專(zhuān)利名稱(chēng)：一種力矩負(fù)載模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種力矩負(fù)載模擬器，用于模擬加載展開(kāi)板之間轉(zhuǎn)軸上的阻力矩。該裝置能夠提供所需范圍的力矩，在力矩范圍內(nèi)可進(jìn)行力矩調(diào)節(jié)，以提供變化阻力矩，同時(shí)可以獲取運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)信息，屬于機(jī)械系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
負(fù)載模擬器就是一種用來(lái)在實(shí)驗(yàn)室條件下半實(shí)物地模擬承載對(duì)象所要求的力 (力矩)載荷的裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)飛行模擬器的機(jī)動(dòng)性和控制精度的要求越來(lái)越高，進(jìn)而對(duì)負(fù)載模擬器加載性能提出越來(lái)越高的要求，由此推動(dòng)了負(fù)載模擬器的研究進(jìn)展。傳統(tǒng)的力矩負(fù)載模擬器用于模擬飛機(jī)舵機(jī)上的力矩，從控制方式來(lái)看，可以分為電液和電動(dòng)兩種負(fù)載模擬器。目前，國(guó)內(nèi)外研制的各種負(fù)載模擬器大多是采用液壓馬達(dá)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液伺服控制系統(tǒng)，應(yīng)用于大轉(zhuǎn)矩、大功率的場(chǎng)合。由于傳統(tǒng)電液負(fù)載仿真臺(tái)屬于典型的被動(dòng)式電液力伺服系統(tǒng)，其加載系統(tǒng)受舵機(jī)的強(qiáng)位置干擾會(huì)產(chǎn)生大的多余力矩，加載力矩誤差較大。電動(dòng)式負(fù)載模擬器在小功率和小力矩領(lǐng)域內(nèi)比電液式負(fù)載模擬器成本低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、維修方便，但是存在加載轉(zhuǎn)角較小的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種力矩負(fù)載模擬器，是一種全新的力矩加載方式，利用發(fā)條彈簧(平面渦卷簧)加載力矩，解決現(xiàn)有的大轉(zhuǎn)矩負(fù)載模擬器加載誤差大及小轉(zhuǎn)矩負(fù)載模擬器轉(zhuǎn)角范圍有限的問(wèn)題，能夠成功加載板間轉(zhuǎn)軸上的阻力矩。本發(fā)明的目的是提出一種模擬轉(zhuǎn)軸上阻力矩的方法以及針對(duì)具體展開(kāi)板式機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝置使用連接接口，該裝置具有加載、測(cè)量、顯示及采集可變阻力矩，測(cè)量及采集轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)信息的功能。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是調(diào)節(jié)發(fā)條彈簧松緊程度產(chǎn)生力矩，與發(fā)條彈簧內(nèi)鉤固連的芯軸上的力矩通過(guò)減速器放大，得到所需的工作力矩范圍；減速器輸出軸上的工作力矩由力矩傳感器測(cè)得，芯軸的運(yùn)動(dòng)信息通過(guò)增量式編碼器測(cè)得；采集力矩值和轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)(角位移和角速度)，在PC機(jī)上進(jìn)行數(shù)值處理。本發(fā)明一種力矩負(fù)載模擬器，其包括二個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板I ;一個(gè)Y向調(diào)節(jié)固定支座2 ;—個(gè)Y向調(diào)節(jié)固定底板3 ; — 個(gè)法蘭聯(lián)軸器4 ;一個(gè)力矩傳感器5 ;—個(gè)波紋管聯(lián)軸器6 ;—個(gè)減速器7 ;—個(gè)固定端板8 ； 一個(gè)發(fā)條簧盒9 ; 二個(gè)調(diào)節(jié)手柄10 個(gè)芯軸11 ; 一個(gè)發(fā)條彈簧12 ;—個(gè)簧盒端蓋13 ;—個(gè)深溝球軸承14 ;一個(gè)空心軸編碼器15。負(fù)載模擬裝置的組成部件之間具體連接方式說(shuō)明如下二個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板I，其中一個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板與Y向調(diào)節(jié)的固定支座2的下端固連；另一個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板和Y向調(diào)節(jié)固定底板3的一端固連；法蘭聯(lián)軸器4下端與Y向調(diào)節(jié)固定底板3的另一端固連，法蘭聯(lián)軸器4上端的軸
3孔與力矩傳感器5的下端軸連接，以保證徑向固定；波紋管聯(lián)軸器6下端軸孔與力矩傳感器5的上端軸固連，波紋管聯(lián)軸器6上端軸孔與減速器7輸出軸固連，軸孔的固連通過(guò)夾緊固定方式實(shí)現(xiàn)；固定端板8的一端與減速器7的主體部分固連,另一端與Y向調(diào)節(jié)固定支座2的上端固連；發(fā)條彈簧12內(nèi)鉤插入芯軸11的鉤槽內(nèi)固定，發(fā)條彈簧12外鉤插入發(fā)條簧盒9的卡槽中固定；簧盒端蓋13固連在發(fā)條簧盒9上端，簧盒端蓋13中間的孔與軸承的外圈過(guò)盈配合以固定深溝球軸承14，簧盒端蓋13上端與空心軸編碼器15的固定耳片固連；芯軸11的下端軸穿過(guò)發(fā)條簧盒9的中心孔與減速器7輸入端軸孔通過(guò)夾緊固定是方式固連，芯軸11的上端軸穿過(guò)深溝球軸承14內(nèi)圈的孔與空心軸編碼器15的孔通過(guò)頂絲固定；兩個(gè)調(diào)節(jié)手柄10端部和發(fā)條簧盒9的兩個(gè)螺紋孔螺紋固連，通過(guò)調(diào)節(jié)手柄10預(yù)緊發(fā)條彈簧12后，發(fā)條簧盒9和固定端板8通過(guò)三個(gè)內(nèi)六角螺釘鎖定位置；負(fù)載模擬器16 通過(guò)兩個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板I分別與內(nèi)展開(kāi)板17和外展開(kāi)板18固連。本發(fā)明一種力矩負(fù)載模擬器，具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果I.力矩及轉(zhuǎn)軸角速度可測(cè)量,具有力矩信息及轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)信息采集處理系統(tǒng)；2.力矩加載方式簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定初始阻力矩，力矩大小可調(diào)節(jié);3.保證兩個(gè)工作轉(zhuǎn)軸同軸度的機(jī)械設(shè)計(jì)雙向滑動(dòng)底板，X向(沿展開(kāi)板面方向) 及Y向(展開(kāi)板面垂直方向)調(diào)整量都為±5mm，通過(guò)X、Y兩個(gè)方向的滑動(dòng)調(diào)節(jié)，保證負(fù)載模擬器的工作轉(zhuǎn)軸同展開(kāi)板的工作轉(zhuǎn)軸盡量在同一條直線上，以減少由于兩個(gè)工作轉(zhuǎn)軸不同軸所引起的多余力矩；4.采用波紋管聯(lián)軸器可以補(bǔ)償減速機(jī)輸出軸、力矩傳感器端軸之間的誤差(包括軸向、徑向及角相誤差)。


圖I是負(fù)載模擬器的組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是負(fù)載模擬器的工作示意圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明
1.Χ向調(diào)節(jié)固定底板2.Υ向調(diào)節(jié)固定支座3.Y向調(diào)節(jié)固定底板4.法蘭聯(lián)軸器5.力矩傳感器6.波紋管聯(lián)軸器7.減速器8.固定端板9.發(fā)條簧盒10.調(diào)節(jié)手柄11.芯軸12.發(fā)條彈簧13.黃盒端蓋14.深溝球軸承15.空心軸編碼器16.負(fù)載模擬器17.內(nèi)展開(kāi)板18.外展開(kāi)板
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是對(duì)存在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系的兩塊展開(kāi)板的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行力矩加載，發(fā)明的兩塊固定底板分別與內(nèi)展開(kāi)板、外展開(kāi)板側(cè)面連接。該力矩負(fù)載模擬器的組成具體包括二個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板I ;一個(gè)Y向調(diào)節(jié)固定支座2 ;—個(gè)Y向調(diào)節(jié)固定底板3 ; — 個(gè)法蘭聯(lián)軸器4 ;一個(gè)力矩傳感器5 ;—個(gè)波紋管聯(lián)軸器6 ;—個(gè)減速器7 ;—個(gè)固定端板8 ； 一個(gè)發(fā)條簧盒9 ; 二個(gè)調(diào)節(jié)手柄10 個(gè)芯軸11 ; 一個(gè)發(fā)條彈簧12 ;—個(gè)簧盒端蓋13 ;—個(gè)深溝球軸承14 ;一個(gè)空心軸編碼器15。負(fù)載模擬裝置的組成部件之間具體連接方式說(shuō)明如下二個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板I,其中一個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板與一個(gè)Y向調(diào)節(jié)的固定支座2的下端通過(guò)內(nèi)六角螺釘固連；另一個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板和一個(gè)Y向調(diào)節(jié)固定底板3的一端通過(guò)內(nèi)六角螺釘固連；法蘭聯(lián)軸器4下端與Y向調(diào)節(jié)固定底板3的另一端固連，法蘭聯(lián)軸器4上端的軸孔與力矩傳感器5的下端軸(帶鍵槽)與通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鍵連接，以保證徑向固定；波紋管聯(lián)軸器6下端軸孔與力矩傳感器5的上端軸固連，波紋管聯(lián)軸器6上端軸孔與減速器7輸出軸固連，軸孔的固連通過(guò)夾緊固定方式實(shí)現(xiàn)；固定端板8的一端與減速器7的主體部分通過(guò)內(nèi)六角螺釘固連，另一端與Y向調(diào)節(jié)固定支座2的上端通過(guò)內(nèi)六角螺釘固連；發(fā)條彈簧12內(nèi)鉤插入芯軸11的鉤槽內(nèi)固定，發(fā)條彈簧12外鉤插入發(fā)條簧盒9的卡槽中固定；簧盒端蓋13通過(guò)三個(gè)內(nèi)六角螺釘固連在發(fā)條簧盒9上端，簧盒端蓋13中間的孔與軸承的外圈過(guò)盈配合以固定深溝球軸承14，簧盒端蓋13上端與空心軸編碼器15的固定耳片通過(guò)螺釘固連；芯軸11的下端軸穿過(guò)發(fā)條簧盒9的中心孔與減速器7輸入端軸孔固連(夾緊固定方式)，芯軸11的上端軸穿過(guò)深溝球軸承14內(nèi)圈的孔(軸孔間隙配合)與空心軸編碼器 15的孔通過(guò)頂絲固定；兩個(gè)調(diào)節(jié)手柄10端部(外螺紋)和發(fā)條簧盒9的兩個(gè)螺紋孔(內(nèi)螺紋)螺紋固連，通過(guò)調(diào)節(jié)手柄10預(yù)緊發(fā)條彈簧12后，發(fā)條簧盒9和固定端板8通過(guò)三個(gè)內(nèi)六角螺釘鎖定位置；負(fù)載模擬器16通過(guò)兩個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板I分別與內(nèi)展開(kāi)板17和外展開(kāi)板18 固連。為使圖面清晰，以上所述起到固連作用的螺釘及標(biāo)準(zhǔn)鍵在圖中均予省略。如圖I所示的負(fù)載模擬器組成結(jié)構(gòu)示意圖，將兩個(gè)固定底板I的位置固定，通過(guò)調(diào)節(jié)手柄10對(duì)發(fā)條彈簧12預(yù)緊，達(dá)到所需的力矩范圍的最小值時(shí)，在固定端板8上最鄰近的螺紋孔位置用三個(gè)內(nèi)六角螺釘鎖定發(fā)條簧盒9。力矩傳感器5的數(shù)據(jù)接口處連接力矩顯示儀表，實(shí)時(shí)采集當(dāng)前狀態(tài)力矩信息。力矩負(fù)載模擬器的轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)信息通過(guò)增量式空心軸編碼器15測(cè)量，空心軸編碼器15有相應(yīng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出端口。采集到的力矩信息和轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)信息通過(guò)數(shù)據(jù)線導(dǎo)入上位機(jī)進(jìn)行后期數(shù)值處理。如圖2所示的負(fù)載模擬器的工作示意圖，將兩塊X向調(diào)節(jié)固定底板通過(guò)內(nèi)六角螺釘分別固定在內(nèi)展開(kāi)板17及外展開(kāi)板18的側(cè)面。現(xiàn)需要在內(nèi)、外板的轉(zhuǎn)軸上施加大于SNm 的力矩負(fù)載。根據(jù)所需的力矩范圍，選取發(fā)條彈簧12尺寸(截面厚度、寬度，圈數(shù)及外徑)， 進(jìn)而確定圖I中發(fā)條簧盒9的直徑尺寸。
權(quán)利要求
1. 一種力矩負(fù)載模擬器，其特征在于該模擬器包括二個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板⑴；一個(gè)Y向調(diào)節(jié)固定支座⑵；一個(gè)Y向調(diào)節(jié)固定底板⑶； 一個(gè)法蘭聯(lián)軸器(4);一個(gè)力矩傳感器(5);—個(gè)波紋管聯(lián)軸器￠);一個(gè)減速器(7);—個(gè)固定端板(8);—個(gè)發(fā)條簧盒(9) ; 二個(gè)調(diào)節(jié)手柄(10)個(gè)芯軸(11); 一個(gè)發(fā)條彈簧(12)； 一個(gè)簧盒端蓋(13)個(gè)深溝球軸承(14); 一個(gè)空心軸編碼器(15)；各組成部件之間具體連接方式如下其中一個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板(I)與Y向調(diào)節(jié)的固定支座(2)的下端固連；另一個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板(I)和Y向調(diào)節(jié)固定底板(3)的一端固連；法蘭聯(lián)軸器(4)下端與Y向調(diào)節(jié)固定底板(3)的另一端固連，法蘭聯(lián)軸器(4)上端的軸孔與力矩傳感器(5)的下端軸連接，以保證徑向固定；波紋管聯(lián)軸器(6)下端軸孔與力矩傳感器(5)的上端軸固連，波紋管聯(lián)軸器(6)上端軸孔與減速器(7)輸出軸固連，軸孔的固連通過(guò)夾緊固定方式實(shí)現(xiàn)；固定端板(8)的一端與減速器(7)的主體部分固連，另一端與Y向調(diào)節(jié)固定支座(2) 的上端固連；發(fā)條彈簧(12)內(nèi)鉤插入芯軸(11)的鉤槽內(nèi)固定，發(fā)條彈簧(12)外鉤插入發(fā)條簧盒(9)的卡槽中固定；簧盒端蓋(13)固連在發(fā)條簧盒(9)上端，簧盒端蓋(13)中間的孔與軸承的外圈過(guò)盈配合以固定深溝球軸承(14)，簧盒端蓋(13)上端與空心軸編碼器(15)的固定耳片固連； 芯軸(11)的下端軸穿過(guò)發(fā)條簧盒(9)的中心孔與減速器(7)輸入端軸孔通過(guò)夾緊固定是方式固連，芯軸(11)的上端軸穿過(guò)深溝球軸承(14)內(nèi)圈的孔與空心軸編碼器(15)的孔通過(guò)頂絲固定；兩個(gè)調(diào)節(jié)手柄(10)端部和發(fā)條簧盒(9)的兩個(gè)螺紋孔螺紋固連，通過(guò)調(diào)節(jié)手柄(10) 預(yù)緊發(fā)條彈簧(12)后，發(fā)條簧盒(9)和固定端板(8)通過(guò)三個(gè)內(nèi)六角螺釘鎖定位置。
全文摘要
一種力矩負(fù)載模擬器，其特征在于該模擬器包括二個(gè)X向調(diào)節(jié)固定底板；一個(gè)Y向調(diào)節(jié)固定支座；一個(gè)Y向調(diào)節(jié)固定底板；一個(gè)法蘭聯(lián)軸器；一個(gè)力矩傳感器；一個(gè)波紋管聯(lián)軸器；一個(gè)減速器；一個(gè)固定端板；一個(gè)發(fā)條簧盒；二個(gè)調(diào)節(jié)手柄；一個(gè)芯軸；一個(gè)發(fā)條彈簧；一個(gè)簧盒端蓋；一個(gè)深溝球軸承；一個(gè)空心軸編碼器。本發(fā)明的力矩及轉(zhuǎn)軸角速度可測(cè)量；力矩加載方式簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；保證兩個(gè)工作轉(zhuǎn)軸同軸度的機(jī)械設(shè)計(jì)；采用波紋管聯(lián)軸器可以補(bǔ)償減速機(jī)輸出軸、力矩傳感器端軸之間的誤差。
文檔編號(hào)G01M13/00GK102607825SQ20111044186
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者劉冠陽(yáng), 張玉茹, 王衍, 陳超 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)