通过键连接在一级曲柄 12上，又穿过角度轴承座A18-1的内孔；联轴器A22-1连接的是角度销轴A19-1 和角度传感器A21-1；角度传感器A21-1由螺栓固定在角度测量支架A20-1，角度测量支架A20-1外侧加工有滑道以便调节角度传感器A21-1的高度适应不同的离地距离；其二，所述角度销轴B19-2通过键连接在二级曲柄17上，又穿过角度轴承座B18-2的内孔；角度销轴B19-2和角度传感器B21-2由联轴器连接；角度传感器B21-2由螺栓固定在角度测量支架B20-2，角度测量支架B20-2外侧加工有滑道以便调节角度传感器B21-2的高度适应不同的离地距离。
本实用新型的使用过程为：将试验器安装好后，外部控制信号控制所述步进电机5转动，通过丝杠6带动滑台7做直线运动，进一步地所述一级曲柄12 与二级曲柄17绕各自转轴转动，转动过程中角度传感器A21-1测量一级曲柄12 的摆角，角度传感器B21-2测量二级曲柄17的摆角。如需研究平面滑块曲柄机构，则取下用于连接关节轴承法兰盘A13-1与一级曲柄12的螺栓。如需考虑不同连杆长度对于整体机构动态性能的影响，则拧动一级连杆接头10即可。如需考虑转动副间隙对于整体机构动态性能的影响，则更换更小直径的特殊销轴11 即可；如需考虑杆件柔性化对于整体机构动态性能的影响，则更换更小直径的二级连杆16即可。
本实用新型的有益效果为：可以研究平面滑块曲柄机构以及空间机构的动态性能；采用螺纹连接的一级连杆接头10可改变连杆长度；采用可拆换特殊销轴11可研究不同间隙对于机构性能的影响；采用可拆换二级连杆16可研究不同间隙对于机构性能的影响。
附图说明
图1为本实用新型的三维图。
图2为本实用新型的后视图。
图3为本实用新型测量部分示意图。
图4为本实用新型刚柔耦合部分示意图。
图5为本实用新型间隙调节部分示意图。
图中：1底板；2轴承座；3型材；4电机板；5步进电机；6丝杠；7滑台； 8普通销轴；9-1一级连杆A；9-2一级连杆B；10一级连杆接头；11特殊销轴； 12一级曲柄；13-1关节轴承法兰盘A；13-2关节轴承法兰盘B；14-1关节轴承接头A；14-2关节轴承法兰盘B；15-1关节轴承调节器A；15-2关节轴承调节器B；16二级连杆；17二级曲柄；18-1角度轴承座A；18-2角度轴承座B；19-1 角度销轴A；19-2角度销轴B；20角度测量支架A；20-2角度测量支架B；21-1 角度传感器A；21-2角度传感器B；22-1联轴器A；22-2联轴器B。
具体实施方式
结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。
本实用新型采用如下的技术方案实现：该试验器按照各部分的功能可以划分为：驱动部分、传动部分、执行部分、调节部分，测量部分。
所述驱动部分主要包括:轴承座2、型材3、电机板4、步进电机5、丝杠6、滑台7。所述轴承座2通过螺栓安装在滑台7上，滑台7与丝杠6配合，丝杠6 安装在电机板4上；所述的步进电机5通过螺钉安装在对应的电机板4上，电机板4与所述型材3固定；型材3通过底部螺栓与底座1固定。所述步进电机5 由PLC控制，驱动整体机构运动，驱动方式支持匀速、匀加速，简弦等。
所述传动部分包括：一级连杆、一级连杆接头10、一级曲柄12、关节轴承法兰盘、关节轴承接头、关节轴承调节器、二级连杆16。一级连杆A9-1与所述轴承座2通过普通销轴8相连；一级连杆B9-2与一级曲柄12通过特殊销轴11 相连，该连接部分可调间隙与刚度，稍后详述；所述关节轴承法兰盘A13-1由螺栓固定在一级曲柄12上，所述关节轴承法兰盘B13-2由螺栓固定在二级曲柄 17上；二级连杆16两端借助螺纹与关节轴承调节器15相连，关节轴承调节器 15借助螺纹与关节轴承接头14相连，其中所述关节轴承调节器15为可替换接头，其内孔直径可变，因而二级连杆16的直径亦随之变化，由此即可改变细长杆(二级连杆16)的刚性，实现刚柔耦合，详情参见图4。所述步进电机5做直线运动，带动一级连杆做平面平动和摆动，进一步带动一级曲柄12绕角度销轴A19-1转动；一级曲柄12的运动经由关节轴承——二级连杆16——关节轴承传递到执行部分。
所述执行部分包括：二级曲柄17、角度轴承座B18-2、角度销轴B19-2。所述二级曲柄17通过键与角度销轴B19-2固定，角度销轴B19-2与所述角度轴承座B18-2的轴承内孔过盈配合，末端以轴用卡簧挡住，限制角度销轴B19-2的轴向位移。所述二级曲柄17受到二级连杆16的驱动，绕角度销轴A19-1转动，其转轴与一级曲柄12的转轴并不平行，而是存在一定的夹角，该夹角受限于关节轴承的选型，实际使用中该夹角、关节轴承的最大摆角以及轴承座的位置等需要优化之后确定。
所述调节部分包括长度调节与间隙调节，长度调节部分包括：一级连杆、一级连杆接头10。所述一级连杆接头10通过螺纹连接的方式接入一级连杆A9-1 和一级连杆B9-2，其中，一级连杆接头10左右两端螺纹旋向相反，一级连杆 A9-1为左旋，一级连杆B9-2为右旋，由此转动一级连杆接头10时，一级连杆会向内缩或向外扩，实现调节长度的目的。间隙调节部分包括：一级连杆B9-2、特殊销轴11、一级曲柄12。所述特殊销轴11一端通过螺纹连接在一级连杆B9-2 上，另一端***一级曲柄12的销孔中，并用卡簧限制轴向位移，通过改变特殊销轴11的轴径便可做到间隙调节，在特殊销轴11的外径电镀不同材料，便可做到改变刚度，由此实现了机构的间隙与刚度调节，详情参见图5。所述特殊销 11拆卸方便，且对于更换不同直径的特殊销安装简单。
所述测量部分主要包括：角度销轴19、角度测量支架20、角度传感器21、联轴器22。本实用新型中共有两处测量，仅介绍其中一处，另一处同理。所述角度销轴A19-1通过键连接在一级曲柄12上，又穿过角度轴承座A18-1的内孔；联轴器A22-1连接的是角度销轴A19-1和角度传感器A21-1；角度传感器A21-1 由螺栓固定在角度测量支架A20-1，角度测量支架A20-1外侧加工有滑道以便调节角度传感器A21-1的高度适应不同的离地距离。传感器输出一般为电压信号或电流信号，经数据采集卡采集后即可在计算机显示。
在研究所述二级连杆16柔性化对于该试验器动力学特性的影响时，更换直径较小的二级连杆16，并且可在二级连杆16上粘贴三向加速度传感器采集数据。
以上所述实施例仅表达本实用新型的实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1.一种考虑运动副间隙与刚度的空间多体机构刚柔耦合试验器，其特征在于，所述的试验器按照各部分功能划分为：驱动部分、传动部分、执行部分、调节部分、测量部分；
所述驱动部分包括轴承座(2)、型材(3)、电机板(4)、步进电机(5)、丝杠(6)、滑台(7)；所述轴承座(2)安装在滑台(7)上，滑台(7)与丝杠(6)配合，丝杠(6)安装在电机板(4)上；所述的步进电机(5)安装在电机板(4)上，电机板(4)与型材(3)固定；型材(3)底部固定在底座(1)上；
所述传动部分包括两个一级连杆、一个一级连杆接头(10)、一个一级曲柄(12)、两个关节轴承法兰盘、两个关节轴承接头、两个关节轴承调节器、一个二级连杆(16)；一级连杆A(9-1)与轴承座(2)通过普通销轴(8)相连；一级连杆B(9-2)与一级曲柄(12)通过特殊销轴(11)相连，该连接部分可调间隙与刚度；两个一级连杆之间通过一级连杆接头(10)连接；关节轴承法兰盘A(13-1)、关节轴承法兰盘B(13-2)分别固定在一级曲柄(12)、二级曲柄(17)上，关节轴承法兰盘A(13-1)、关节轴承法兰盘B(13-2)分别与关节轴承接头A(14-1)、关节轴承接头B(14-2)连接；所述二级连杆(16)两端与关节轴承调节器通过螺纹相连，两个关节轴承调节器通过螺纹与两个关节轴承接头相连；所述关节轴承调节器为可替换接头，其内孔直径可变，因而二级连杆(16)的直径亦随之变化，由此即可改变二级连杆(16)的刚性，实现刚柔耦合；
所述执行部分包括二级曲柄(17)、角度轴承座B(18-2)、角度销轴B(19-2)；所述二级曲柄(17)底部与角度销轴B(19-2)固定，角度销轴B(19-2)与角度轴承座B(18-2)的轴承内孔过盈配合，末端以轴用卡簧挡住，限制角度销轴B(19-2)的轴向位移；
所述调节部分包括长度调节与间隙调节：
所述的长度调节部分包括：两个一级连杆、一级连杆接头(10)；所述一级连杆接头(10)通过螺纹连接的方式接入一级连杆A(9-1)和一级连杆B(9-2)，其中，一级连杆接头(10)左右两端螺纹旋向相反，转动一级连杆接头(10)时，一级连杆会向内缩或向外扩，实现调节长度的目的；
所述的间隙调节部分包括：一级连杆B(9-2)、特殊销轴(11)、一级曲柄(12)；所述特殊销轴(11)一端通过螺纹连接在一级连杆B(9-2)上，另一端***一级曲柄(12)的销孔中，并用卡簧限制轴向位移，通过改变特殊销轴(11)的轴径实现间隙调节，通过特殊销轴(11)的外径电镀不同材料实现改变刚度，进而实现机构的间隙与刚度调节；
所述测量部分主要包括两个角度销轴，两个角度测量支架、两个角度传感器、两个联轴器；共有两处测量，其一：角度销轴A(19-1)连接在一级曲柄(12)上，且穿过角度轴承座A(18-1)的内孔；角度销轴A(19-1)和角度传感器A(21-1)通过联轴器A(22-1)连接；角度传感器A(21-1)固定在角度测量支架A(20-1)上，角度测量支架A(20-1)外侧加工有滑道用于调节角度传感器A(21-1)的高度适应不同的离地距离；其二，角度销轴B(19-2)连接在二级曲柄(17)上，且穿过角度轴承座B(18-2)的内孔；角度销轴B(19-2)和角度传感器B(21-2)由联轴器连接；角度传感器B(21-2)固定在角度测量支架B(20-2)上，角度测量支架B(20-2)外侧加工有滑道用于调节角度传感器B(21-2)的高度适应不同的离地距离。
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