CN102914442B - 一种单向压力动态加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单向压力动态加载装置,属于机械制造技术领域。本发明的装置结构如下: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,滚珠丝杠上套接有丝杠螺母;其上分别各有一个滑块的两条滑动导轨分列于滚珠丝杠两侧;其上固定有加载球的基板固定在加载座上;压力传感器位于加载座和连接座之间;滑动支座两侧的孔中分别安装有一个圆柱直线导轨;其上套有加载弹簧的导向杆穿过滑动支座中间的孔和连接座相连;滑动支座和丝杠螺母以及两个滑块相连。本发明的装置结构紧凑、使用方便,各部件之间摩擦力小,运动顺畅,可实现定点的静态加载和对移动受力体的动态加载,可以实现对加载力大小的精确控制。

Description

一种单向压力动态加载装置
技术领域
[0001] 本发明属于机械制造技术领域,特别涉及一种单向压力动态加载装置。
背景技术
[0002] 加载装置可以根据要求施加所需的载荷,在汽车、军工、电子、娱乐等行业应用越来越广,例如,手机需要通过加载装置进行一定次数的按键测试,以验证其可靠性;飞行模拟器通过加载装置来模拟飞行器在空中航行时的操纵力;机床通过各种典型的加载以检测机床的承载能力、动态响应特性等。随着设备不断向着高级、精密、尖端的方向发展,对加载装置的精度、响应性能和可靠性等方面的要求越来越高。
[0003] 加载装置的形式主要有单向加载和复合加载,其中单向加载是加载的最基本也是最常用的加载方式,复合加载一般都是通过单向加载组合而成。单向加载中以压力加载最为常用,目前常见的单向压力加载装置主要有机械式、气动式、液压式等。现有的机械式单向压力加载装置主要是通过螺旋或者配重加载,无法实现对加载力的精确实时控制,且在加载对象移动时会产生附加的切向摩擦载荷,因此一般只适用于静态加载;液压加载虽然稳定且易控制,但动态特性较差,另外需要额外配备液压泵,设备和管线复杂,维护难度大,可靠性低;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。
[0004] 上述加载装置都无法完全实现高精度、快响应、高可靠性地单向可控压力加载要求。
发明内容
[0005] 为解决上述问题,本发明提出了一种单向压力动态加载装置。
[0006] 所述的装置包括伺服传动机构和加载机构:
[0007] 所述的伺服传动机构的结构是:在底板I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在靠近联轴器5的一端,通过固定在所述的电机支撑座2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I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 ;在所述的滚珠丝杠4的两侧平行且等间距的布置有第一滑动导轨9和第二滑动导轨10,在所述的第一滑动导轨9上安置有第一滑块11,在所述的第二滑动导轨10上安置有第二滑块12 ;所述的丝杠螺母8、第一滑块11和第二滑块12处于垂直于滚珠丝杠4轴线的同一横向位置;
[0008] 所述的加载机构的结构是:万向球结构形式的加载球13固定在基板14上,在所述的基板14的另一侧固定连接有加载座15 ;压力传感器16的一端和所述的加载座15的另一侧的中间位置连接,另一端连接在连接座17上;在所述的连接座17的左右两侧各开有一个孔,左侧的孔中安装有法兰型式的第一直线轴承18,右侧的孔中安装有法兰型式的第二直线轴承19 ;在所述的加载座15的左侧连接有第一圆柱直线导轨20,右侧连接有第二圆柱直线导轨21 ;所述的第一圆柱直线导轨20和第二圆柱直线导轨21互相平行;其中第一圆柱直线导轨20穿过所述的第一直线轴承18,所述的第二圆柱直线导轨21穿过所述的第二直线轴承19 ;导向杆22和所述的连接座17的中间连接,其上套有加载弹簧23 ;所述的加载弹簧23的一端紧靠于所述的连接座17的中间端面,另一端紧靠于滑动支座24的中间端面;在所述的滑动支座24的左侧通孔靠近受力体29的一端安装有法兰型式的第三直线轴承25,左侧通孔靠近伺服电机3的一端安装有法兰型式的第四直线轴承26,右侧通孔靠近受力体29的一端安装有法兰型式的第五直线轴承27,右侧通孔靠近伺服电机3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20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,所述的第二圆柱直线导轨21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 ;所述的滑动支座24同时和所述的丝杠螺母8、第一滑块11和第二滑块12固定连接;所述的加载头13和受力体29的一个表面接触,以对其施加压力载荷。
[0009] 本发明的有益效果为:
[0010] 1、本发明的装置既可以实现定点的静态加载,也可以实现对移动受力体的动态加载;
[0011] 2、本发明的装置是通过万向球结构形式的加载球与受力体表面接触进行加载的,因此在受力体移动过程中,加载力始终垂直于接触表面,不会产生附加摩擦力;
[0012] 3、本发明的装置的加载机构中安装有压力传感器,因此可以通过闭环控制实现对加载力大小的精确控制;
[0013] 4、本发明的装置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;
[0014] 5、本发明的装置通过滑动支座将加载机构固定连接于伺服传动机构上,使得装置整体结构紧凑,加载可靠;
[0015] 6、本发明的装置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
[0016] 图1是本发明的装置的整体结构示意图;
[0017] 图2是本发明的装置的伺服传动机构示意图。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的说明:
[0019] 实施例1:
[0020] 如图2所示,伺服传动机构的结构是:在底板I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,通过固定在电机支撑座2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I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 ;在滚珠丝杠4的两侧平行且等间距的布置有第一滑动导轨9和第二滑动导轨10,在第一滑动导轨9上安置有第一滑块11,在第二滑动导轨10上安置有第二滑块12 ;丝杠螺母8、第一滑块11和第二滑块12处于垂直于滚珠丝杠4轴线的同一横向位置;
[0021] 如图1所示,加载机构的结构是:万向球结构形式的加载球13固定在基板14上,在基板14的另一侧固定连接有加载座15 ;压力传感器16的一端和加载座15的另一侧的中间位置连接,另一端连接在连接座17上;在连接座17的左右两侧各开有一个孔,左侧的孔中安装有法兰型式的第一直线轴承18,右侧的孔中安装有法兰型式的第二直线轴承19 ;在加载座15的左侧连接有第一圆柱直线导轨20,右侧连接有第二圆柱直线导轨21 ;第一圆柱直线导轨20和第二圆柱直线导轨21互相平行;其中第一圆柱直线导轨20穿过第一直线轴承18,第二圆柱直线导轨21穿过第二直线轴承19 ;导向杆22和连接座17的中间连接,其上套有加载弹簧23 ;加载弹簧23的一端紧靠于连接座17的中间端面,另一端紧靠于滑动支座24的中间端面;在滑动支座24的左侧通孔靠近受力体29的一端安装有法兰型式的第三直线轴承25,左侧通孔靠近伺服电机3的一端安装有法兰型式的第四直线轴承26,右侧通孔靠近受力体29的一端安装有法兰型式的第五直线轴承27,右侧通孔靠近伺服电机3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20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,第二圆柱直线导轨21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 ;滑动支座24同时和丝杠螺母8、第一滑块11和第二滑块12固定连接;加载头13和受力体29的一个表面接触,以对其施加压力载荷。
[0022] 本发明所述的单向压力动态加载装置的工作过程详述如下:
[0023] 如图1,滑动支座24可以沿着第一圆柱直线导轨20和第二圆柱直线导轨21前后滑动,滑动过程中改变加载弹簧23的压缩量,加载弹簧23由于压缩产生的压力传递给连接座17,由于连接座17的左侧通过第一直线轴承18套接在第一圆柱直线导轨20上,右侧通过第二直线轴承19套接在第二圆柱直线导轨21上,它们之间存在的摩擦力很小,因此连接座17可以将加载弹簧23产生的压力最大限度地传递给压力传感器16 ;由于压力传感器16和加载座15固定连接,加载座15又固接在基板14上,因此压力传感器16上的加载压力可以通过加载座15、基板14传递给加载球13,从而最终将加载压力施加于受力体29的表面上。加载压力的大小可以通过压力传感器16进行测量,由于加载球13、基座14、加载座15之间都是固接的,加载球13施加于受力体29上的载荷力和压力传感器16所受的载荷大小是相等的,因此压力传感器16的测量值可以精确反映加载力的大小。
[0024] 如图1和2,滑动支座24是固接在丝杠螺母8、第一滑块11和第二滑块12上的,因此其位置是由丝杠螺母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加载弹簧23的位移-载荷曲线,初步确定加载弹簧23的压缩量,从而得到丝杠螺母8的位置;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沿其轴向移动,从而可以带动滑动支座24滑动到预定的位置;再将压力传感器16所测得的压力值进行反馈,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23的压缩量大小是通过伺服电机3进行控制的,伺服电机的控制灵活方便,且运行精度高,因此可以根据需求对受力体施加精确、可控的单向压力载荷。

Claims (2)

1.一种单向压力动态加载装置,其特征在于,所述的装置结构如下: 所述的装置包括伺服传动机构和加载机构: 所述的伺服传动机构的结构是:在底板(I)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)在靠近联轴器(5)的一端通过固定在所述的电机支撑座(2)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(I)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);在所述的滚珠丝杠(4)的两侧平行且等间距的布置有第一滑动导轨(9)和第二滑动导轨(10),在所述的第一滑动导轨(9)上安置有第一滑块(11),在所述的第二滑动导轨(10)上安置有第二滑块(12);所述的丝杠螺母(8)、第一滑块(11)和第二滑块(12)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:加载球(13)固定在基板(14)上,在所述的基板(14)的另一侧固定连接有加载座(15);压力传感器(16)的一端和所述的加载座(15)的另一侧的中间位置连接,另一端连接在连接座(17)上;在所述的连接座(17)的左右两侧各开有一个孔,左侧的孔中安装有法兰型式的第一直线轴承(18),右侧的孔中安装有法兰型式的第二直线轴承(19);在所述的加载座(15)的左侧连接有第一圆柱直线导轨(20),右侧连接有第二圆柱直线导轨(21);所述的第一圆柱直线导轨(20)和第二圆柱直线导轨(21)互相平行;其中第一圆柱直线导轨(20)穿过所述的第一直线轴承(18),所述的第二圆柱直线导轨(21)穿过所述的第二直线轴承(19);导向杆(22)和所述的连接座(17)的中间连接,其上套有加载弹簧(23);所述的加载弹簧(23)的一端紧靠于所述的连接座(17)的中间端面,另一端紧靠于滑动支座(24)的中间端面;在所述的滑动支座(24)的左侧通孔靠近受力体(29)的一端安装有法兰型式的第三直线轴承(25),左侧通孔靠近伺服电机(3)的一端安装有法兰型式的第四直线轴承(26),右侧通孔靠近受力体(29)的一端安装有法兰型式的第五直线轴承(27),右侧通孔靠近伺服电机(3)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(20)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),所述的第二圆柱直线导轨(21)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);所述的滑动支座(24)同时和所述的丝杠螺母(8)、第一滑块(11)和第二滑块(12)固定连接;所述的加载球(13)和受力体(29)的一个表面接触,以对其施加压力载荷。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的加载球(13)为万向球结构形式。
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