一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模擬飛機(jī)操縱面氣動(dòng)鉸鏈力矩形成的操縱載荷機(jī)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法。
【背景技術(shù)】
[0002]參見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖1?3，采用彈簧載荷機(jī)構(gòu)作為力感裝置，根據(jù)實(shí)際需求不同，可以設(shè)計(jì)為單彈簧單梯度載荷機(jī)構(gòu)、雙彈簧雙梯度載荷機(jī)構(gòu)、三彈簧三梯度載荷機(jī)構(gòu)。雙梯度和三梯度載荷機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)梯度變化以適應(yīng)飛行員需求，但加工裝配較為復(fù)雜，力調(diào)試?yán)щy。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法，針對(duì)單一彈簧載荷機(jī)構(gòu)在梯度變化時(shí)，機(jī)構(gòu)加工裝配復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy的問(wèn)題，采用組合式的力感裝置:彈簧加凸輪機(jī)構(gòu)，能夠有效解決力梯度變化，提供良好的操縱力感，且彈簧載荷機(jī)構(gòu)采用單梯度，加工裝配較為簡(jiǎn)單，力和力梯度的調(diào)整也較為方便。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法，其機(jī)構(gòu)包括擺動(dòng)搖臂、滾子軸承、凸輪、載荷結(jié)構(gòu)支架和彈簧載荷機(jī)構(gòu)；所述彈簧載荷機(jī)構(gòu)頂端和底端分別與擺動(dòng)搖臂和載荷機(jī)構(gòu)支架銷軸連接；所述凸輪安裝在載荷機(jī)構(gòu)支架上，且與滾子軸承接觸；所述滾子軸承與擺動(dòng)搖臂通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)件連接。
[0006]一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法，其算法包括以下步驟:步驟一，繪制扭矩-行程曲線；步驟二，線架圖形繪制；步驟三，彈簧的預(yù)緊力計(jì)算；步驟四，旋轉(zhuǎn)凸輪一個(gè)相應(yīng)角度，求得各有效力臂和彈簧壓縮量；步驟五，彈簧的特性確定；步驟六，根據(jù)各有效力臂和彈簧壓縮量，計(jì)算該角度下的扭矩值，并判斷是否合格；
[0007]其中在步驟一中:依據(jù)用戶方提供的力-位移曲線要求，通過(guò)傳動(dòng)鏈系折算至凸輪旋轉(zhuǎn)點(diǎn)處，求得不同角度下的扭矩要求，并繪制扭矩-行程曲線；
[0008]在步驟二中，假定擺動(dòng)搖臂、彈簧、凸輪旋轉(zhuǎn)點(diǎn)位置，并畫(huà)出線架圖形；
[0009]在步驟三中，假定凸輪啟動(dòng)點(diǎn)位置，并根據(jù)啟動(dòng)扭矩應(yīng)用公式(I)計(jì)算彈簧的預(yù)緊力；
[0010]f = TcZl4^iVl1-------------(I)
[0011]在步驟四中，旋轉(zhuǎn)凸輪一個(gè)相應(yīng)角度，求得各有效力臂和彈簧壓縮量L2’和L2，根據(jù)扭矩值，應(yīng)用步驟三相同的方法求得彈簧力；
[0012]在步驟五中，根據(jù)步驟三和步驟四計(jì)算所得，進(jìn)而確定彈簧的特性；
[0013]在步驟六中，在步驟四基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)凸輪一個(gè)相應(yīng)角度，求得各有效力臂和彈簧壓縮量(L2”-L2’)，即可計(jì)算該角度下的扭矩值，并于步驟一中的扭矩值進(jìn)行對(duì)比，誤差比小于5%時(shí)，進(jìn)而認(rèn)為凸輪計(jì)算合格。
[0014]進(jìn)一步，所述的凸輪載荷機(jī)構(gòu)算法中，按照步驟四計(jì)算的半徑R1，減去滾子半徑R0,即為凸輪輪廓第一段的圓半徑；以起始線的一端為中心，Rl-RO為半徑作圓弧，即與滾子相切；旋轉(zhuǎn)步驟四相同的角度后，以終止線為終點(diǎn)，截取圓弧段，剩下的線段即為所求的第一段凸輪輪廓。
[0015]進(jìn)一步，以此類推，可求得最終的凸輪輪廓；凸輪求解完畢后，即可根據(jù)步驟五中計(jì)算的彈簧預(yù)緊力和剛度求解彈簧。
[0016]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明的凸輪彈簧載荷機(jī)構(gòu)及其算法，能夠較好的滿足飛行員力感要求。該技術(shù)已成功地在國(guó)內(nèi)的多個(gè)飛機(jī)型號(hào)上成功應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單新穎，實(shí)用性強(qiáng)，易于推廣使用。
【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:
[0018]圖1為現(xiàn)有的單彈簧單梯度載荷機(jī)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為現(xiàn)有的雙彈簧雙梯度載荷機(jī)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為現(xiàn)有的三彈簧三梯度載荷機(jī)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明的凸輪-彈簧載荷機(jī)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明的凸輪機(jī)構(gòu)線架圖形；
[0023]圖6為本發(fā)明的彈簧預(yù)緊力計(jì)算示意圖；
[0024]圖7為本發(fā)明的凸輪軌跡計(jì)算示意圖；
[0025]圖8為本發(fā)明的彈簧特性曲線示意圖；
[0026]圖9為本發(fā)明的凸輪軌跡計(jì)算示意圖；
[0027]圖10為本發(fā)明的凸輪軌跡作圖示意圖；
[0028]圖11為本發(fā)明的凸輪輪廓示意圖。
[0029]附圖標(biāo)記中:1、擺動(dòng)搖臂；2、滾子軸承；3、凸輪；4、載荷結(jié)構(gòu)支架；5、彈簧載荷機(jī)構(gòu)；a、搖動(dòng)擺臂旋轉(zhuǎn)中心；b、滾子運(yùn)動(dòng)軌跡；c、搖動(dòng)擺臂初始位置；d、彈簧初始位置；e、滾子初始位置；f、凸輪旋轉(zhuǎn)中心。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不因此而限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]實(shí)施例，見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖1?11。
[0032]如圖1?11所示，一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法，其機(jī)構(gòu)包括擺動(dòng)搖臂1、滾子軸承
2、凸輪3、載荷結(jié)構(gòu)支架4和彈簧載荷機(jī)構(gòu)5 ;所述彈簧載荷機(jī)構(gòu)5頂端和底端分別與擺動(dòng)搖臂I和載荷機(jī)構(gòu)支架4銷軸連接；所述凸輪3安裝在載荷機(jī)構(gòu)支架4上，且與滾子軸承2接觸；所述滾子軸承2與擺動(dòng)搖臂I通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)件連接。
[0033]一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法，其算法包括以下步驟:步驟一，繪制扭矩-行程曲線；步驟二，線架圖形繪制；步驟三，彈簧的預(yù)緊力計(jì)算；步驟四，旋轉(zhuǎn)凸輪一個(gè)相應(yīng)角度，求得各有效力臂和彈簧壓縮量；步驟五，彈簧的特性確定；步驟六，根據(jù)各有效力臂和彈簧壓縮量，計(jì)算該角度下的扭矩值，并判斷是否合格；其中在步驟一中:依據(jù)用戶方提供的力-位移曲線要求，通過(guò)傳動(dòng)鏈系折算至凸輪旋轉(zhuǎn)點(diǎn)處，求得不同角度下的扭矩要求，并繪制扭矩_行程曲線；
[0034]在步驟二中，假定擺動(dòng)搖臂、彈簧、凸輪旋轉(zhuǎn)點(diǎn)位置，并畫(huà)出線架圖形如圖5所示。
[0035]在步驟三中，假定凸輪啟動(dòng)點(diǎn)位置，并根據(jù)圖6中的啟動(dòng)扭矩應(yīng)用公式I計(jì)算彈簧的預(yù)緊力。
[0036]f = TcZl4^iVl1-------------(I)
[0037]在步驟四中，旋轉(zhuǎn)凸輪一個(gè)相應(yīng)角度，求得各有效力臂和彈簧壓縮量L2’和L2，根據(jù)扭矩值，應(yīng)用步驟三相同的方法求得彈簧力；
[0038]在步驟五中，根據(jù)步驟三和步驟四計(jì)算所得，進(jìn)而確定彈簧的特性；
[0039]在步驟六中，在步驟四基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)凸輪一個(gè)相應(yīng)角度，求得各有效力臂和彈簧壓縮量(L2”-L2’)，即可計(jì)算該角度下的扭矩值，并于步驟一中的扭矩值進(jìn)行對(duì)比，誤差比小于5%時(shí)，進(jìn)而認(rèn)為凸輪計(jì)算合格。
[0040]進(jìn)一步，所述的凸輪載荷機(jī)構(gòu)算法中，按照步驟四計(jì)算的半徑R1，減去滾子半徑R0,即為凸輪輪廓第一段的圓半徑；以起始線的一端為中心，Rl-RO為半徑作圓弧，即與滾子相切。旋轉(zhuǎn)步驟四相同的角度后，以終止線為終點(diǎn)，截取圓弧段，剩下的線段即為所求的第一段凸輪輪廓。
[0041]進(jìn)一步，以此類推，可求得最終的凸輪輪廓；凸輪求解完畢后，即可根據(jù)步驟五中計(jì)算的彈簧預(yù)緊力和剛度求解彈簧。
[0042]本發(fā)明通過(guò)第一段載荷特性曲線計(jì)算凸輪前段的輪廓，確定壓簧特性曲線，再通過(guò)壓簧特性曲線及第二段載荷特性曲線確定凸輪后段曲線。為更有利于后期加工，凸輪輪廓采用圓弧相接的方式，沒(méi)有采用公式曲線。凸輪彈簧載荷機(jī)構(gòu)，能夠較好的滿足飛行員力感要求。該技術(shù)已成功地在國(guó)內(nèi)的多個(gè)飛機(jī)型號(hào)上成功應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
[0043]以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，故凡依本發(fā)明專利申請(qǐng)范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請(qǐng)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種凸輪-彈簧載荷機(jī)構(gòu)及其算法，機(jī)構(gòu)包括擺動(dòng)搖臂、滾子軸承、凸輪、凸輪和彈簧載荷機(jī)構(gòu)；所述彈簧載荷機(jī)構(gòu)頂端和底端分別連接擺動(dòng)搖臂和凸輪；所述滾子軸承通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)件連接擺動(dòng)搖臂；所述凸輪設(shè)置在載荷機(jī)構(gòu)支架上，并且與擺動(dòng)搖臂接觸。2.一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法，其算法包括以下步驟:步驟一，繪制扭矩-行程曲線；步驟二，線架圖形繪制；步驟三，彈簧的預(yù)緊力計(jì)算；步驟四，旋轉(zhuǎn)凸輪一個(gè)相應(yīng)角度，求得各有效力臂和彈簧壓縮量；步驟五，彈簧的特性確定；步驟六，根據(jù)各有效力臂和彈簧壓縮量，計(jì)算該角度下的扭矩值，并判斷是否合格； 其中在步驟一中:依據(jù)用戶方提供的力-位移曲線要求，通過(guò)傳動(dòng)鏈系折算至凸輪旋轉(zhuǎn)點(diǎn)處，求得不同角度下的扭矩要求，并繪制扭矩-行程曲線； 在步驟二中，假定擺動(dòng)搖臂、彈簧、凸輪旋轉(zhuǎn)點(diǎn)位置，并畫(huà)出線架圖形； 在步驟三中，假定凸輪啟動(dòng)點(diǎn)位置，并根據(jù)啟動(dòng)扭矩應(yīng)用公式(I)計(jì)算彈簧的預(yù)緊力； f = VWL1-------------(I) 在步驟四中，旋轉(zhuǎn)凸輪一個(gè)相應(yīng)角度，求得各有效力臂和彈簧壓縮量L2’和L2，根據(jù)扭矩值，應(yīng)用步驟三相同的方法求得彈簧力； 在步驟五中，根據(jù)步驟三和步驟四計(jì)算所得，進(jìn)而確定彈簧的特性； 在步驟六中，在步驟四基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)凸輪一個(gè)相應(yīng)角度，求得各有效力臂和彈簧壓縮量(L2”-L2’)，即可計(jì)算該角度下的扭矩值，并于步驟一中的扭矩值進(jìn)行對(duì)比，誤差比小于5%時(shí)，進(jìn)而認(rèn)為凸輪計(jì)算合格。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法，其特征在于:所述的凸輪載荷機(jī)構(gòu)算法中，按照步驟四計(jì)算的半徑R1，減去滾子半徑R0，即為凸輪輪廓第一段的圓半徑；以起始線的一端為中心，Rl-RO為半徑作圓弧，即與滾子相切；旋轉(zhuǎn)步驟四相同的角度后，以終止線為終點(diǎn)，截取圓弧段，剩下的線段即為所求的第一段凸輪輪廓。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法，其特征在于:以此類推，可求得最終的凸輪輪廓；凸輪求解完畢后，即可根據(jù)步驟五中計(jì)算的彈簧預(yù)緊力和剛度求解彈簧。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種凸輪載荷機(jī)構(gòu)及其算法，其機(jī)構(gòu)包括擺動(dòng)搖臂、滾子軸承、凸輪、載荷結(jié)構(gòu)支架和彈簧載荷機(jī)構(gòu)；所述彈簧載荷機(jī)構(gòu)頂端和底端分別與擺動(dòng)搖臂和載荷機(jī)構(gòu)支架銷軸連接；所述凸輪安裝在載荷機(jī)構(gòu)支架上，且與滾子軸承接觸；所述滾子軸承與擺動(dòng)搖臂通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)件連接；其算法包括以下步驟：步驟一，繪制扭矩-行程曲線；步驟二，線架圖形繪制；步驟三，彈簧的預(yù)緊力計(jì)算；步驟四，旋轉(zhuǎn)凸輪一個(gè)相應(yīng)角度，求得各有效力臂和彈簧壓縮量；步驟五，彈簧的特性確定；步驟六，計(jì)算該角度下的扭矩值，并判斷是否合格；本發(fā)明的凸輪彈簧載荷機(jī)構(gòu)及其算法，能夠較好的滿足飛行員力感要求；取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【IPC分類】F16F3/04
【公開(kāi)號(hào)】CN104989760
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510319930
【發(fā)明人】李振偉, 龐家騉
【申請(qǐng)人】貴州華烽電器有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月11日