本發(fā)明屬于航空航天機(jī)構(gòu)控制精度研究領(lǐng)域,具體研究鉸間間隙變化對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的影響。

背景技術(shù)：

間隙的存在對(duì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性及運(yùn)動(dòng)精度的影響是十分嚴(yán)重的，因此，含間隙機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究已經(jīng)成為機(jī)械學(xué)領(lǐng)域重要的前沿課題。目前，通過科學(xué)手段正確分析間隙的存在對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)造成的影響，合理利用適當(dāng)?shù)姆椒▉砀纳茩C(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，在工程中有著巨大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。而對(duì)于間隙機(jī)構(gòu)的研究大多集中在理論方面，利用實(shí)驗(yàn)對(duì)間隙進(jìn)行的研究相對(duì)較少。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的試驗(yàn)樣機(jī)，基本上以含間隙的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為主，通過對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)副進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)和加工，來保證機(jī)構(gòu)中存在著實(shí)驗(yàn)研究所期望的間隙值，然后利用測量裝置對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各項(xiàng)參數(shù)，如振動(dòng)頻率、加速度、噪聲等的測量，來觀察間隙對(duì)機(jī)構(gòu)性能的影響。

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)測量裝置中大部分采用更換軸套的方式來實(shí)現(xiàn)不同間隙對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的影響，更換繁瑣，低效，而且容易造成不必要的誤差，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，已有的幾種裝置沒有考慮外界環(huán)境對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響。軸和軸套之間多為干摩擦，而在實(shí)際工作中，轉(zhuǎn)動(dòng)副與轉(zhuǎn)動(dòng)副之間一定存在油潤滑或脂潤滑，使得實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)際工作環(huán)境存在較大差異。在測量方法上，現(xiàn)有的測量機(jī)構(gòu)通常采用在機(jī)構(gòu)本體上添加傳感器，例如速度傳感器，力傳感器等測量機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)。由于機(jī)構(gòu)間隙的存在，在工作過程中會(huì)有較強(qiáng)震動(dòng)，外部傳感器受其影響嚴(yán)重，且機(jī)構(gòu)外部環(huán)境不同，對(duì)測量結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生影響，這些都會(huì)導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)誤差偏大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)節(jié)方便、調(diào)整效率高、穩(wěn)定性好、測量精度高，可有效避免外部環(huán)境變化對(duì)測量結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)部密封，結(jié)構(gòu)合理、間隙可調(diào)的高精密可調(diào)間隙機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)方法與裝置。

本發(fā)明主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)。

其中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)擺桿、鍵A和軸。驅(qū)動(dòng)擺桿通過鍵A與軸相連。驅(qū)動(dòng)桿限位卡簧固定在軸的凹槽內(nèi)，驅(qū)動(dòng)擺桿右側(cè)由軸肩固定，左側(cè)由驅(qū)動(dòng)桿限位卡簧固定。

間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括左固定支架、右固定支架、微調(diào)定位螺環(huán)、端蓋、花式套筒、力均衡調(diào)整裝置、精密擋油圈、螺旋套筒和鍵B。軸的兩端分別延伸至左固定支架和右固定支架內(nèi)，在軸的兩端的端面上分別設(shè)有8塊永磁墊鐵B。在左固定支架和右固定支架的外側(cè)均設(shè)有通孔，在左固定支架和右固定支架外側(cè)的通孔處，分別通過螺栓與端蓋相連。端蓋通過螺釘與花式套筒的一端固定連接，溫度傳感器設(shè)在端蓋的外壁上，在端蓋上設(shè)有通孔。在端蓋的中部設(shè)有螺紋孔，端蓋通過螺紋連接調(diào)節(jié)頂針，調(diào)節(jié)頂針的端部設(shè)有球形滾珠。左固定支架和右固定支架分別通過螺栓與一個(gè)定位套筒相連，兩個(gè)定位套筒分別置于左固定支架和右固定支架的內(nèi)部。在左固定支架和右固定支架的外側(cè)面均設(shè)有定位槽，定位套筒與定位槽卡接。在每個(gè)定位套筒的內(nèi)部分別設(shè)有花式套筒，花式套筒的截面呈錐臺(tái)形，在花式套筒的內(nèi)壁上涂有一層絕緣材料?；ㄊ教淄才c定位套筒通過定位套筒前端的錐形面相連接，以保證花式套筒與定位套筒中心軸線重合。在定位套筒和花式套筒之間設(shè)有調(diào)整墊片。定位套筒和花式套筒之間通過鍵B定位滑動(dòng)連接。在花式套筒的一端設(shè)有螺紋，花式套筒與微調(diào)定位螺環(huán)通過螺紋連接。在花式套筒的內(nèi)壁設(shè)有圓柱形凹槽，用來固定力均衡調(diào)整裝置。力均衡調(diào)整裝置由8片具有一定柔性的弧形墊片組成，在每個(gè)弧形墊片上均設(shè)有圓柱卡塊，力均衡調(diào)整裝置的弧形墊片均勻的排布在花式套筒內(nèi)壁，并通過圓柱卡塊嵌在花式套筒內(nèi)壁的圓柱凹槽內(nèi)，具有微小的軸向俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)功能。在每個(gè)花式套筒的內(nèi)部分別置有螺旋套筒，兩個(gè)螺旋套筒分別套接在軸的兩端。與花式套筒的另一端相鄰處設(shè)有定位套圈，定位套圈套接在軸上，在軸和定位套圈之間通過精密擋油圈密封。螺旋套筒的外壁上設(shè)有螺旋，螺旋套筒的一端通過定位卡簧固定。

數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)由霍爾元器件、磁鋼套、永磁墊鐵組成。磁鋼套由一層絕緣層，8塊均勻排布的永磁墊鐵和一個(gè)設(shè)有開口的鋼環(huán)組成。磁鋼套粘貼在花式套筒的內(nèi)壁上，8塊永磁墊鐵A均勻的鑲嵌在花式套筒內(nèi)壁的絕緣層上。永磁墊鐵A和軸端面的永磁墊鐵B磁極相異。在永磁墊鐵A上套接一個(gè)鋼環(huán)，鋼環(huán)設(shè)有開口，鋼環(huán)置于軸端面永磁墊鐵B和永磁墊鐵A所形成的磁場內(nèi)。鋼環(huán)的軸向兩端面上分別設(shè)有一根導(dǎo)線，兩根導(dǎo)線分別與電動(dòng)勢測量裝置相連。霍爾元器件是一個(gè)柔性的弧形鐵片，同樣粘貼在花式套筒的內(nèi)壁上，在霍爾元器件上下底面上分別設(shè)有一根導(dǎo)線，兩根導(dǎo)線分別與電動(dòng)勢測量裝置相連?；魻栐骷痛配撎椎膶?dǎo)線均從端蓋的通孔延伸至固定支架的外部。

高精密可調(diào)間隙機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)方法如下：

1、驅(qū)動(dòng)擺桿通過鍵B帶動(dòng)軸在螺旋套筒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；

2、旋緊(松)外部的微調(diào)定位螺環(huán)，控制與其用螺紋聯(lián)接的花式套筒伸縮來調(diào)節(jié)軸套間隙；

3、調(diào)節(jié)間隙大小并固定位置，在驅(qū)動(dòng)擺桿的作用下，使軸在螺旋套筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)，通過霍爾觸感器記錄下在此間隙下，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、軸中心線在軸套內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡、碰撞時(shí)發(fā)生在接觸面的穿刺變形以及在速度交替時(shí)的加速度變化情況；

4、調(diào)整間隙值重復(fù)步驟3；

5、綜合分析以上測出的數(shù)據(jù)，獲得運(yùn)動(dòng)副間隙值的變化對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的影響結(jié)果。

本發(fā)明在使用時(shí)，當(dāng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)霍爾原理，對(duì)于一個(gè)給定的霍爾器件，當(dāng)偏置電流I固定時(shí)，UH將完全取決于被測的磁場強(qiáng)度B。由于外部電流給的是固定值，軸端面永磁墊鐵與永磁墊鐵所形成的磁場隨著軸在軸套內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)及軸心位置的不同而發(fā)生變化，導(dǎo)致所測得電動(dòng)勢不同。先標(biāo)記軸和花式套筒同軸位置時(shí)的電動(dòng)勢大小和與內(nèi)壁接觸但不碰撞時(shí)的電動(dòng)勢大小，最后根據(jù)電動(dòng)勢大小與軸偏離軸心距離的線性關(guān)系求出變形量。由彈性形變公式(式中E為楊氏模數(shù)，為應(yīng)力，ε為應(yīng)變)可得碰撞力大小。在絕緣材料旁邊固定一霍爾元器件，其主要受軸端面永磁墊鐵所形成磁場的影響，同樣在軸向兩端面分別連接一根導(dǎo)線，運(yùn)行時(shí)通以恒定電流，另兩端連接兩導(dǎo)線并與電動(dòng)勢測量裝置相連。軸每轉(zhuǎn)一圈，所測量電動(dòng)勢出現(xiàn)一個(gè)峰值，用于測量軸轉(zhuǎn)速和角加速度。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出到計(jì)算機(jī)接口，通過圖像分析還可得出軸心運(yùn)動(dòng)軌跡，以上測得數(shù)據(jù)均可用來檢驗(yàn)理論分析的正確性。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：本裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候調(diào)節(jié)方便、調(diào)整效率高、穩(wěn)定好。通過采用具有一定柔性的錐形套筒，實(shí)現(xiàn)在不拆裝機(jī)構(gòu)的前提下測出在不同間隙下，機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸的速度、加速度、軸心運(yùn)動(dòng)軌跡、軸與軸套碰撞形成的穿刺變形量，以及碰撞力大小。避免了由于更換不同間隙軸套時(shí)拆裝誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。另外，本發(fā)明通過安裝在軸端的磁鋼套、霍爾元件以及永磁鐵，以形成霍爾效應(yīng)的方式來測量，大大提高測量精度，且測量裝置在機(jī)構(gòu)軸套內(nèi)部，能有效避免外部環(huán)境變化對(duì)測量結(jié)果的影響。裝置內(nèi)部密封，可以添加潤滑油。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的三維主視圖。

圖2為隱藏部分零件后的裝置主視圖。

圖3為隱藏部分零件后的裝置剖視圖。

圖4為本發(fā)明A-A剖視圖。

圖5為C部位的放大圖。

圖6為調(diào)節(jié)頂針(18)示意圖。

圖7為間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖。

圖8為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。

圖9為磁鋼套(16)示意圖。

圖10為力均衡調(diào)節(jié)片示意圖。

其中，1-1左固定支架、1-2右固定支架、2-定位套筒、3-微調(diào)定位螺環(huán)、4-溫度傳感器、5-軸、6-端蓋、7-花式套筒、8-定位套圈、9-驅(qū)動(dòng)擺桿、10-精密擋油圈、11-力均衡調(diào)整裝置、12-螺旋套筒、13-定位卡簧、14-霍爾元器件、15-鍵A、16-磁鋼套、16-1-絕緣層、16-2-永磁墊鐵A、16-3-鋼環(huán)、17-永磁墊鐵B、18-調(diào)節(jié)頂針、19-鍵B、20-驅(qū)動(dòng)桿限位卡簧、21-球形滾珠、22-調(diào)節(jié)墊片、23-圓柱卡塊、300-數(shù)據(jù)處理裝置、400-間隙調(diào)節(jié)機(jī)、500-驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、600-數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

在圖1至9所示的本發(fā)明的示意簡圖中，本發(fā)明主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)500、間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)400和數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)600。

其中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)擺桿9、鍵A19和軸5。驅(qū)動(dòng)擺桿通過鍵A與軸相連。驅(qū)動(dòng)桿限位卡簧20固定在軸的凹槽內(nèi)，驅(qū)動(dòng)擺桿9右側(cè)由軸肩固定，左側(cè)由驅(qū)動(dòng)桿限位卡簧固定。

間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)400包括左固定支架1-1、右固定支架1-2、微調(diào)定位螺環(huán)3、端蓋6、花式套筒7、力均衡調(diào)整裝置11、精密擋油圈10、螺旋套筒12和鍵B15。軸的兩端分別延伸至左固定支架和右固定支架內(nèi)，在軸的兩端的端面上分別設(shè)有8塊永磁墊鐵B17。在左固定支架和右固定支架的外側(cè)均設(shè)有通孔，在左固定支架和右固定支架外側(cè)的通孔處，分別通過螺栓與端蓋相連。端蓋通過螺釘與花式套筒的一端固定連接，溫度傳感器4設(shè)在端蓋的外壁上，在端蓋上設(shè)有通孔。在端蓋的中部設(shè)有螺紋孔，端蓋通過螺紋連接調(diào)節(jié)頂針18，調(diào)節(jié)頂針的端部設(shè)有球形滾珠21。左固定支架和右固定支架分別通過螺栓與一個(gè)定位套筒8相連，兩個(gè)定位套筒分別置于左固定支架和右固定支架的內(nèi)部。在左固定支架和右固定支架的外側(cè)面均設(shè)有定位槽，定位套筒2與定位槽卡接。在每個(gè)定位套筒的內(nèi)部分別設(shè)有花式套筒，花式套筒的截面呈錐臺(tái)形，在花式套筒的內(nèi)壁上涂有一層絕緣材料16-1?；ㄊ教淄才c定位套筒通過定位套筒前端的錐形面相連接，以保證花式套筒與定位套筒中心軸線重合。在定位套筒和花式套筒之間設(shè)有調(diào)整墊片22。定位套筒和花式套筒之間通過鍵B定位滑動(dòng)連接。在花式套筒的一端設(shè)有螺紋，花式套筒與微調(diào)定位螺環(huán)通過螺紋連接。在花式套筒的內(nèi)壁設(shè)有圓柱形凹槽，用來固定力均衡調(diào)整裝置。力均衡調(diào)整裝置由8片具有一定柔性的弧形墊片組成，在每個(gè)弧形墊片上均設(shè)有圓柱卡塊23，力均衡調(diào)整裝置的弧形墊片均勻的排布在花式套筒內(nèi)壁，并通過圓柱卡塊嵌在花式套筒內(nèi)壁的圓柱凹槽內(nèi)，具有微小的軸向俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)功能。在每個(gè)花式套筒的內(nèi)部分別置有螺旋套筒，兩個(gè)螺旋套筒分別套接在軸的兩端。與花式套筒的另一端相鄰處設(shè)有定位套圈，定位套圈套接在軸上，在軸和定位套圈之間通過精密擋油圈密封。螺旋套筒的外壁上設(shè)有螺旋，螺旋套筒的一端通過定位卡簧13固定。

數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)300由霍爾元器件14、磁鋼套16、永磁墊鐵16-2組成。磁鋼套由一層絕緣層16-1，8塊均勻排布的永磁墊鐵16-2和一個(gè)設(shè)有開口的鋼環(huán)16-3組成。磁鋼套粘貼在花式套筒的內(nèi)壁上，8塊永磁墊鐵A均勻的鑲嵌在花式套筒內(nèi)壁的絕緣層上。永磁墊鐵A和軸端面的永磁墊鐵B磁極相異。在永磁墊鐵A上套接一個(gè)鋼環(huán)，鋼環(huán)設(shè)有開口，鋼環(huán)置于軸端面永磁墊鐵B和永磁墊鐵A所形成的磁場內(nèi)。鋼環(huán)的軸向兩端面上分別設(shè)有一根導(dǎo)線，兩根導(dǎo)線分別與電動(dòng)勢測量裝置相連?；魻栐骷且粋€(gè)柔性的弧形鐵片，同樣粘貼在花式套筒的內(nèi)壁上，在霍爾元器件上下底面上分別設(shè)有一根導(dǎo)線，兩根導(dǎo)線分別與電動(dòng)勢測量裝置相連?；魻栐骷痛配撎椎膶?dǎo)線均從端蓋的通孔延伸至固定支架的外部。

高精密可調(diào)間隙機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)方法如下：

1、驅(qū)動(dòng)擺桿通過鍵B帶動(dòng)軸在螺旋套筒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；

2、旋緊(松)外部的微調(diào)定位螺環(huán)，控制與其用螺紋聯(lián)接的花式套筒伸縮來調(diào)節(jié)軸套間隙；

3、調(diào)節(jié)間隙大小并固定位置，在驅(qū)動(dòng)擺桿的作用下，使軸在螺旋套筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)，通過霍爾觸感器記錄下在此間隙下，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、軸中心線在軸套內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡、碰撞時(shí)發(fā)生在接觸面的穿刺變形以及在速度交替時(shí)的加速度變化情況；

4、調(diào)整間隙值重復(fù)步驟3；

5、綜合分析以上測出的數(shù)據(jù)，獲得運(yùn)動(dòng)副間隙值的變化對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的影響結(jié)果。