CN101315307A - 一种促动器力学性能的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种促动器力学性能的测试装置，属于机械工程技术领域。测试装置的横梁通过支撑柱固定在底座的上方。两个固定滑轮、两个可调滑轮分别固定在横梁上。牵拉索沿着横梁绕在滑轮上。两个配重分别固定在两个牵拉索的一端，两个牵拉索的另一端相互铰接成为牵拉节点，被测促动器的一端通过连接件与牵拉节点相连。本发明的测试装置，可提供随促动器伸长而变化的反作用力，而且结构简单，促动器伸长量与反作用力的范围较弹簧机构宽，适用于较大载荷、较大行程、较低刚度的促动器的进行在变化力下的促动器性能测试，成本较低。

Description

一种促动器力学性能的测试装置

技术领域

本发明涉及一种促动器力学性能的测试装置，属于机械工程技术领域。

背景技术

促动器是一种能产生直线运动的机电设备，促动器通过伸长或缩短，使被控制的物体产生指定的位移或对被控制的物体施加指定的力。由于促动器本身的材料存在弹性，促动器工作过程中的实际伸长与促动器在施力过程中所受的反作用力相关。

在许多促动器的工作过程中，促动器所受的反作用力会随着促动器的伸长而发生变化。比较典型的是线性变化。由于促动器所受的反作用力的变化，促动器的设定伸长与实际伸长会产生偏差，因此对促动器在所受的反作用力变化的情况下的伸长、变形、磨损等进行检测与标定，是促动器设计、生产与研究所必须的。

通常的促动器的检测只在恒定反作用力下进行，例如采用滑轮砝码机构，即可利用重力实现恒定载荷。利用弹簧机构也可以产生变化的载荷，但输出载荷较小，成本也偏高。

发明内容

本发明涉及一种促动器力学性能的测试装置，利用两个滑轮砝码机构，将两个牵拉索连接在一起，滑轮砝码机构输出大小恒定的拉力，两个牵拉索在牵拉节点处形成的夹角随牵拉节点的位移发生变化，所产生的合力也随之而变化，该合力作用于促动器，使促动器力学性能的测试可以在变化的反作用力下进行。

本发明提出的促动器力学性能的测试装置，包括底座、横梁、支撑柱、第一配重、第二配重、第一固定滑轮、第二固定滑轮、第一可调滑轮、第二可调滑轮、第一牵拉索、第二牵拉索和连接件。横梁通过支撑柱固定在底座的上方。第一固定滑轮和第二固定滑轮分别固定在横梁的两端。第一可调滑轮和第二可调滑轮从左至右依次安装在横梁上。第一牵拉索由左至右依次沿着横梁绕在第一固定滑轮和第一可调滑轮上，第二牵拉索由右至左依次沿着横梁绕在第二固定滑轮和第二可调滑轮上，第一配重固定在第一牵拉索的一端，第二配重固定在第二牵拉索的一端，第一牵拉索的另一端和第二牵拉索的另一端相互铰接成为牵拉节点，牵拉节点沿垂直方向上下移动，被测促动器的一端通过固定件固定在底座的中央，被测促动器的另一端通过连接件与牵拉节点相连。

本发明提出的促动器力学性能的测试装置，其优点是：可为被测促动器提供随伸长而变化的反作用力。通过调整配重的重量和两个可调滑轮之间的距离，得到不同的反作用力与促动器伸长之间的关系特性。本发明装置结构简单，促动器伸长量与反作用力的范围较弹簧机构宽，因此适用于较大载荷、较大行程、较低刚度的促动器在变化力情况下的性能测试，而且测试成本较低。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明装置中牵拉节点的受力分析图。

图1中，1是底座，2是第二配重，3是促动器，4是第二牵拉索，5是连接件，6是第二固定滑轮，7是第二可调滑轮，8是横梁，9是牵拉节点，10是第一可调滑轮，11是第一固定滑轮，12是第一牵拉索，13是支撑柱，14是第一配重，15是固定件。

图2中，M与M’分别是第二可调滑轮与第一可调滑轮附近牵拉索水平段与倾斜段的交点，是牵拉索的转折点，d为它们之间的距离。OXY是力分析建立的坐标系，OY沿牵拉索水平段，OX沿着促动器方向，O为牵拉索水平段与促动器方向的交点。N为图1中牵拉节点9，x为牵拉索水平段与牵拉节点N之间的距离。G为配重的重力，由于结构左右对称布置，两边配重的重力相等。F为促动器对牵拉节点的拉力。

具体实施方式

本发明提出的促动器力学性能的测试装置，其结构如图1所示，包括底座1、横梁8、支撑柱13、第一配重14、第二配重2、第一固定滑轮11、第二固定滑轮6、第一可调滑轮10、第二可调滑轮7、第一牵拉索12、第二牵拉索4和连接件5。横梁8通过支撑柱13固定在底座1的上方。第一固定滑轮11和第二固定滑轮6分别固定在横梁8的两端。第一可调滑轮10和第二可调滑轮7从左至右依次安装在横梁8上。第一牵拉索12由左至右依次沿着横梁绕在第一固定滑轮11和第一可调滑轮10上，第二牵拉索4由右至左依次沿着横梁绕在第二固定滑轮6和第二可调滑轮7上。第一配重14固定在第一牵拉索12的一端，第二配重2固定在第二牵拉索4的一端，第一牵拉索12的另一端和第二牵拉索4的另一端相互铰接成为牵拉节点9，牵拉节点9沿垂直方向上下移动，被测促动器3的一端通过固定件15固定在底座的1中央，被测促动器3的另一端通过连接件5与牵拉节点9相连。

以下结合附图，详细介绍本测试装置的工作原理和过程：

底座1、支撑柱13、4和横梁8构成了一个机架。底座1上的固定件15上固定了待测促动器3。横梁8上安装了4个滑轮，用来将牵拉索转折，将配重重力产生的恒定力转至所需的方向。其中第一固定滑轮11和第二固定滑轮6通过第一牵拉索12和第二牵拉索4将第一配重14和第二配重2的垂直向下的重力转成水平的力。第一可调滑轮10与第二可调滑轮7将该水平的力转成指向牵拉节点9的倾斜的力，可调滑轮10和7的位置需要根据所要求力学特性进行调整。由于本装置的结构左右对称，第一配重14与第二配重2的重力相等，第一可调滑轮10与第二可调滑轮7使第一牵拉索12和第二牵拉黍4在横梁8的下部形成等腰三角形。牵拉节点9通过连接件5连接到被测促动器3上。当被测促动器3伸长或缩短时，牵拉节点9的位置沿垂直方向发生上下变化。这使等腰三角形的N点(即等腰三角形顶角)角度发生变化。由于在第一牵拉索12和第二牵拉黍4内的拉力恒定，等于配重的重力，因此当角度发生变化时，其合力也随之变化，这个合力与连接件5上的力平衡，它由被测促动器3的拉力产生，其反作用到促动器3上的反作用力也随之变化。

图2是牵拉节点9的受力分析图，显示了反作用力施加机构的变化原理。设定在坐标系XOY中，d是第一可调滑轮10到第二可调滑轮7之间的距离，x是牵拉节点9与横梁8之间的距离，亦即节点9的位移，G为第一配重、第二配重的重力，F是被测促动器的拉力，它与本发明装置所提供给促动器的力大小相等，方向相反。可以看到，促动器拉力F与牵拉节点上下位移x之间的关系式为：

$F=2G\sin \left(\arctan \frac{2x}{d}\right)$

若理想的线性关系为：

F＝kx

其中，k为期望的弹性系数指标。相比较可以得到误差函数

$|2G\sin \left(\arctan \frac{2x}{d}\right)-\mathrm{kx}|<\mathrm{\&lambda;kx}$

λ是允许的误差比例系数。从上式可以看出，要得到更高精度的力，就必须减小该误差比例系数，带来的结果是G与d的增大。因此必须根据促动器实际需要的精度来确定该系数。通过解不等式方程，得出配重重力G及两个可调滑轮之间的距离d的范围，进而可以通过合理设计与调整，获得允许误差要求下的力的特性。

测试促动器的过程是，按照需要被测促动器的特性，设定第一、第二配重的重量G，第一、二可调滑轮之间的距离，以及连接件5的长度，安装好被测促动器。被测促动器缩短时，配重上升，牵拉节点下降，被测促动器伸长时，配重下降，牵拉节点上升。促动器的不同伸长中，牵拉节点的位置不同，第一牵拉索和第二牵拉黍在牵拉节点处形成的角度不同，促动器上将会受到相应的不同的反作用力，在所计算出的配重G和距离d所形成的几何关系下，理论上，得到的反作用力与理想的反作用力间的相对误差小于预期的允许误差比例系数λ。

本发明装置中，第一牵拉索和第二牵拉索不仅可以采用钢丝绳、尼龙绳等普通绳索，还可以采用链条，如辊子链、圆环链等。相应地，滑轮可以采用链轮形式。链条具有很小的转弯半径，有利于提高实验台的精度。连接件与被测促动器之间还可以安装拉力传感器，可以实时测量作用在促动器上的反作用力。

Claims (1)

1、一种促动器力学性能的测试装置，其特征在于该装置包括底座、横梁、支撑柱、第一配重、第二配重、第一固定滑轮、第二固定滑轮、第一可调滑轮、第二可调滑轮、第一牵拉索、第二牵拉索和连接件，所述的横梁通过支撑柱固定在底座的上方，所述的第一固定滑轮和第二固定滑轮分别固定在横梁的两端，所述的第一可调滑轮和第二可调滑轮从左至右依次安装在横梁上，所述的第一牵拉索由左至右依次沿着横梁绕在第一固定滑轮和第一可调滑轮上，第二牵拉索由右至左依次沿着横梁绕在第二固定滑轮和第二可调滑轮上，第一配重固定在第一牵拉索的一端，第二配重固定在第二牵拉索的一端，第一牵拉索的另一端和第二牵拉索的另一端相互铰接成为牵拉节点，牵拉节点沿垂直方向上下移动，被测促动器的一端通过固定件固定在底座的中央，被测促动器的另一端通过连接件与牵拉节点相连。

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