專利名稱：一種基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負(fù)載模擬器，更特別地說，是指一種基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器。
背景技術(shù)：
儀器設(shè)備受到反向力矩負(fù)載情況下的性能測試是工業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)，其在受到反向力矩負(fù)載的性能將極大的影響被測儀器設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性、快速性等。在半實物仿真實驗、力標(biāo)定等應(yīng)用場合向被測件施加被動力/力矩，測試被測件是否合格，負(fù)載模擬器具有較好的機(jī)械接口，也可以測試高速精密車床、減速器、軋機(jī)張力系統(tǒng)、汽車剎車系統(tǒng)等。現(xiàn)有的負(fù)載模擬器多集中在小扭矩、單一梯度、正向力矩的加載，鮮見大扭矩、多梯度、隨動力矩加載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器，本發(fā)明的負(fù)載模擬器是一種含有彈簧組件與雙四連桿機(jī)構(gòu)相結(jié)合的負(fù)載設(shè)備，通過絲杠調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力，達(dá)到對被測件的不同梯度的力矩負(fù)載要求。如負(fù)載彈簧無法滿足要求，可換接不同剛度的彈簧及換裝第一連桿上的掛點，實現(xiàn)不同梯度的力矩負(fù)載要求。還可測試被測測件輸出端的動剛度及靜剛度。本發(fā)明的一種基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器，其包括有彈性施力組件(I)、骨架組件(2)、連桿組件(3)和扭矩測量組件(4);彈性施力組件(I)、連桿組件(3)和扭矩測量組件(4)安裝在骨架組件(2)上；在彈性施力組件(I)中先將十字軸(18)套接在絲杠(12)的光軸段(12B)上，再將十字軸(18)放置在絲杠座(13)的第一支撐臂(13A)與第二支撐臂(13B)之間，并在絲杠座(13)的上端安裝上絲杠壓板(17)，隨后將第一絲杠螺母(19A)、第二絲杠螺母(19B)、 第一卡件(14)套接在絲杠(12)上；彈簧(11)的一端旋入第一卡件(14)的通孔內(nèi)，彈簧
(11)的另一端旋入第二卡件(15)的通孔內(nèi)，第二卡件(15)的連接臂通過卡件軸(16)與第一連桿(31)的一端連接；第一絲杠螺母(19A)與第二絲杠螺母(19B)能夠使絲杠(12)相對于絲杠座(13)不竄動；彈性施力組件(I)通過絲杠(12)來調(diào)節(jié)彈簧(11)的伸長量，從而實現(xiàn)對被測件(5)進(jìn)行不同梯度的預(yù)施加力的加載；在骨架組件(2)中第一立板(23)的一端與第二立板(24)的一端垂直安裝在底座
(21)上，第一立板(23)的另一端與第二立板(24)的另一端上安裝有橫板(22);第一立板
(23)與第二立板(24)之間的一側(cè)安裝有第三立板(25)，第一立板(23)與第二立板(24) 之間的另一側(cè)安裝有支撐座(27);第一立板(23)的內(nèi)側(cè)板面上安裝有第二擋板組件(29)， 第二立板(24)的內(nèi)側(cè)板面上安裝有第一擋板組件(28) ;U形座(26)安裝在底座(21)的一端;
在連桿組件(3)中連桿支撐軸(37)安裝在第一連桿(31)上，第一連桿(31)的一端連接有卡件軸(16)，第一連桿(31)的另一端通過第一連桿軸(38)與第二連桿32的一端連接，第二連桿(32)的另一端通過第二連桿軸(39)與第三連桿(33)的一端、第四連桿
(34)的一端連接，第三連桿(33)的另一端安裝在支撐座(27)上，第四連桿(34)的另一端通過第三連接軸(36L)與第五連桿(36A)的一端連接，第五連桿(36A)的另一端通過第二連接軸(36K)與第六連桿(36B)的U形夾臂端連接，第六連桿(36B)的另一端連接在第一連接軸(36F)上；角度傳感器(36D)安裝在角度傳感器支座(36C)的上部；在扭矩測量組件(4)中扭矩傳感器(41)的上部套接有第四滾珠軸承(45)，并用下鎖母(46)鎖緊，扭矩傳感器(41)的下部套接有第三滾珠軸承(44);第二支座(42)套接在扭矩傳感器(41)的外部，上鎖母(43)安裝在連接盤(47)上，連接盤(47)安裝在被測件
(5)的A鍵槽(52)中；扭矩傳感器(41)的一端安裝在連接盤(47)的方孔(47C)內(nèi)；被測件(5)的扭力輸出盤(51)與連接盤(47)通過螺栓固定連接。本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的優(yōu)點在于①本發(fā)明的負(fù)載模擬器可進(jìn)行雙向施加被動力/力矩的載荷，可根據(jù)被測件的運(yùn)動狀況進(jìn)行跟隨施加力/力矩，具有較好的對稱度及線性度施加力/力矩。相比電動式負(fù)載模擬器，在一定運(yùn)動頻率內(nèi)多余力矩較小使用方便。②本發(fā)明的負(fù)載模擬器能夠模擬真實的工況環(huán)境，負(fù)載模擬器采用耐高低溫的設(shè)計，在設(shè)計中需要考慮高低溫環(huán)境條件對零部件工作性能的影響。例如零件的材料選用 2024航空鋁材料，長度尺寸(特別是長度)、應(yīng)力場、摩擦狀態(tài)等都可能發(fā)生一定變化。至于軸承零件和潤滑劑的選用，選擇現(xiàn)有商品就可以提供解決辦法。采用殼牌T220潤滑劑的閃點溫度在258°C，桂北高溫軸承有限公司的高溫旋轉(zhuǎn)軸承正常工作溫度為300°C，均可以滿足使用要求。③本發(fā)明中的連桿組件采用雙曲柄四連桿機(jī)構(gòu)實施載荷，能夠使彈性施力組件產(chǎn)生的力/力矩平穩(wěn)，減少了低頻(8Hz)加載時干擾力矩的干擾，同時也減小了振動環(huán)境下對被測件的動態(tài)干擾。④本發(fā)明中的骨架組件采用懸架機(jī)構(gòu)半沉于底座上，由于扭矩測量組件安裝在懸架機(jī)構(gòu)上，在通過扭矩測量組件測量被測件的扭矩時不受干擾。⑤本發(fā)明的負(fù)載模擬器占用空間體積小、重量輕，采用便攜設(shè)計兩人就可抬動，體積小可放入通用的溫箱來測試儀器。


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圖構(gòu)圖。
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I是本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的結(jié)構(gòu)圖。
IA是本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的另一視角結(jié)構(gòu)圖。
IB是未裝配骨架組件的本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的另一視角結(jié)
2是本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的骨架組件的結(jié)構(gòu)圖。
2A是本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的骨架組件的另一視角結(jié)構(gòu)圖。 2B是本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的骨架組件的分解圖。
3是本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的彈性施力組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是本發(fā)明的彈性施力組件中絲杠座的結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的連桿組件的結(jié)構(gòu)圖。圖4A是本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的連桿組件的分解圖。圖4B是本發(fā)明連桿組件中角度傳感器組件的分解圖。圖5是本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的扭矩測量組件的結(jié)構(gòu)圖。圖5A是本發(fā)明基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器的扭矩測量組件的分解圖。圖6是被測件的仰視圖。圖7是本發(fā)明負(fù)載模擬器運(yùn)動時的簡示圖。圖中編號為1.彈性施力組件；11.彈簧；12.絲杠；12A.絲杠肩；12B.光軸段； 12C.絲杠段；13.絲杠座；13A.第一支撐臂；13B.第二支撐臂；13C.第一凹槽；13D.第二凹槽；13E.底板；13F.沉頭孔；14.第一卡件；14A.第三通孔；14B.第四通孔；14C.絲杠孔； 14D.半圓弧缺孔；15.第二卡件；15A.第五通孔；15B.第六通孔；15C.半圓弧缺孔；MD. 第一連接臂；15E.第二連接臂；15F.第七通孔；15G.第八通孔；16.卡件軸；16A.上鎖扣； 16B.下鎖扣；16C.防滑螺母；17.絲杠壓板；17A.第一通孔；18.十字軸；18A.第二通孔； 19A.第一絲杠螺母；19B.第二絲杠螺母；2.骨架組件；21.底座；2A.前板面；2B.后板面； 21A.絲杠腔；21B.第一減重腔；21C.第二減重腔；21D.第三減重腔；211.第一把手；212. 第二把手；213.第三把手；214.第四把手；22.橫板；23.第一立板；24.第二立板；25.第三立板；26. U形座；26A.通孔；27.支撐座；271.中心通孔；272.空腔；28.第一擋板組件； 29.第二擋板組件；3.連桿組件；31.第一連桿；31A.第九通孔；31B.第十通孔；31C.第 i 通孔；31D.第十二通孔；31E.第十三通孔；32.第二連桿；32A.第十四通孔；32B.第十五通孔；32C.第十六通孔；32D.第一連接臂；32E.第二連接臂；33.第三連桿；33A.第十七通孔；33B.矩形孔；34.第四連桿；34A.第十八通孔；34B.第十九通孔；34C.凸耳； 34D.第二十通孔；34E.第四連桿支撐軸；34F.第三滾珠軸承；34G.第四滾珠軸承；35.限位板；35A.卡口 ；36.角度傳感器組件；36A.第五連桿；361.第二^ 通孔；362.第二十二通孔；36B.第六連桿；363.第二十三通孔；364.U形夾臂；36C.角度傳感器支座；36D.角度傳感器；36E.聯(lián)軸器；36F.第一連接軸；36G.鎖緊螺母；36H.第一滾珠軸承；36I.第二滾珠軸承；36J.聯(lián)軸器支座；36K.第二連接軸；36L.第三連接軸；37.連桿支撐軸；38.第一連桿軸；38A.上鎖扣；38B.下鎖扣；38C.防滑螺母；39.第二連桿軸；4.扭矩測量組件；41.扭矩傳感器；42.第二支座；43.上鎖母；44.第三滾珠軸承；45.第四滾珠軸承；46.下鎖母； 47.連接盤；47A. A矩形鍵；47B. B矩形鍵；47C.矩形孔；5.被測件；51.扭力輸出盤；52. A 鍵槽；53.B鍵槽。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參見圖I、圖1A、圖IB所示，本發(fā)明的一種基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器，其包括有彈性施力組件I、骨架組件2、連桿組件3和扭矩測量組件4 ;彈性施力組件I、連桿組件 3和扭矩測量組件4安裝在骨架組件2上。彈性施力組件I用于實現(xiàn)對被測件5進(jìn)行不同梯度的預(yù)施加力的加載。骨架組件2 —方面用于實現(xiàn)支撐和固定安裝起本發(fā)明設(shè)計的基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器中的彈性施力組件I、連桿組件3和扭矩測量組件4 ;另一方面實現(xiàn)了基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器能夠在同一平臺上進(jìn)行隨動力矩負(fù)載的加載，減小了加載誤差的產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)緊湊、方便與外部設(shè)備的安裝。連桿組件3用于實現(xiàn)力/力矩的有效傳遞。扭矩測量組件4用于實現(xiàn)對被測件5的加載扭矩及連桿組件3中轉(zhuǎn)動角度的測量。(一)彈性施力組件I參見圖3、圖3A所示，彈性施力組件I包括有彈簧11、絲杠12、絲杠座13、第一^^ 件14、第二卡件15、卡件軸16、絲杠壓板17和十字軸18 ；絲杠12上設(shè)有絲杠肩12A、光軸段12B和絲杠段12C ;所述絲杠肩12A用于阻止絲杠12向左方向竄動；所述光軸段12B用于放置十字軸18 ;所述絲杠段12C用于實現(xiàn)第一卡件14在絲杠上往復(fù)運(yùn)動。參見圖3A所示，絲杠座13為U形形狀；絲杠座13的第一支撐臂13A的頂端設(shè)有第一凹槽13C，第一凹槽13C用于放置絲杠壓板17的一端；絲杠座13的第二支撐臂13B的頂端設(shè)有第二凹槽13D，第二凹槽13D用于放置絲杠壓板17的另一端；第一支撐臂13A與第二支撐臂13B之間放置十字軸18 ;絲杠座13的底板13E上設(shè)有沉頭孔13F，沉頭孔13F 用于放置十字軸18的下端，十字軸18的上端放置在絲杠壓板17的第一通孔17A內(nèi)；十字軸18的第二通孔18A用于絲杠12的一端穿過；絲杠座13安裝在骨架組件2的底座21的絲杠腔2IA中。第一^H牛14的兩側(cè)設(shè)有第三通孔14A、第四通孔14B,所述第四通孔14B的側(cè)邊上設(shè)有方便彈簧11滾動的半圓弧缺孔14D，第一卡件14的中部設(shè)有絲杠孔14C ;第三通孔14A 和第四通孔14B用于彈簧11的一端穿過；絲杠孔14C用于絲杠12的一端穿過且使絲杠12 運(yùn)行在所述絲杠孔14C內(nèi)。第一^N牛14在絲杠12上運(yùn)動能夠帶動彈簧11的伸長(向右) 或者收縮(向左)；所述彈簧11的伸長是指第一^^件14在絲杠12上向絲杠座13方向運(yùn)動；所述彈簧11的收縮是指第一卡件14在絲杠12上向U形座26方向運(yùn)動。第二卡件15的一端設(shè)有第五通孔15A、第六通孔15B，所述第六通孔15B的側(cè)邊上設(shè)有方便彈簧11滾動的半圓弧缺孔15C ;第二卡件15的另一端設(shè)有第一連接臂15D、第二連接臂15E，第一連接臂15D的端部設(shè)有第七通孔15F，第二連接臂15E的端部設(shè)有第八通孔15G ;卡件軸16的一端安裝在第七通孔15F內(nèi)，且通過上鎖扣16A將卡件軸16的一端固緊在第一連接臂MD上；卡件軸16的另一端先套接上防滑螺母16C然后安裝在第八通孔 15G內(nèi)，且通過下鎖扣16B將卡件軸16的另一端固緊在第二連接臂15E上。在本發(fā)明中，參見圖3、圖3A所示，先將十字軸18套接在絲杠12的光軸段12B上， 再將十字軸18放置在絲杠座13的第一支撐臂13A與第二支撐臂13B之間，并在絲杠座13 的上端安裝上絲杠壓板17，隨后將第一絲杠螺母19A、第二絲杠螺母19B、第一卡件14套接在絲杠12上。彈簧11的一端旋入第一卡件14的通孔內(nèi)，彈簧11的另一端旋入第二卡件 15的通孔內(nèi)，第二卡件15的連接臂通過卡件軸16與第一連桿31的一端連接。第一絲杠螺母19A與第二絲杠螺母19B能夠使絲杠12相對于絲杠座13不竄動。彈性施力組件I通過絲杠12來調(diào)節(jié)彈簧11的伸長量，從而實現(xiàn)對被測件5進(jìn)行不同梯度的預(yù)施加力的加載。( 二)骨架組件2
參見圖I、圖1A、圖2、圖2A、圖2B所示，骨架組件2包括有底座21、橫板22、第一立板23、第二立板24、第三立板25、U形座26、支撐座27、第一擋板組件28、第二擋板組件 29 ；底座21的前板面2A上安裝有第一把手211和第二把手212 ;底座21的后板面2B 上安裝有第三把手213和第四把手214。設(shè)計四個把手方便了本發(fā)明負(fù)載模擬器的可移動性。底座21的右端設(shè)有用于安裝絲杠座13的絲杠腔21A ;底座21的左端設(shè)有U形座26， 所述U形座26用于安裝連桿支撐軸37，從而實現(xiàn)支撐起連桿組件3中的第一連桿31 ;為了減輕底座21的重量，底座21上設(shè)有第一減重腔21B、第二減重腔21C、第三減重腔21D。U形座26上設(shè)有通孔26A，所述通孔26A用于連桿支撐軸37的一端穿過。支撐座27的中部設(shè)有空腔272，且有中心通孔271 ;所述空腔272用于放置扭矩測量組件4。第一擋板組件28由第一卡具281和第一擋板282組成，第一擋板282卡合在第一卡具281上，且第一^^具281安裝在第二立板24的內(nèi)側(cè)面板上。第二擋板組件29由第二卡具291和第二擋板292組成，第二擋板292卡合在第二卡具291上，且第二卡具291安裝在第一立板23的內(nèi)側(cè)面板上。在本發(fā)明中，骨架組件2的裝配為第一立板23的一端與第二立板24的一端垂直安裝在底座21上，第一立板23的另一端與第二立板24的另一端上安裝有橫板22 ;第一立板23與第二立板24之間的一側(cè)安裝有第三立板25，第一立板23與第二立板24之間的另一側(cè)安裝有支撐座27 ;第一立板23的內(nèi)側(cè)板面上安裝有第二擋板組件29，第二立板24的內(nèi)側(cè)板面上安裝有第一擋板組件28 ；U形座26安裝在底座21的一端。在本發(fā)明中，骨架組件2為了實現(xiàn)輕質(zhì)、減少動態(tài)干擾力對被測件5及多個傳感器 (角度傳感器、扭矩傳感器)的不利影響，加工材料采用了 2024航空鋁合金輕質(zhì)材料，加工成具有減重孔及筋板的組件。(三)連桿組件3參見圖4、圖4A所示，連桿組件3包括有第一連桿31、第二連桿32、第三連桿33、第四連桿34、限位板35、角度傳感器組件36、連桿支撐軸37、第一連桿軸38、第二連桿軸39 ； 在本發(fā)明中，連桿與連桿之間的連接采用常規(guī)的軸接方式。參見圖4A所示,第一連桿31上設(shè)有第九通孔31A、第十通孔31B、第^^一通孔31C、 第十二通孔31D、第十三通孔31E。第九通孔31A、第十通孔31B用于放置第一連桿軸38，第一連桿軸38在第一連桿31上的安裝位置是依據(jù)彈性施力組件I中彈簧11的不同梯度的預(yù)施加力的加載要求而選擇是第九通孔31A或第十通孔31B。第十一通孔31C、第十二通孔 31D用于放置卡件軸16，卡件軸16在第一連桿31上的安裝位置是依據(jù)彈性施力組件I中彈簧11的不同梯度的預(yù)施加力的加載要求而選擇是第十一通孔31C或第十二通孔31D。第十三通孔3IE用于放置連桿支撐軸37。參見圖4A所示，第二連桿32的一端設(shè)有第十四通孔32A，第二連桿32的另一端設(shè)有第一連接臂32D、第二連接臂32E，第一連接臂32D的端部設(shè)有第十五通孔32B，第二連接臂32E的端部設(shè)有第十六通孔32C ;第一連桿軸38的一端安裝在第十五通孔32B內(nèi)，且通過上鎖扣38A將第一連桿軸38的一端固緊在第一連接臂32D上；第一連桿軸38的另一端先套接上防滑螺母38C然后安裝在第十六通孔32C內(nèi)，且通過下鎖扣38B將第一連桿軸38的另一端固緊在第二連接臂32E上。參見圖4A所示，第三連桿33的中部設(shè)有矩形孔33B，矩形孔33B用于放置扭矩測量組件4中的扭矩傳感器41 ;第三連桿33的一端設(shè)有第十七通孔33A，第十七通孔33A用于放置第二連桿軸39。參見圖4A所示，第四連桿34的一端設(shè)有第十八通孔34A，第十八通孔34A用于放置第二連桿軸39 ;第四連桿34的另一端設(shè)有第十九通孔34B、凸耳34C，凸耳34C上設(shè)有第二十通孔34D ;第十九通孔34B內(nèi)放置有第三滾珠軸承34F、第四滾珠軸承34G，第三滾珠軸承34F和第四滾珠軸承34G分別與第四連桿支撐軸34E軸接。第二十通孔34D用于放置角度傳感器組件36中的第三連接軸36L。參見圖4A所示，限位板35上設(shè)有卡口 35A，限位板35通過卡口 35A卡緊在第二連桿32上。限位板35固定在骨架組件2中的第三立板25上。參見圖4B所示，角度傳感器組件36包括有第五連桿36A、第六連桿36B、角度傳感器支座36C、角度傳感器36D(角度傳感器采用德國novotechnik的SP2800)、聯(lián)軸器36E、 第一連接軸36F、鎖緊螺母36G、第一滾珠軸承36H、第二滾珠軸承361、聯(lián)軸器支座36J、第二連接軸36K、第三連接軸36L ;第三連接軸36L安裝在第五連桿36A —端的第二i^一通孔 361內(nèi)，第五連桿36A的另一端(設(shè)第二十三通孔363的端)與第六連桿36B的U形夾臂 363通過第二連接軸36K安裝在一起，第六連桿36B的另一端與第一連接軸36F連接，第一連接軸36F上從下至上順次套接有聯(lián)軸器支座36J、第二滾珠軸承361、第一滾珠軸承36H、 鎖緊螺母36G、聯(lián)軸器36E ;角度傳感器36D安裝在角度傳感器支座36C的上部。角度傳感器36D用于測量被測件5在加載有負(fù)載時移動過的角度。在本發(fā)明中，第五連桿36A的一端(設(shè)第二十一通孔361的端)通過第三連接軸36L與第四連桿34的一端(設(shè)第十八通孔34A的端)連接。第五連桿36A的一端設(shè)有第二^ 通孔361,第五連桿36A的另一端設(shè)有第二十二通孔362。所述第二十一通孔361用于第三連接軸36L穿過。所述第二十二通孔362用于第二連接軸36K穿過。第六連桿36B的一端設(shè)有第二十三通孔363，第六連桿36B的另一端設(shè)有U形夾臂 364。所述第二十三通孔363用于第一連接軸36F穿過。所述U形夾臂364通過第二連接軸36K實現(xiàn)第六連桿36B與第五連桿36A的連接。連桿組件3的裝配為連桿支撐軸37安裝在第一連桿31上，第一連桿31的一端連接有卡件軸16，第一連桿31的另一端通過第一連桿軸38與第二連桿32的一端連接，第二連桿32的另一端通過第二連桿軸39與第三連桿33的一端、第四連桿34的一端連接，第三連桿33的另一端安裝在支撐座27上，第四連桿34的另一端通過第三連接軸36L與第五連桿36A的一端連接，第五連桿36A的另一端通過第二連接軸36K與第六連桿36B的U形夾臂端連接，第六連桿36B的另一端連接在第一連接軸36F上。第一連桿31、第二連桿32、 第三連桿33和第四連桿34構(gòu)成一個四桿機(jī)構(gòu)；第三連桿33、第四連桿34、第五連桿36A和第六連桿36B構(gòu)成另一個四桿機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明中，連桿組件3采用雙四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計，因此連桿組件3是基于雙四桿機(jī)構(gòu)原理對被測件5進(jìn)行力的加載，為了實現(xiàn)力/力矩的有效傳遞，連桿組件3設(shè)計成具有一定的強(qiáng)度及動剛度，如選用2024航空鋁合金輕質(zhì)材料，加工成具有減重孔及筋板的結(jié)構(gòu)件。
(四)扭矩測量組件4參見圖1B、圖5、圖5A所示，扭矩測量組件4包括有扭矩傳感器41、第二支座42、 上鎖母43、第三滾珠軸承44、第四滾珠軸承45、下鎖母46和連接盤47。所述連接盤47的中心設(shè)有傳動扭矩用的方孔47C，所述連接盤47上設(shè)有A矩形鍵 47A、B矩形鍵47A ；A矩形鍵47A卡合在被測件5的A鍵槽52中，B矩形鍵47B卡合在被測件5的B鍵槽53中。扭矩測量組件4的裝配扭矩傳感器41的上部套接有第四滾珠軸承45，并用下鎖母46鎖緊，扭矩傳感器41的下部套接有第三滾珠軸承44 ;第二支座42套接在扭矩傳感器 41的外部，上鎖母43安裝在連接盤47上，連接盤47安裝在被測件5的A鍵槽52中；扭矩傳感器41的一端安裝在連接盤47的方孔47C內(nèi)。在本發(fā)明中，扭矩測量組件4實現(xiàn)對被測件5的加載扭矩及連桿組件3中轉(zhuǎn)動角度的測量。扭矩測量組件4中的扭矩傳感器41采用中國航天空氣動力技術(shù)研究院的AKC-32 扭矩傳感器。(五)被測件5參見圖6所示，被測件5的扭力輸出盤51與連接盤47通過螺栓固定連接，且連接盤47上的兩個矩形鍵(A矩形鍵47A、B矩形鍵47A)卡合在扭力輸出盤51上的兩個鍵槽(A 鍵槽51、B鍵槽52)內(nèi)。即A矩形鍵47A卡合在A鍵槽51內(nèi)，B矩形鍵47A卡合在B鍵槽 52內(nèi)。本發(fā)明設(shè)計的基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器，被測件5的轉(zhuǎn)動方向(即扭力輸出盤51的旋轉(zhuǎn)方向)能夠?qū)崿F(xiàn)扭矩實時加載，從而與扭矩測量組件4的運(yùn)動方向跟隨，因此稱作隨動力矩負(fù)載。參見圖7所示，本發(fā)明負(fù)載模擬器運(yùn)動如下彈簧11在第一卡件14的拉動下，調(diào)節(jié)彈簧11至測試位；當(dāng)被測件5沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，被測件5的運(yùn)動經(jīng)扭力輸出盤51輸出；被測件5運(yùn)動的同時彈性施力組件I帶動連桿組件3向被測件5施力；通過彈性施力組件I中的彈簧11帶動第一連桿31運(yùn)動，同時圍繞連桿支撐軸37轉(zhuǎn)動，使第二連桿32運(yùn)動；第二連桿32的運(yùn)動繞第一連桿支撐軸38運(yùn)動帶動了第三連桿33、第四連桿34運(yùn)動； 扭矩傳感器41帶動連接盤47與扭力輸出盤51運(yùn)動，把力/力矩傳遞到被測件5上。本發(fā)明的加載方式彈簧一第一連桿一第二連桿一第三連桿一被測件輸出軸(扭力輸出盤)可以將力/力矩施加于被加載件的輸出軸上。在被加載設(shè)備輸出軸靜止時，利用彈性施力件組件及連桿組件對被加載設(shè)備輸出軸施加靜力/力矩；當(dāng)被加載設(shè)備輸出軸運(yùn)動時，利用彈性施力件組件及連桿組件對被加載設(shè)備輸出軸施加實時隨動力/力矩。本發(fā)明的加載是通過剛性結(jié)構(gòu)與彈性施力組件結(jié)合方式實現(xiàn)的，即通過彈性施力組件的彈性變形施加所需的力/力矩，同時彈性施力組件用于加載設(shè)備和被加載設(shè)備提供加載緩沖， 濾除施加載荷的干擾力矩。在本發(fā)明的基于機(jī)器人的平衡技術(shù)的加載設(shè)備中，蘊(yùn)含了機(jī)器人的機(jī)構(gòu)理論、傳感測試技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，是一臺典型的機(jī)電集成系統(tǒng)。對被測件進(jìn)行力加載時的操作步驟為I)將被測件安裝在連接盤47上；2)調(diào)節(jié)彈性施力組件，旋轉(zhuǎn)絲杠調(diào)整彈簧的張緊達(dá)到施載要求；
3)給被測件通電、預(yù)設(shè)載荷；4)被測件雙向運(yùn)動，施力組件中的彈簧通過連桿組件中的第一連桿、拉桿、上曲柄及下曲柄對被測件施加力/力矩；5)通過角度傳感器及扭矩傳感器讀取測量數(shù)據(jù)；6)重復(fù)上述步驟進(jìn)行二次或者多次測量。
權(quán)利要求
1.一種基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器，其特征在于包括有彈性施力組件(I)、骨架組件(2)、連桿組件(3)和扭矩測量組件(4);彈性施力組件(I)、連桿組件(3)和扭矩測量組件(4)安裝在骨架組件(2)上；在彈性施力組件(I)中先將十字軸(18)套接在絲杠(12)的光軸段(12B)上，再將十字軸(18)放置在絲杠座(13)的第一支撐臂(13A)與第二支撐臂(13B)之間，并在絲杠座 (13)的上端安裝上絲杠壓板(17)，隨后將第一絲杠螺母(19A)、第二絲杠螺母(19B)、第一卡件(14)套接在絲杠(12)上；彈簧(11)的一端旋入第一卡件(14)的通孔內(nèi)，彈簧(11) 的另一端旋入第二卡件(15)的通孔內(nèi)，第二卡件(15)的連接臂通過卡件軸(16)與第一連桿(31)的一端連接；第一絲杠螺母(19A)與第二絲杠螺母(19B)能夠使絲杠(12)相對于絲杠座(13)不竄動；彈性施力組件(I)通過絲杠(12)來調(diào)節(jié)彈簧(11)的伸長量，從而實現(xiàn)對被測件(5)進(jìn)行不同梯度的預(yù)施加力的加載；在骨架組件(2)中第一立板(23)的一端與第二立板(24)的一端垂直安裝在底座(21) 上，第一立板(23)的另一端與第二立板(24)的另一端上安裝有橫板(22);第一立板(23) 與第二立板(24)之間的一側(cè)安裝有第三立板(25)，第一立板(23)與第二立板(24)之間的另一側(cè)安裝有支撐座(27);第一立板(23)的內(nèi)側(cè)板面上安裝有第二擋板組件(29)，第二立板(24)的內(nèi)側(cè)板面上安裝有第一擋板組件(28) ;U形座(26)安裝在底座(21)的一端； 在連桿組件(3)中連桿支撐軸(37)安裝在第一連桿(31)上，第一連桿(31)的一端連接有卡件軸(16)，第一連桿(31)的另一端通過第一連桿軸(38)與第二連桿32的一端連接，第二連桿(32)的另一端通過第二連桿軸(39)與第三連桿(33)的一端、第四連桿(34) 的一端連接，第三連桿(33)的另一端安裝在支撐座(27)上，第四連桿(34)的另一端通過第三連接軸(36L)與第五連桿(36A)的一端連接，第五連桿(36A)的另一端通過第二連接軸(36K)與第六連桿(36B)的U形夾臂端連接，第六連桿(36B)的另一端連接在第一連接軸(36F)上；角度傳感器(36D)安裝在角度傳感器支座(36C)的上部；在扭矩測量組件(4)中扭矩傳感器(41)的上部套接有第四滾珠軸承(45)，并用下鎖母 (46)鎖緊，扭矩傳感器(41)的下部套接有第三滾珠軸承(44);第二支座(42)套接在扭矩傳感器(41)的外部，上鎖母(43)安裝在連接盤(47)上，連接盤(47)安裝在被測件(5)的 A鍵槽(52)中；扭矩傳感器(41)的一端安裝在連接盤(47)的方孔(47C)內(nèi)；被測件(5) 的扭力輸出盤(51)與連接盤(47)通過螺栓固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器，其特征在于所述負(fù)載模擬器的運(yùn)動為彈簧(11)在第一卡件(14)的拉動下，調(diào)節(jié)彈簧(11)至測試位；當(dāng)被測件(5) 沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，被測件(5)的運(yùn)動經(jīng)扭力輸出盤(51)輸出；被測件(5)運(yùn)動的同時彈性施力組件⑴帶動連桿組件⑶向被測件(5)施力；通過彈性施力組件⑴中的彈簧 (11)帶動第一連桿(31)運(yùn)動，同時圍繞連桿支撐軸(37)轉(zhuǎn)動，使第二連桿(32)運(yùn)動；第二連桿(32)的運(yùn)動繞第一連桿支撐軸(38)運(yùn)動帶動了第三連桿(33)、第四連桿(34)運(yùn)動； 扭矩傳感器(41)帶動連接盤(47)與扭力輸出盤(51)運(yùn)動，把力/力矩傳遞到被測件(5) 上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器，其特征在于所述負(fù)載模擬器中被測件(5)的轉(zhuǎn)動方向能夠?qū)崿F(xiàn)扭矩實時加載，從而與扭矩測量組件(4)的運(yùn)動方向跟隨，因此稱作隨動力矩負(fù)載。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器，其特征在于所述連桿組件(3)采用雙四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計，能夠?qū)Ρ粶y件(5)進(jìn)行力的加載。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器，其特征在于所述負(fù)載模擬器的力/力矩的加載方式為彈簧一第一連桿一第二連桿一第三連桿一扭力輸出盤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于隨動力矩負(fù)載的負(fù)載模擬器，其包括有彈性施力組件、骨架組件、連桿組件和扭矩測量組件；彈性施力組件、連桿組件和扭矩測量組件安裝在骨架組件上。彈性施力組件用于實現(xiàn)對被測件進(jìn)行不同梯度的預(yù)施加力的加載；骨架組件實現(xiàn)在同一平臺上進(jìn)行隨動力矩負(fù)載的加載；連桿組件用于實現(xiàn)力/力矩的有效傳遞；扭矩測量組件用于實現(xiàn)對被測件的加載扭矩及連桿組件中轉(zhuǎn)動角度的測量。本發(fā)明的負(fù)載模擬器是一種含有彈簧組件的負(fù)載設(shè)備，通過絲杠調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力，達(dá)到對被測件的不同梯度的力矩負(fù)載要求。如負(fù)載彈簧無法滿足要求，可換接不同剛度的彈簧及換裝第一連桿上的掛點，實現(xiàn)不同梯度的力矩負(fù)載要求。還可測試被測測件輸出端的動剛度及靜剛度。
文檔編號G01M99/00GK102589919SQ201210050488
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者吳洪沖, 宗光華, 屈玉豐, 陳斌, 魏志強(qiáng) 申請人:北京航空航天大學(xué)