CN102607837A - 笼式直线机电作动器性能试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于端面安装的笼式直线机电作动器性能试验台。由于该试验台采用了由两块安装架和四根螺杆组成的笼式结构，整个结构更加紧凑，加载直线机电作动器1与被测直线机电作动器6的推杆之间所产生的拉力或压力被封闭在一个笼式结构中；加载直线机电作动器1具有较高精度，能够对被测直线机电作动器6进行精确的机械性能测量；整个试验台的设计采用全电控制系统，避免了试验台受到污染；试验台组成结构简单，可操作空间大，大部分控制系统采用配备的计算机系统进行智能控制，操作简单；而且如果量程范围继续增大，可以灵活简便的更换试验台的四根长螺杆，并且在保证长螺杆抗压稳定性的前提下，进行更大的量程范围的测试。

Description

笼式直线机电作动器性能试验台

所属领域

本发明涉及一种用于测量端面安装式直线机电作动器性能的机械装置。

现有技术

直线机电作动器以其精度高、频响快、体积小、重量轻、生存能力强、无污染和维护方便等优点正逐步取代传统的液压作动器，并广泛应用于飞控系统、精密机床、机器人和工业过程控制等领域。直线机电作动器主要由电机、减速机构、滚珠丝杠(或滚柱丝杠)和电控系统四部分组成，通过丝杠的旋转和滚动体的行星运动，将动力传递给螺母以实现直线输出。直线机电作动器的直线作动性能直接影响到其作动速度、效率和对作动对象的控制精度等，故需要对作动器进行性能试验。

现有技术中，直线机电作动器性能实验台主要集中于对作动系统的传动部分进行测试，即对滚珠丝杠的性能进行测试，如文献“精密滚珠丝杠副摩擦力矩波动的分析与测试”和“高速滚珠丝杠副动力学性能分析及其试验研究”中，分别对滚珠丝杠的摩擦力矩和综合动力学性能进行了测试和研究，这类实验台没有将电机和减速机构的性能考虑进去，无法测量直线作动器的整体性能指标。而对整个作动系统的性能试验，国内少有的实验台大多采用液压系统作为作动器的加载装置，结构相对复杂，而且存在液压源易污染、维护不方便和占用面积大等问题。国外已有采用机电作动器作为加载装置的整体性能试验台，如文献“Experimental andAnalytical Development of Health Management for Electro-Mechanical Actuators”，但这种实验台成本较高，测试范围较窄，试验台设计、加工和操作较为复杂。

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有直线机电作动器试验台多采用液压系统作为加载装置，易污染、难维护、占地大，并且试验台各个零部件的安装位置较为固定，不便于更换不同行程规格的被测直线机电作动器，同时没有综合考虑电机和减速机构的性能，无法测试作动系统的整体性能指标等诸多不足，本发明设计了一种用于测量端面安装式直线机电作动器性能的试验台。

本发明的是技术方案是，一种笼式直线机电作动器性能试验台，主要包括基础平台7、安装架2、长螺杆5、止转组件10、止转滑杆8、限位开关11、限位开关撞块12、连接套3、拉压力传感器9、球铰链4、位移传感器组件13、加载直线机电作动器1和被测直线作动器6；基础平台7用来支撑整个试验台零部件；两个结构完全相同的安装架2固定在基础平台7上；四根长螺杆5的两端均通过高强度螺栓与两个安装架2连接起来，构成试验台的笼式结构，使试验台在一个封闭的内力系统中进行测试；加载直线机电作动器1和被测直线机电作动器6固定在安装架2上，加载直线机电作动器1的推杆穿过其中一个安装架2的推杆伸出孔，通过外螺纹与连接套3一端的内螺纹连接；连接套3另一端的外螺纹与拉压力传感器9一端的内螺纹配合；拉压力传感器9的另一端通过球铰链4与穿过另一个安装架2推杆伸出孔的被测直线作动器6的推杆连接；所述加载直线机电作动器1的推杆、连接套3、拉压力传感器9、球铰链4、被测直线作动器6的推杆均同轴；止转组件10由止转环14、L型板a15和L型板b16组成，L型板a15和L型板b16分别用螺钉与止转环14固连，止转环14内壁上的平面与相应直线机电作动器推杆的外壁平面配合，并通过紧定螺钉锁紧；四根止转滑杆8的一端分别与相应的L型板a15固连，另一端在安装架2的止转滑杆导向滑孔中滑动，其中有两根止转滑杆8上固连有限位开关撞块12；两个限位开关11分别固定在装有加载直线机电作动器1的安装架2的两侧，当加载直线机电作动器1推杆带动止转滑杆8往返滑动时，固定在止转滑杆8上的限位开关撞块12撞击限位开关11顶部滚轮并将其压下，起到限位的作用；位移传感器组件13由位移传感器和位移传感器安装板20组成；位移传感器安装板20固定在装有加载直线机电作动器1的安装架2上，位移传感器安装在位移传感器安装板20上，其测量杆端部与L型板a16固连，用于测试加载直线机电作动器1推杆的位移。

本发明的有益效果是：上述笼式直线机电作动器性能试验台能够通过加载直线机电作动器1对被测直线机电作动器6施加不同大小的恒定轴向推力和拉力，从而能够模拟不同负载。直线机电作动器通过控制系统进行控制，其直线作动速度连续可调，同时能够控制直线机电作动器往复运动的行程和频率，以及对作用力和行程大小进行测量等。该直线机电作动器试验台能够测量直线机电作动器的静动载荷、作动行程、作动速度、作动加速度和响应时间等性能参数。

相比现有技术，本发明中采用了主要由两块安装架和四根端部带有内螺纹孔的螺杆组成的笼式结构设计，使得整个笼式结构形成了一个内力系统，这样可使整个试验台的结构更加紧凑，加载直线机电作动器与被测直线机电作动器之间彼此关联，形成一个封闭的整体，加载直线机电作动器1与被测直线机电作动器6的推杆之间所产生的拉力或压力被封闭在一个笼式结构中；加载直线机电作动器1自身带有精确的控制系统，而且其本身的机械加工精度也较高，能够对被测直线机电作动器6进行精确的机械性能测量；整个试验台的设计采用全电控制系统，避免了试验台受到污染的可能；试验台组成结构简单，可操作空间大，大部分控制系统采用配备的计算机系统进行智能控制，操作简单；笼式结构的选择使得试验台可以测量较大量程范围的被测直线机电作动器，而且如果量程范围继续增大，可以灵活简便的更换试验台的四根长螺杆，并且在保证长螺杆抗压稳定性的前提下，进行更大量程范围的测试。

附图说明

图1是本发明提出的笼式直线机电作动器性能试验台轴测图；

图2是基础平台7轴测图；

图3是安装架2轴测图；

图4是止转组件10轴测图；

图5是连接套5轴测图；

图6是球铰链4轴测图；

图7是球铰链头7轴测图；

图8是球铰链罩18轴测图；

图9是球铰链杆19轴测图；

图10是限位开关撞块12轴测图；

图11是位移传感器安装板20轴测图；

其中：1.加载直线机电作动器；2.安装架；3.连接套；4.球铰链；5.长螺杆；6.被测直线机电作动器；7.基础平台；8.止转滑杆；9.拉压力传感器；10.止转组件；11.限位开关；12.限位开关撞块；13.位移传感器组件；14.止转环；15.L型板a；16.L型板b；17.球铰链头；18.球铰链罩；19.球铰链杆；20.位移传感器安装板。

具体实施方式

本实施例中的笼式直线机电作动器性能试验台主要包括基础平台7、安装架2、长螺杆5、止转组件10、止转滑杆8、限位开关11、限位开关撞块12、连接套3、拉压力传感器9、球铰链4、位移传感器组件13、加载直线机电作动器1和被测直线作动器6，如图1所示。基础平台7用来支撑整个试验台零部件；安装架2有两个，结构完全相同，通过螺栓固定在基础平台上，并用销钉定位；长螺杆5有四根，用高强度螺栓和安装架连接起来，构成试验台的笼式结构，使试验台在一个封闭的内力系统中进行测试；止转组件10和止转滑杆8配合使用，用于限制直线机电作动器圆周方向的转动，止转组件10用紧定螺钉锁紧在直线机电作动器的推杆上，止转滑杆8有四根，分别套在安装架2上的导向滑孔内；限位开关11为顶部滚轮柱塞型，固定安装在安装架2的两侧面；限位开关撞块12有四个，分别用紧定螺钉与其中的两根止转滑杆8相连，当止转滑杆8往返滑动时，限位开关撞块12分别撞击限位开关11顶部滚轮并将其压下，起到限位的作用；连接套3用于连接加载直线机电作动器1和拉压力传感器9，并且在螺纹连接处均用薄螺母锁紧；拉压力传感器9的另一端和球铰链4的一端相连，并用薄螺母锁紧；球铰链4的另一端与被测直线机电作动器6相连，也用螺母锁紧；位移传感器组件13用螺钉固定在安装架2上，传感器测量杆通过安装架2上的孔伸出，并与止转组件10相连；两个直线机电作动器用螺栓连接在安装架2上，并用圆柱销定位。其中：

基础平台7上开有T型槽和两个定位销钉孔，用于安装和定位安装架2，基础平台下分布有加强筋，如图2所示，以提高基础平台的强度和刚度。

安装架2上分布有一系列不同直径的螺纹孔和通孔，用来连接试验台的各个零部件。主要有基础平台连接孔、安装架定位销钉孔、螺杆连接孔、止转滑杆导向滑孔、直线机电作动器连接孔、直线机电作动器定位销钉孔、直线机电作动器推杆伸出孔、位移传感器组件连接孔和位移传感器测量杆伸出孔。为减小精加工面积，安装架2前后两端面和底面上均加工有方形凸台。为减小安装架2的重量，并保证安装架2的刚度和强度满足试验台测试要求，在安装架2的端面上加工有加强筋。

长螺杆5两端面均有内螺纹，端面要求精加工。因此长螺杆5与安装架2的连接方式为内螺纹连接，相比于外螺纹连接来说，内螺纹连接时，螺杆端面便于精加工，并可与安装架上的凸台实现精确配合；同时，当采用相同直径的螺栓连接时，内螺纹使得长螺杆5的外径加大，在保证相同抗拉强度的情况下增加了长螺杆5的抗压稳定性。

止转组件10用于防止直线机电作动器的推杆在伸缩时发生转动，其主要由止转环14和L型板a15和L型板b16组成，止转环14内圆和外圆均加工有平面，分别与直线机电作动器推杆平面和L型板a15、L型板b16配合。板加工成L型保证了直线机电作动器的推杆在完全缩回时止转组件10不触碰安装架2。止转环14和L型板a15、L型板b16用螺钉连接在一起。止转环14上开有紧定螺钉孔，止转组件10套在直线机电作动器的推杆上后，通过止转环14上的紧定螺钉孔用紧定螺钉锁紧。若被测直线机电作动器6的推杆尺寸与加载直线机电作动器1的推杆尺寸相同，则将止转组件10上的L型板b16去掉，再将其套在被测直线机电作动器6的推杆上后，即可用于防止被测直线机电作动器6的推杆在伸缩时发生转动；若被测直线机电作动器6的推杆尺寸与加载直线机电作动器1的推杆尺寸不同，则改变止转环14和L型板a15的相关尺寸即可。

止转滑杆8上加工有平面，与紧定螺钉的平端面配合。其端部加工有外螺纹，用螺母与止转组件10上的L型板a15相连。

限位开关11是购买的标准件。

限位开关撞块12做成L型，在一端上对称分布着两个紧定螺钉孔，另一端对称加工有两个斜面，该斜面在限位开关撞块12与限位开关11接触时起到过渡作用。紧定螺钉将限位开关撞块12锁紧在止转滑杆8上，且其在滑杆上的位置可以根据直线机电作动器推杆的行程灵活调节。

连接套3一端加工有内螺纹，用于和加载直线机电作动器1推杆上的外螺纹配合；另一端加工有外螺纹，用于和拉压力传感器9的内螺纹配合。

拉压力传感器9是购买的标准件。

球铰链4主要由3部分组成，分别为：球铰链头17，球铰链罩18和球铰链杆19，球铰链罩18和球铰链杆19用8个高强度螺栓连接在一起。

位移传感器组件13主要由位移传感器和位移传感器安装板20组成。为满足位移传感器大量程的要求，选择了侧面安装形式的位移传感器，侧面安装形式的位移传感器量程一般比较大，在满足量程需要的情况下，也可选用端面安装形式的位移传感器。位移传感器安装板20做成L型，其一端面上开有1个传感器拉杆伸出孔和4个均匀分布的光孔，可用4个螺钉穿过光孔将安装板20和安装架2连接起来。位移传感器端部测量杆的球绞接驳方式克服了部分测量杆由于倾斜产生的扭力，保证驱动力始终朝着测量杆的轴向。测量杆端部分布有螺纹，测量杆穿过L型板b16上开的通孔，用螺母与止转组件10相连，从而实现位移的精确测量。

直线机电作动器1和6的安装方式为前法兰端面安装，其旋转电机由控制器控制，主要有三种控制模式：速度模式、位移模式和力矩模式。旋转电机驱动内部的行星滚柱丝杠机构将旋转运动转化为直线运动，并通过输出推杆输出速度、位移、推力等物理量。推杆端部为分布有外螺纹，与其他连接件相连，推杆上加工有平面，用于和止转环14内圆平面相配合，以防止推杆在伸缩时发生圆周方向的转动。

由于本实施例中加载直线机电作动器1的行程为305mm，所以，本实施例中的笼式直线机电作动器性能试验台可对行程在0-305mm范围内的被测直线机电作动器6进行测试。四根螺杆的长度确定以后，若被测直线机电作动器的行程小于305mm，可通过加载直线机电作动器的行程进行补偿；若被测直线机电作动器的行程大于305mm，则调节两个安装架之间的距离，并更换四根螺杆的长度即可。

测量实例1：测量被测直线机电作动器6空载时的整体性能参数

撤去加载直线机电作动器1和拉压力传感器9，将被测直线机电作动器6通过止转组件10的L型板b16与位移传感器的测量杆相连，设置其控制器的相关参数，则可以由位移传感器和数据采样系统得出被测直线机电作动器6在空载情况下位移、速度和加速度随时间的变化情况，以及作动器在起、停阶段的响应时间。

测量实例2：测量被测直线机电作动器6加载时的整体性能参数

本测量实例在测量被测直线机电作动器6加载时的整体性能参数时，以加载力是推力为例，首先将加载直线机电作动器1与被测直线机电作动器6的输出推杆用拉压力传感器9及相关适装组件按照装配顺序连接起来，测量时，通过对加载直线机电作动器1控制器相关参数的设置，并利用拉压力传感器的反馈信号来调节输出推力误差，使其保持恒定的输出推力。被测直线机电作动器在其控制器的作用下也以一定的推力输出，这样，整个系统将会朝着合力的方向运动，此时，可由位移传感器和数据采样系统得出被测直线机电作动器在加载情况下位移、速度和加速度随时间的变化曲线，以及作动器在起、停阶段的响应时间。

测量被测直线机电作动器6在加载力是拉力时的整体性能参数时，作动器推杆的连接方式和控制方式同上。

测量实例3：测量被测直线机电作动器6机械传动部分的最大静载荷

本测量实例在测量被测直线机电作动器6的最大静载荷时，为保证构成作动器机械传动部分的行星滚珠丝杠机构的丝杠不发生相对转动，需拆除被测直线机电作动器6的旋转电机和相关的减速机构，并将丝杠的一端通过固定装置固定在基础平台7上，将加载直线机电作动器1与被测直线机电作动器6的输出推杆用拉压力传感器9及相关适装组件按照装配顺序连接起来，通过对加载直线机电作动器1控制器相关参数的设置，并利用拉压力传感器9的反馈信号来调节输出推力或拉力误差，使其输出推力或拉力缓慢地逐渐增加至某一数值，然后，去除丝杠的固定装置，查看被测直线机电作动器6的机械传动部分是否仍可正常运转，若可以，则重复实验过程并继续增加输出推力或拉力大小，直至被测直线机电作动器6的机械传动部分不能正常运转为止，至此，便可测出被测直线机电作动器6机械传动部分的最大静载荷。

测量实例4：测量被测直线机电作动器6机械传动部分的最大动载荷

本测量实例在测量被测直线机电作动器6的最大动载荷时，为保证构成作动器机械传动部分的行星滚珠丝杠机构的丝杠不发生相对转动，需拆除被测直线机电作动器6的旋转电机和相关的减速机构，并将丝杠的一端通过固定装置固定在基础平台7上，将加载直线机电作动器1与被测直线机电作动器6的输出推杆用拉压力传感器9及相关适装组件按照装配顺序连接起来，通过对加载直线机电作动器1控制器相关参数的设置，并利用拉压力传感器9的反馈信号来调节输出推力或拉力误差，使其输出随时间不断变化的加载力，该加载力以推力和拉力的形式交替变化，并控加载力的峰值大小，以模拟被测直线机电作动器所受到的动载荷，然后，去除丝杠的固定装置，查看被测直线机电作动器6的机械传动部分是否仍可正常运转，若可以，则重复实验过程并继续增加动载荷大小，直至被测直线机电作动器6的机械传动部分不能正常运转为止，至此，便可测出被测直线机电作动器6机械传动部分的最大动载荷。

Claims (2)

1.一种笼式直线机电作动器性能试验台，其特征在于：包括基础平台(7)、安装架(2)、长螺杆(5)、止转组件(10)、止转滑杆(8)、限位开关(11)、限位开关撞块(12)、连接套(3)、拉压力传感器(9)、球铰链(4)、位移传感器组件(13)、加载直线机电作动器(1)和被测直线作动器(6)；基础平台(7)用来支撑整个试验台零部件；两个结构完全相同的安装架(2)固定在基础平台(7)上；四根长螺杆(5)的两端均通过高强度螺栓与两个安装架(2)连接起来，构成试验台的笼式结构，使试验台在一个封闭的内力系统中进行测试；加载直线机电作动器(1)和被测直线机电作动器(6)固定在安装架(2)上，加载直线机电作动器(1)的推杆穿过其中一个安装架(2)的推杆伸出孔，通过外螺纹与连接套(3)一端的内螺纹连接；连接套(3)另一端的外螺纹与拉压力传感器(9)一端的内螺纹配合；拉压力传感器(9)的另一端通过球铰链(4)与穿过另一个安装架(2)推杆伸出孔的被测直线作动器(6)的推杆连接；所述加载直线机电作动器(1)的推杆、连接套(3)、拉压力传感器(9)、球铰链(4)、被测直线作动器(6)的推杆均同轴；止转组件(10)由止转环(14)、L型板a(15)和L型板b(16)组成，L型板a(15)和L型板b(16)分别用螺钉与止转环(14)固连，止转环(14)内壁上的平面与相应直线机电作动器推杆的外壁平面配合，并通过紧定螺钉锁紧；四根止转滑杆(8)的一端分别与相应的L型板a(15)固连，另一端在安装架(2)的止转滑杆导向滑孔中滑动，其中有两根止转滑杆(8)上固连有限位开关撞块(12)；两个限位开关(11)分别固定在装有加载直线机电作动器(1)的安装架(2)的两侧，当加载直线机电作动器(1)推杆带动止转滑杆(8)往返滑动时，固定在止转滑杆(8)上的限位开关撞块(12)撞击限位开关(11)顶部滚轮并将其压下，起到限位的作用；位移传感器组件(13)由位移传感器和位移传感器安装板(20)组成；位移传感器安装板(20)固定在装有加载直线机电作动器(1)的安装架(2)上，位移传感器安装在位移传感器安装板(20)上，其测量杆端部与L型板a(16)固连，用于测试加载直线机电作动器(1)推杆的位移。

2.一种如权利要求1所述的笼式直线机电作动器性能试验台，其特征在于：所述球铰链(4)由球铰链头(17)，球铰链罩(18)和球铰链杆(19)三部分组成，球铰链罩(18)和球铰链杆(19)用8个高强度螺栓连接在一起。

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