CN102680205A - 一种正弦摇摆机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正弦摇摆机构，包括底座，所述底座具有一水平的承载平台，在承载平台的一端固定有第一支撑架，所述第一支撑架包括竖直设置的安装板，安装有电机和与电机减速机，所述电机减速机的输出轴穿过安装板后与一偏心轮机构相连；偏心轮机构相连包括一滑动螺母，所述滑动螺母与连杆机构相连并带动连杆机构运动；在承载平台的另一端的两侧对称设置有支撑板，两支撑板之间设有一工作平台，在工作平台的下方设有一滑杆；连杆远离矩形框架的一端与滑杆相连并带动滑杆及工作平台转动；工作平台一侧的转轴穿过支撑板，在该转轴远离工作平台的一端安装有一编码器。本发明结构简单，稳定可靠，输出准确性高。

Description

一种正弦摇摆机构

技术领域

本发明涉及一种减摇鳍用海浪模拟的实验装置，尤其涉及一种能够模拟海浪作业从而对减摇鳍性能进行测试和控制的正弦摇摆机构。

 

背景技术

在开放的海洋环境中，船舶在海上航行或作业时，由于受到海浪、海风以及海流的影响，船舶会不可避免的产生摇摆运动，剧烈的摇摆不仅影响船舶的航行，增加船舶倾覆的危险性，而且对船上装备带来影响，影响设备的精度，还会对船上的货物和人员带来不稳定因素。因此，为了船舶的航行安全以及提高航行中的舒适性，迫切需要减小船舶的振荡，固作为减摇装置之—的减摇鳍就此诞生。减摇鳍是目前效果最好的主动式减摇装置，用于减小船体的横摇，当设备工作于减摇状态时，舰受海浪干扰力矩的作用而摇荡，放置在控制操纵箱内的角速度传感器测出船的横摇角速度，经控制操纵箱中的控制电路放大计算后得到转鳍主令信号，再分别送到四个独立的电液随动系统。随动系统将电的主令信号转化为鳍的转角，通过操纵机构转动减摇鳍，在流体动力作用下，由鳍产生的稳定力矩抵抗波浪力矩对舰的作用，从而减小舰的横摇。所以创作一个稳定、准确、能真实模拟海洋运动的环境对减摇鳍的研究和性能调试起着至关重要的作用。

摇摆装置是减摇鳍产品在联调试验过程中重要的试验设备之一，摇摆装置的工作稳定性、可靠性，能够提供准确的摇摆运动，对减摇鳍产品联调试验的质量保证而言，具有非常重要的意义。目前，国内外已经研制了实现不同运动功能的海浪模拟平台，但对于减摇鳍的测试及联调试验来说，这些摇摆机构结构复杂，体积庞大，且输出准确性、结构可靠性方面都不太理想。现有的摇摆机构由曲柄滑块带一偏心工作台的齿轮传动的。前者输出的不是一标准正弦曲线，且与正弦曲线误差较大；后者通过电机换向实现摇摆，但由于电机不停地正反转，齿轮的寿命和可靠性无法保证，且齿轮换向时的间隙对输出结果造成的误差较大。并且现有偏心工作台不能实现偏心角度从0°开始进行调节，不能对输出进行全面的进行调节（通常只能从10°开始调节）。因此开发一种体积小、结构简单，输出准确可靠的试验平台是本领域技术人员研究的方向。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种正弦摇摆机构，结构简单，稳定可靠，输出准确性高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种正弦摇摆机构，其特征在于：包括底座，所述底座具有一水平的承载平台，在承载平台的一端固定有第一支撑架，所述第一支撑架包括竖直设置的安装板，安装板的一侧安装有电机和与电机相连的电机减速机，所述电机减速机的输出轴穿过安装板后与一偏心轮机构相连，并带动偏心轮机构转动；

所述偏心轮机构包括一偏心座，所述偏心座为长方体结构，其一端具有一用于与电机减速机输出轴相连的第一安装孔，该偏心座还具有一沿其长度方向设置的条形通孔；条形通孔内设有一丝杆，所述丝杆的长度方向与条形通孔的长度方向一致，其一端从偏心座远离第一安装孔的一端穿出并通过螺母紧固，另一端与条形通孔靠近第一安装孔的一端端部相接触；在丝杆上设有一与之配合的滑动螺母，所述滑动螺母呈“L”型结构，其水平段与丝杆配合相连，竖直段位于条形通孔外侧，且竖直段远离水平段的一端靠近第一安装孔，在竖直段远离水平段的一端开设有第二安装孔，当滑动螺母的水平段位于条形通孔靠近第一安装孔一端的端部时，第二安装孔与第一安装孔轴线重合；

该滑动螺母通过第一直线轴承与一连杆机构相连并驱动连杆机构运动，所述第一直线轴承通过螺栓配合第二安装孔与滑动螺母相连，并且该第一直线轴承的轴向为竖直方向；

所述连杆机构包括一竖直设置的矩形框架，所述矩形框架竖直方向的一侧为柱状结构的圆杆，所述第一直线轴承套设在所述圆杆上，并能够沿圆杆上下滑动；矩形框架竖直方向的另一侧固定有至少一根水平设置的连杆，所述连杆通过第二支撑架与承载平台相连，并且所述连杆能够沿水平方向往复运动；

在承载平台的另一端的两侧对称设置有支撑板，两支撑板之间设有一工作平台，所述工作平台的相对两侧分别通过转轴与两支撑板的上部转动连接，在工作平台的下方设有一竖直设置的滑杆，所述滑杆的上端与工作平台固定连接；

所述连杆远离矩形框架的一端通过关节轴承与一轴向为竖直方向的第二直线轴承相连，所述第二直线轴承套设在滑杆上并带动滑杆及工作平台转动；

工作平台一侧的转轴穿过支撑板，在该转轴远离工作平台的一端安装有一编码器。

所述编码器与一示波器相连，并通过示波器进行幅值显示。

通电后给电机一输入信号，通过正弦摇摆机构将电机的旋转运动转换为工作平台的正弦摇摆运动。在做海浪模拟实验时，在工作平台上固定一机械式陀螺，然后将陀螺与减摇鳍的信号输入端相连，由于陀螺随着工作平台一起作正弦摇摆运动，当减摇鳍采集到陀螺的输出信号后及时反馈，反向动作以实现对舰艇的减摇效果。在工作平台一侧的转轴的远端安装编码器，用以采集工作平台的输出信号，然后通过一示波器显示，以实现对该正弦摇摆机构的监测和实时控制。

电机采用直流电机，能方便地对电机的转速进行调节，通过调节直流电机的输入电压控制其转速来实现正弦摇摆运动频率的调节；通过丝杆调节偏心轮机构的滑动螺母的位置以改变偏心量，以实现正弦摇摆运动幅值的调节。

进一步地，所述第二支撑架包括一竖板，所述竖板与承载平台固定，在竖板的一侧设有直线滑动装置，所述连杆从该直线滑动装置穿过。结构简单，能有效的对连杆进行支撑，并使连杆在水平方向自由滑动，该直线滑动装置可采用直线轴承，效果更好。

进一步地，所述连杆为轴心线位于同一竖直平面的两根，两根连杆远离矩形框架的一端通过一连接板相连，所述第二直线轴承通过关节轴承与该连接板相连，对应的直线滑动装置也为两个，两连杆分别从两直线滑动装置穿过。结构更加稳定，防止连杆机构沿水平作直线运动时的窜动和变形。

进一步地，所述滑杆的下端固定连接有一水平设置的挡板。避免在工作过程中因摆动幅度过大而造成的第二直线轴承脱离滑杆。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.结构简单、紧凑，操作方便，可以很便捷直观地调节正弦摇摆运动的幅值，采用丝杆调节的方式，使幅值调节范围更广、精度更高；

2.采用连杆机构传动，所述连杆机构包括两连杆，输出的正弦曲线传动方式更加准确；

3.整机的关键滑动部采用直线轴承-滑杆（圆杆、连杆）的结构形式，能够有效地消除因活动部位的间隙而导致的输出波形不稳定现象。

 

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中局部A的放大图

图3为偏心轮机构的结构示意图。

图中，1—承载平台，2—第一支撑架，3—偏心轮机构，31—偏心座，32—第一安装孔，33—丝杆，34—滑动螺母，35—第二安装孔，36—条形槽，37—螺栓，4—第一直线轴承，501—矩形框架，502—连杆，6—第二支撑架，7—支撑板，8—工作平台，9—滑杆，10—关节轴承，11—第二直线轴承，12—编码器，13—直线滑动装置，14—支撑件。

 

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1和图2，一种正弦摇摆机构，包括底座，所述底座具有一水平的承载平台1，该承载平台通过至少三个能够调节高度的支撑件14进行支撑，采用三点定平面的稳定结构，调节时更容易使承载平台水平。在承载平台的一端固定有第一支撑架2，所述第一支撑架包括与承载平台固定的底板和竖直设置在底板上并与底板固定的安装板，安装板的一侧安装有电机和与电机相连的电机减速机，所述电机减速机的输出轴穿过安装板后与一偏心轮机构3相连，该电机通过电机减速机带动偏心轮机构转动。所述电机和电机减速机采用直流电机和弧齿减速机配合，具有体积小、减速比大、转矩大、噪音低、齿间无间隙等特点，同时通过转速的变化能够满足所有的需求的调试周期。

参见图3，所述偏心轮机构包括一偏心座31，所述偏心座为长方体结构，其一端具有一用于与电机减速机输出轴相连的第一安装孔32，在偏心座上沿其长度方向还设有一条形通孔；实际制作时可将偏心座带第一安装孔的一端倒圆弧形，结构更加美观；条形通孔内设有一丝杆33，所述丝杆的长度方向与条形通孔的长度方向一致，其一端从偏心座远离第一安装孔的一端穿出并通过螺母紧固，另一端与条形通孔靠近第一安装孔的一端端部相接触；在丝杆上设有一与之配合的滑动螺母34，所述滑动螺母呈倒“L”型结构，其水平段与丝杆配合相连，竖直段位于条形通孔外侧，且竖直段远离水平段的一端靠近第一安装孔，在竖直段远离水平段的一端开设有第二安装孔35，当滑动螺母的水平段位于条形通孔靠近第一安装孔一端的端部时，第二安装孔与第一安装孔轴线重合。使偏心度能够从0°开始进行调节，调节范围更宽，从而能够实现正弦波的幅值从0°到10°之间的任意调整。

在条形通孔的一侧还设有一条形槽36，条形槽内设有一紧固螺栓37，在滑动螺母的水平段上设有一与该紧固螺栓配合的螺孔，通过紧固螺栓与该螺孔的配合，使滑动螺母的位置进一步固定，避免在工作过程中因震动而造成滑动螺母位置的移动。

该滑动螺母通过第一直线轴承4与一连杆机构相连并驱动连杆机构运动，所述第一直线轴承通过螺栓配合第二安装孔与滑动螺母相连，并且该第一直线轴承的轴向为竖直方向。

所述连杆机构包括一竖直设置的矩形框架501，所述矩形框架竖直方向的一侧为柱状结构的圆杆，所述第一直线轴承套设在所述圆杆上，并能够沿圆杆上下滑动；矩形框架竖直方向的另一侧固定有至少一根水平设置的连杆502，所述连杆通过第二支撑架6与承载平台相连，并且所述连杆能够沿水平方向往复运动。

在承载平台的另一端的两侧对称设置有支撑板7，两支撑板之间设有一工作平台8，所述工作平台的相对两侧分别通过转轴与两支撑板的上部转动连接，在工作平台的下方设有一竖直设置的滑杆9，所述滑杆的上端与工作平台固定连接，且该滑杆的轴线与过工作平台几何中心的垂线重合。具体实施时，所述工作平台为一圆形板结构，滑杆的轴线与圆形板的轴心线重合，结构简单，加工方便，且效果更好。

所述连杆远离矩形框架的一端通过关节轴承10与一轴向为竖直方向的第二直线轴承11相连，作为一种实施例，所述关节轴承为两个且对称设置在第二直线轴承的两侧，并通过连接件分别与连杆机构和第二直线轴承相连；所述第二直线轴承套设在滑杆上并带动滑杆及工作平台转动。

工作平台一侧的转轴穿过支撑板，在该转轴远离工作平台的一端安装有一编码器12，该编码器与一示波器相连，并通过示波器进行幅值显示。

所述第二支撑架包括一竖板，所述竖板与承载平台固定，在竖板的一侧设有直线滑动装置13，所述连杆从该直线滑动装置穿过。结构简单，能有效的对连杆进行支撑，并使连杆在水平方向自由滑动，该咨询滑动装置可采用直线轴承，效果更好。

具体加工时，所述连杆为轴心线位于同一竖直平面的两根，两根连杆远离矩形框架的一端通过一连接板相连，所述第二直线轴承通过关节轴承与该连接板相连，对应的直线滑动装置也为两个，连杆分别从两直线滑动装置穿过。结构更加稳定，防止连杆机构沿水平作直线运动时的窜动和变形。

所述滑杆的下端固定连接有一水平设置的挡板。避免在工作过程中因摆动幅度过大而造成的第二直线轴承脱离滑杆。

通电后给电机一输入信号，通过正弦摇摆机构将电机的旋转运动转换为工作平台的正弦摇摆运动。电机通过电机减速机驱动偏心轮机构，偏心轮机构利用滑动螺母配合第一直线轴承带动连杆机构沿水平方向作往复直线运动，连杆机构通过关节轴承和第二直线轴承的配合驱动滑杆绕工作平台旋转中心作摇摆运动。在工作平台一侧的转轴的远端安装编码器，用以采集工作平台的输出信号，然后通过一示波器显示，以实现对该正弦摇摆机构的监测和实时控制。

在做海浪模拟实验时，在工作平台上固定一机械式陀螺，然后将陀螺与减摇鳍的信号输入端相连，由于陀螺随着工作平台一起作正弦摇摆运动，当减摇鳍采集到陀螺的输出信号后及时反馈，反向动作以实现对舰艇的减摇效果。

电机采用直流电机，能方便地对电机的转速进行调节，通过调节直流电机的输入电压控制其转速来实现正弦摇摆运动频率的调节；通过丝杆调节偏心轮机构的滑动螺母的位置以改变偏心量，以实现正弦摇摆运动幅值的调节。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种正弦摇摆机构，其特征在于：包括底座，所述底座具有一水平的承载平台，在承载平台的一端固定有第一支撑架，所述第一支撑架包括竖直设置的安装板，安装板的一侧安装有电机和与电机相连的电机减速机，所述电机减速机的输出轴穿过安装板后与一偏心轮机构相连，并带动偏心轮机构转动；

所述偏心轮机构包括一偏心座，所述偏心座为长方体结构，其一端具有一用于与电机减速机输出轴相连的第一安装孔，该偏心座还具有一沿其长度方向设置的条形通孔；条形通孔内设有一丝杆，所述丝杆的长度方向与条形通孔的长度方向一致，其一端从偏心座远离第一安装孔的一端穿出并通过螺母紧固，另一端与条形通孔靠近第一安装孔的一端端部相接触；在丝杆上设有一与之配合的滑动螺母，所述滑动螺母呈“L”型结构，其水平段与丝杆配合相连，竖直段位于条形通孔外侧，且竖直段远离水平段的一端靠近第一安装孔，在竖直段远离水平段的一端开设有第二安装孔，当滑动螺母的水平段位于条形通孔靠近第一安装孔一端的端部时，第二安装孔与第一安装孔轴线重合；

该滑动螺母通过第一直线轴承与一连杆机构相连并驱动连杆机构运动，所述第一直线轴承通过螺栓配合第二安装孔与滑动螺母相连，并且该第一直线轴承的轴向为竖直方向；

所述连杆机构包括一竖直设置的矩形框架，所述矩形框架竖直方向的一侧为柱状结构的圆杆，所述第一直线轴承套设在所述圆杆上，并能够沿圆杆上下滑动；矩形框架竖直方向的另一侧固定有至少一根水平设置的连杆，所述连杆通过第二支撑架与承载平台相连，并且所述连杆能够沿水平方向往复运动；

在承载平台的另一端的两侧对称设置有支撑板，两支撑板之间设有一工作平台，所述工作平台的相对两侧分别通过转轴与两支撑板的上部转动连接，在工作平台的下方设有一竖直设置的滑杆，所述滑杆的上端与工作平台固定连接；

所述连杆远离矩形框架的一端通过关节轴承与一轴向为竖直方向的第二直线轴承相连，所述第二直线轴承套设在滑杆上并带动滑杆及工作平台转动；

工作平台一侧的转轴穿过支撑板，在该转轴远离工作平台的一端安装有一编码器。

2.根据权利要求1所述的一种正弦摇摆机构，其特征在于：所述编码器与一示波器相连，并通过示波器进行幅值显示。

3.根据权利要求1所述的一种正弦摇摆机构，其特征在于：所述第二支撑架包括一竖板，所述竖板与承载平台固定，在竖板的一侧设有直线滑动装置，所述连杆从该直线滑动装置穿过。

4.根据权利要求3所述的一种正弦摇摆机构，其特征在于：所述连杆为轴心线位于同一竖直平面的两根，两根连杆远离矩形框架的一端通过一连接板相连，所述第二直线轴承通过关节轴承与该连接板相连，对应的直线滑动装置也为两个，两连杆分别从两直线滑动装置穿过。

5.根据权利要求1所述的一种正弦摇摆机构，其特征在于：所述滑杆的下端固定连接有一水平设置的挡板。

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