CN102866033A

CN102866033A - 一种双向拉压力动态加载装置

Info

Publication number: CN102866033A
Application number: CN2012104044245A
Authority: CN
Inventors: 李铁民; 姜峣; 关立文; 吴军; 唐晓强
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-10-22
Also published as: CN102866033B

Abstract

本发明公开了一种双向拉压力动态加载装置，属于机械制造技术领域。本发明的装置的结构是：底板上固定着伺服电机，伺服电机通过联轴器和滚珠丝杠相连，滚珠丝杠上的丝杠螺母座和连接板相连；滑动支座和连接板相连；四根加载弹簧套在通过滑动支座的两根导向杆上；两根导向杆和连接座相连；连接座和加载座之间有拉压力传感器；加载座和受力体相连。本发明的装置结构合理、使用方便，各部件之间摩擦力小，运动顺畅，可实现静态拉压加载和跟随受力体运动并施加动态载荷，可以实现对加载力大小的精确控制。

Description

一种双向拉压力动态加载装置

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，特别涉及一种双向拉压力动态加载装置。

背景技术

在对机械设备的性能进行检测时，经常需要对其施加一定的载荷，使用的加载装置的性能会直接影响到检测的准确性和可靠性。随着机械设备不断向着高精尖方向发展，对加载的方式、精度、响应、可靠性等也提出了越来越高的要求，从定点静态加载发展到随动动态加载，从对加载力大小的定性要求发展到需要对加载力大小的实时精确控制，从单向加载发展到双向、复合加载。在诸多加载装置中，拉压加载装置是较为常用的一种，可用于机床、汽车、航空等行业，以测试设备的承载能力和动态响应特性。

目前常见的加载方式主要有重物加载、机械式加载、气压加载和液压加载。重物加载能够做得很精确，且不需要对应的设备，容易实现，但在加载过程中无法改变加载点和加载力的大小，载荷较大时，需要配置很多重物块，操作不便，而且只能施加压力载荷；机械式加载主要有螺旋、弹簧加载，这些加载装置所需设备简单，能够施加的载荷范围宽，但现有的螺旋加载装置灵敏度低，无法实时改变加载力的大小，弹簧加载装置由于受拉压特性不一致，一般无法实现精确的拉压双向加载；液压加载装置主要有液压千斤顶、单向作用液压加载器、双向液压加载器和电液伺服加载器，其中液压千斤顶和单向作用液压加载器都只能施加单向载荷；单向和双向液压加载器需要额外的液压泵，设备管线复杂，维护困难，且活塞运行过程中的摩擦力较大，难以实现精确加载；电液伺服加载通过电液伺服阀控制供油，加载力较为精确，但同样需要有液压泵，构造复杂，加载形成也有一定的限制；气动加载所需的设备较液压加载简单，动态性能稍好，但其所加压力不能过大，且加载力不稳定，加载精度低。

上述加载装置都无法完全实现高精度、快响应、可靠地随动双向拉压加载要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种双向拉压力动态加载装置，所述的装置包括伺服驱动机构和加载机构：

所述的伺服驱动机构的结构是：在底板1的一端固定有电机支撑座2，伺服电机3固定在所述的电机支撑座2上；滚珠丝杠4通过联轴器5与所述的伺服电机3的转轴连接；所述的滚珠丝杠4在靠近所述的联轴器5的一端，通过固定在所述的底板1上的滚珠丝杠支撑固定端6进行支撑转动，另一端通过固定在所述的底板1上的滚珠丝杠支撑支持端7进行支撑转动；在所述的滚珠丝杠4上套接有法兰型式的丝杠螺母8；在所述的丝杠螺母8上固接有丝杠螺母座9；在所述的滚珠丝杠4的一侧平行布置有滑动导轨10，所述的滑动导轨10固定在底板1上；在所述的滑动导轨10上安置有滑块11；所述的丝杠螺母8和所述的滑块11处于垂直于滚珠丝杠4轴线的同一横向位置；

所述的加载机构的结构是：加载座12固定在受力体13的一端的外侧；拉压力传感器14的一端和所述的加载座12的中间位置固定连接，另一端和连接座15的中间位置固定连接；在所述的连接座15的左右两端开有的孔中分别安装有法兰型式的第一直线轴承16和第二直线轴承17；在所述的加载座12的左右两侧通过螺纹分别连接有互相平行的第一圆柱直线导轨18和第二圆柱直线导轨19；所述的第一圆柱直线导轨18穿过所述的第一直线轴承16，所述的第二圆柱直线导轨19穿过所述的第二直线轴承17；第一导向杆20和第二导向杆21分别通过螺纹和所述的连接座15连接，二者互相平行且位于所述的连接座15的中心线两侧等距离的位置；在所述的第一导向杆20上套有第一加载弹簧22，在所述的第二导向杆21上套有第二加载弹簧23；所述的第一加载弹簧22和第二加载弹簧23 的一端紧靠于所述的连接座15的端面，另一端紧靠于滑动支座24的端面；所述的滑动支座24的左侧通孔靠近第一加载弹簧22的一端安装有法兰型式的第三直线轴承25，左侧通孔靠近第三加载弹簧29的一端安装有法兰型式的第四直线轴承26，右侧通孔靠近第二加载弹簧23的一端安装有法兰型式的第五直线轴承27，右侧通孔靠近第四加载弹簧30的一端安装有法兰型式的第六直线轴承28；所述的第一圆柱直线导轨18依次穿过第三直线轴承25、滑动支座24的左侧通孔和第四直线轴承26；所述的第二圆柱导轨19依次穿过第五直线轴承27、滑动支座24的右侧通孔和第六直线轴承28；所述的第一导向杆20穿过所述的滑动支座24的中部偏左侧，并在靠近伺服电机3的一端套有第三加载弹簧29；所述的第二导向杆21穿过所述的滑动支座24的中部偏右侧，并在靠近伺服电机3的一端套有第四加载弹簧30；所述的第三加载弹簧29的一端紧靠于滑动支座24的另一端面，另一端紧靠于第一末端盖31；所述的第四加载弹簧30的一端紧靠于滑动支座24的另一端面，另一端紧靠于第二末端盖33；所述的第一末端盖31通过拧在所述的第一导向杆20上的第一螺母32进行限位，所述的第二末端盖33通过拧在所述的第二导向杆21上的第二螺母34进行限位；所述的滑动支座24和所述的滑块11固定连接，同时也与所述的丝杠螺母座9通过连接板35固定连接。

所述的加载机构中的导向杆和加载弹簧的数量的关系是：加载弹簧的数量是导向杆的两倍；根据对加载力的大小以及灵敏度的要求选择导向杆和加载弹簧的数量。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的双向拉压力动态加载装置，既可以实现静态拉压加载，同样可以跟随受力体运动并施加动态载荷；

2、本发明的加载机构中安装有拉压力传感器，因此可以通过闭环控制实现对加载力大小的精确控制；

3、本发明的加载机构中的滑动支座通过安装于两侧的直线轴承在圆柱直线导轨上进行滑动导向，具有摩擦力小，运动顺畅的特点；

4、本发明的加载机构中的弹簧在工作过程中都是受压的，可以保证在对受力体施加拉压载荷时的特性一致；

5、本发明可以根据加载灵敏度及加载力范围的要求，很方便地更换不同刚度及长度的弹簧进行加载。

附图说明

图1是本发明的装置整体结构示意图；

图2是本发明的装置加载机构分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明提出的双向拉压力动态加载装置做进一步详细的说明：

实施例1：

如图1所示，伺服驱动机构的结构是：在底板1的一端固定有电机支撑座2，伺服电机3固定在电机支撑座2上；滚珠丝杠4通过联轴器5与伺服电机3的转轴连接；滚珠丝杠4在靠近联轴器5的一端，通过固定在底板1上的滚珠丝杠支撑固定端6进行支撑转动，另一端通过固定在底板1上的滚珠丝杠支撑支持端7进行支撑转动；在滚珠丝杠4上套接有法兰型式的丝杠螺母8；在丝杠螺母8上固接有丝杠螺母座9；在滚珠丝杠4的一侧平行布置有滑动导轨10，滑动导轨10固定在底板1上；在滑动导轨10上安置有滑块11；丝杠螺母8和滑块11处于垂直于滚珠丝杠4轴线的同一横向位置；

如图1和2所示，加载机构的结构是：加载座12固定在受力体13的一端的外侧；拉压力传感器14的一端和加载座12的中间位置固定连接，另一端和连接座15的中间位置固定连接；在连接座15的左右两端开有的孔中分别安装有法兰型式的第一直线轴承16和第二直线轴承17；在加载座12的左右两侧通过螺纹分别连接有互相平行的第一圆柱直线导轨18和第二圆柱直线导轨19；第一圆柱直线导轨18穿过所述的第一直线轴承16，第二圆柱直线导轨19穿过第二直线轴承17；第一导向杆20和第二导向杆21分别通过螺纹和连接座15连接，二者互相平行且位于连接座15的中心线两侧等距离的位置；在第一导向杆20上套有第一加载弹簧22，在第二导向杆21上套有第二加载弹簧23；第一加载弹簧22和第二加载弹簧23 的一端紧靠于连接座15的端面，另一端紧靠于滑动支座24的端面；滑动支座24的左侧通孔靠近第一加载弹簧22的一端安装有法兰型式的第三直线轴承25，左侧通孔靠近第三加载弹簧29的一端安装有法兰型式的第四直线轴承26，右侧通孔靠近第二加载弹簧23的一端安装有法兰型式的第五直线轴承27，右侧通孔靠近第四加载弹簧30的一端安装有法兰型式的第六直线轴承28；第一圆柱直线导轨18依次穿过第三直线轴承25、滑动支座24的左侧通孔和第四直线轴承26；第二圆柱导轨19依次穿过第五直线轴承27、滑动支座24的右侧通孔和第六直线轴承28；第一导向杆20穿过滑动支座24的中部偏左侧，并在靠近伺服电机3的一端套有第三加载弹簧29；第二导向杆21穿过滑动支座24的中部偏右侧，并在靠近伺服电机3的一端套有第四加载弹簧30；第三加载弹簧29的一端紧靠于滑动支座24的另一端面，另一端紧靠于第一末端盖31；第四加载弹簧30的一端紧靠于滑动支座24的另一端面，另一端紧靠于第二末端盖33；第一末端盖31通过拧在第一导向杆20上的第一螺母32进行限位，第二末端盖33通过拧在第二导向杆21上的第二螺母34进行限位；滑动支座24和滑块11固定连接，同时也与丝杠螺母座9通过连接板35固定连接。

本发明中，受力体13可以是静止的，也可以是沿着滚珠丝杠4的轴向移动的，这只是为了说明加载座12与受力体13的连接关系，所以并没有进一步描述受力体13的安装及驱动方式。

在本发明的加载机构中的导向杆和加载弹簧数量是可以根据需要选择的，这里选用了两根导向杆和四根加载弹簧，也可以根据加载力的大小以及灵敏度要求选择一根导向杆和两根加载弹簧，或者三根导向杆和六根加载弹簧等，本发明重点描述的是它们的连接关系。

本发明所述的一种双向拉压力动态加载装置的工作过程详述如下：

如图1和2所示，所有的加载弹簧完全相同。在加载前，分别调整第一螺母32和第二螺母34在第一导向杆20和第二导向杆21上的位置，使得四根加载弹簧具有一定的、相同的初始压缩量，该压缩量值能够保证在加载过程中四根加载弹簧始终处于受压状态；再调整滑动支座24的前后位置，直至拉压传感器14的测量值为零，此时滑动支座24的位置为平衡位置；当滑动支座24从平衡位置沿着第一圆柱直线导轨18和第二圆柱直线导轨19向加载座12的一端滑动时，第一加载弹簧22和第二加载弹簧23的压缩量增大，产生的压力载荷直接作用于连接座15；第三加载弹簧29和第四加载弹簧30的压缩量减小，第三加载弹簧29产生的压力载荷作用于第一末端盖31，并通过第一螺母32作用于第一导向杆20上，使得第一导向杆20处于拉伸状态，该拉力传递于连接座15上；同样，第四加载弹簧30产生的载荷以拉力形式传递于连接座15上；由于第一加载弹簧22和第二加载弹簧23的压缩量大于第三加载弹簧29和第四加载弹簧30，因此，加载弹簧最终传递给连接座15的是压力载荷；连接座15的左侧通过第一直线轴承16套接在第一圆柱直线导轨18上，右侧通过第二直线轴承17套接在第二圆柱直线导轨19上，它们之间存在的摩擦力很小，因此连接座15可以将其所承受的压力载荷通过拉压传感器14最大限度的传递给加载座12，从而最终作用于受力体13的侧面；当滑动支座24从平衡位置沿着第一圆柱直线导轨18和第二圆柱直线导轨19向伺服电机3的一端滑动时，加载座12作用于受力体13的是拉力载荷；从而可以在加载弹簧都处于压缩状态下，给受力体13施加拉压载荷，加载力的大小可以通过拉压力传感器14进行精确测量。

如图1和2所示，滑动支座24固定连接在滑块11上，并通过连接板35与丝杠螺母座9固定连接，因此滑动支座24的位置是由丝杠螺母8在滚珠丝杠4上的位置决定的。通过所要施加的载荷力以及四根加载弹簧并联的整体位移-载荷曲线，初步确定加载弹簧所需的压缩量；若受力体13在加载过程中有沿滑动导轨10的轴向移动，则综合考虑跟随位移以及弹簧压缩量确定丝杠螺母8在滚珠丝杠4上的实际位置；将丝杠螺母8的位置转换为伺服电机3的位置控制指令，伺服电机3根据位置控制指令驱动电机轴旋转，通过联轴器5带动滚珠丝杠4旋转，滚珠丝杠4的旋转驱动丝杠螺母8沿滚珠丝杠4的轴向移动，从而带动滑动支座24滑动到预定的位置；再将拉压力传感器14所测得的载荷力值进行反馈，通过与所需施加的载荷力大小进行比较，将偏差值转换为丝杠螺母8所需调整的移动量，通过伺服电机3进行调整，实现对加载力的闭环控制。加载弹簧的压缩量以及对受力体13的跟随都是由伺服电机3进行控制的，伺服电机3的控制灵活方便，且运行精度高，因此可以根据需求对受力体施加随动、精确、实时、可靠的拉压载荷。

Claims

1.一种双向拉压力动态加载装置，其特征在于，所述的装置结构如下：

一种双向拉压力动态加载装置，包括伺服驱动机构和加载机构：

所述的伺服驱动机构的结构是：在底板（1）的一端固定有电机支撑座（2），伺服电机（3）固定在所述的电机支撑座（2）上；滚珠丝杠（4）通过联轴器（5）与所述的伺服电机（3）的转轴连接；所述的滚珠丝杠（4）在靠近所述的联轴器（5）的一端，通过固定在所述的底板（1）上的滚珠丝杠支撑固定端（6）进行支撑转动，另一端通过固定在所述的底板（1）上的滚珠丝杠支撑支持端（7）进行支撑转动；在所述的滚珠丝杠（4）上套接有法兰型式的丝杠螺母（8）；在所述的丝杠螺母（8）上固接有丝杠螺母座（9）；在所述的滚珠丝杠（4）的一侧平行布置有滑动导轨（10），所述的滑动导轨（10）固定在底板（1）上；在所述的滑动导轨（10）上安置有滑块（11）；所述的丝杠螺母（8）和所述的滑块（11）处于垂直于滚珠丝杠（4）轴线的同一横向位置；

所述的加载机构的结构是：加载座（12）固定在受力体（13）的一端的外侧；拉压力传感器（14）的一端和所述的加载座（12）的中间位置固定连接，另一端和连接座（15）的中间位置固定连接；在所述的连接座（15）的左右两端开有的孔中分别安装有法兰型式的第一直线轴承（16）和第二直线轴承（17）；在所述的加载座（12）的左右两侧通过螺纹分别连接有互相平行的第一圆柱直线导轨（18）和第二圆柱直线导轨（19）；所述的第一圆柱直线导轨（18）穿过所述的第一直线轴承（16），所述的第二圆柱直线导轨（19）穿过所述的第二直线轴承（17）；第一导向杆（20）和第二导向杆（21）分别通过螺纹和所述的连接座（15）连接，二者互相平行且位于所述的连接座（15）的中心线两侧等距离的位置；在所述的第一导向杆（20）上套有第一加载弹簧（22），在所述的第二导向杆（21）上套有第二加载弹簧（23）；所述的第一加载弹簧（22）和第二加载弹簧（23）的一端紧靠于所述的连接座（15）的端面，另一端紧靠于滑动支座（24）的端面；所述的滑动支座（24）的左侧通孔靠近第一加载弹簧（22）的一端安装有法兰型式的第三直线轴承（25），左侧通孔靠近第三加载弹簧（29）的一端安装有法兰型式的第四直线轴承（26），右侧通孔靠近第二加载弹簧（23）的一端安装有法兰型式的第五直线轴承（27），右侧通孔靠近第四加载弹簧（30）的一端安装有法兰型式的第六直线轴承（28）；所述的第一圆柱直线导轨（18）依次穿过第三直线轴承（25）、滑动支座（24）的左侧通孔和第四直线轴承（26）；所述的第二圆柱导轨（19）依次穿过第五直线轴承（27）、滑动支座（24）的右侧通孔和第六直线轴承（28）；所述的第一导向杆（20）穿过所述的滑动支座（24）的中部偏左侧，并在靠近伺服电机（3）的一端套有第三加载弹簧（29）；所述的第二导向杆（21）穿过所述的滑动支座（24）的中部偏右侧，并在靠近伺服电机（3）的一端套有第四加载弹簧（30）；所述的第三加载弹簧（29）的一端紧靠于滑动支座（24）的另一端面，另一端紧靠于第一末端盖（31）；所述的第四加载弹簧（30）的一端紧靠于滑动支座（24）的另一端面，另一端紧靠于第二末端盖（33）；所述的第一末端盖（31）通过拧在所述的第一导向杆（20）上的第一螺母（32）进行限位，所述的第二末端盖（33）通过拧在所述的第二导向杆（21）上的第二螺母（34）进行限位；所述的滑动支座（24）和所述的滑块（11）固定连接，同时也与所述的丝杠螺母座（9）通过连接板（35）固定连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的加载机构中的导向杆和加载弹簧的数量的关系是：加载弹簧的数量是导向杆的两倍；根据对加载力的大小以及灵敏度的要求选择导向杆和加载弹簧的数量。