CN102935900B - 恒张力减重吊挂装置 - Google Patents

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一种恒张力减重吊挂装置，包括安装支架、张力感应组件和卷绳组件，所述张力感应组件包括用以测量卷绳组件出来的悬挂绳的张力的两个张力传感器，所述张力传感器安装在张力传感器支架上，所述导向轮安装在导向轮支架上，所述导向轮支架安装在传感器支架上。本发明提供了一种有效避免减重吊挂力不稳定、降低成本、维护方便的恒张力减重吊挂装置。<!--1-->

Description

恒张力减重吊挂装置
技术领域
本发明涉及减重吊挂技术领域，尤其是一种减重吊挂装置。
背景技术
如在地面模拟月球环境进行机构的运动性能测试试验，由于地面的重力是月球表面的6倍，模拟装置须提供月面1/6g重力环境模拟。对于沿着与地面垂直方向运动的机构，模拟装置通过其质心吊挂，在竖直方向主动跟随其运动，提供恒定的质量为运动机构5/6的吊挂力，且在其他方向不对运动件产生附加的力。
现有技术通常采用悬挂绳通过滑轮组分别与减重砝码和被跟随件相连接，来提供竖直方向的主动跟随及恒定吊挂力。然而此装置中，滑轮组自身内部存在摩擦阻力、滑轮组与悬挂绳之间存在变动的摩擦力，摩擦力作用在悬挂绳上，从而改变了悬挂绳上的作用力的大小。由于空气轴承具有摩擦阻力小、运动精度高、清洁无污染等特点，因而采用空气轴承做滑轮组，代替普通滑轮减少摩擦，进一步改良了减重吊挂装置。虽然此装置消除了滑轮内在的摩擦阻力的影响，但是悬挂绳与气浮轴承间的摩擦力影响并没有消除，并且减重砝码的质量很高，所以，当被跟随件在竖直方向加速或减速运动时，减重砝码会因惯性而产生一个极大的附加力，作用在悬挂绳上。所以，这种装置很难保证一个恒定的、高精度的减重吊挂，而只适用于慢速或匀速运动跟随的减重模拟。
发明内容
为了克服现有装置悬挂绳和气浮滑轮之间的摩擦力、减重砝码惯性力影响，减重吊挂力不稳定，气浮装置成本高、气源供气复杂且难以维护等缺点，本发明提供了一种有效避免减重吊挂力不稳定、降低成本、维护方便的恒张力减重吊挂装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种恒张力减重吊挂装置，包括安装支架、张力感应组件和卷绳组件，所述张力感应组件包括用以测量卷绳组件出来的悬挂绳的张力的两个张力传感器，所述张力传感器安装在张力传感器支架上，所述两个张力传感器在空间上呈90°布局，所述导向轮安装在导向轮支架上，所述导向轮支架安装在传感器支架上，悬挂绳通过卷绳组件出来经过导向轮再缠绕在所述两个张力传感器上；
所述卷绳组件包括卷绳组件座、丝杠，卷绳轴、卷筒、大齿轮、导向轮和小齿轮，所述卷筒固定安装在卷绳轴上，所述卷绳轴通过键槽与大齿轮连接，所述大齿轮与小齿轮啮合，所述小齿轮与丝杠通过键槽连接，所述卷绳轴与丝杠两端通过滚动轴承安装在卷绳组件座上，所述导向轮通过安装板固定卷绳组件座上，所述卷绳组件座固定安装在安装支架上。
进一步，所述悬挂绳顺时针缠绕在卷筒上，再引出顺时针缠绕在丝杠上，最后通过导向轮引出到所述两个张力传感器中。
更进一步，所述丝杠螺距与所述悬挂绳的直径相等。
所述恒张力减重吊挂装置还包括驱动电机和扭力缓冲组件，所述驱动电机的输出轴与所述扭力缓冲组件连接，所述扭力缓冲组件与卷绳轴上。
所述驱动电机为交流伺服电机。当然，也可以选择其他类型的控制电机。
本发明的有益效果主要表现在：有效避免减重吊挂力不稳定、降低成本、维护方便。
附图说明
图1是恒张力减重吊挂装置的示意图。
图2是张力感应组件的示意图。
图3是图2的侧视图。
图4是张力感应组件的立体图。
图5是张力感应组件的受力示意图。
图6是卷绳组件的示意图。
图7是图6的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图7，一种恒张力减重吊挂装置，包括安装支架2、张力感应组件5和卷绳组件1，所述张力感应组件5包括用以测量卷绳组件出来的悬挂绳的张力的两个张力传感器7，所述张力传感器7安装在张力传感器支架6上，所述两个张力传感器7在空间上呈90°布局，导向轮8安装在导向轮支架9上，所述导向轮支架9安装在传感器支架6上，悬挂绳通过卷绳组件出来经过导向轮8再缠绕在所述两个张力传感器7上；
所述卷绳组件1包括卷绳组件座12、丝杠16，卷绳轴15、卷筒14、大齿轮13、导向轮11和小齿轮10，所述卷筒14固定安装在卷绳轴15上，所述卷绳轴15通过键槽与大齿轮13连接，所述大齿轮13与小齿轮10啮合，所述小齿轮10与丝杠16通过键槽连接，所述卷绳轴15与丝杠16两端通过滚动轴承安装在卷绳组件座12上，所述导向轮11通过安装板固定卷绳组件座12上，所述卷绳组件座12固定安装在安装支架2上。
进一步，所述悬挂绳顺时针缠绕在卷筒14上，再引出顺时针缠绕在丝杠上，最后通过导向轮11引出到所述两个张力传感器7中。
更进一步，所述丝杠16螺距与所述悬挂绳的直径相等。
所述恒张力减重吊挂装置还包括驱动电机4和扭力缓冲组件3，所述驱动电机4的输出轴与所述扭力缓冲组件3连接，所述扭力缓冲组件3与卷绳轴15上。所述驱动电机4为交流伺服电机。当然，也可以选择其他类型的控制电机。
本实施例中，张力感应组件中的张力传感器可以直接测量卷绳组件出来的悬挂绳的张力。运动控制器中的计算机采集张力传感器信号，根据设定的张力，求出张力的偏差。根据张力偏差调整电机的转角。经过低刚度扭簧为主组成的扭力缓冲组件和卷绳轮，可以调整悬挂绳的松紧，以调整张力大小，使得逼近设定的张力值。
测悬挂绳上的张力，常用的做法是在悬挂绳上串联一个拉力传感器，但是由悬挂绳随吊点在竖直方向作较大范围的收放，拉力传感器必须安装在靠近吊挂点的位置，而被跟随件在高低温环境下运动，如这样设计，传感器不能工作，同时还有电线的扰动影响，所以我们传感器采用张力传感器，并且与恒张力控制系统一起安装在恒温箱内，保证传感器的正常运作。
张力传感器与悬挂绳之间存在摩擦力，且并非一个恒定的力。两个张力传感器在空间上的组合装置，可通过计算测量得到悬挂绳上准确的拉力。设定悬挂绳通过导向轮从A口接入，作用在被跟随件上的吊挂力为F，第一个张力传感器测量的力为F1，第二个张力传感器测量的力为F2，根据张力传感器的测量原理，F1、F2实际上是中间轮上绳两端的拉力，测量值F2相对于F1而言，多测了中间三个滑轮的摩擦力，因而得到单个滑轮上的摩擦力为,所以，实际上悬挂绳末端的吊挂力,将传感器测量的数据结构反馈给运动控制器的控制系统，根据上述公式得出消除摩擦后的张力值。
悬挂绳顺时针缠绕在卷筒上，再引出顺时针缠绕在丝杠上，最后通过导向轮引出到张力感应组件中。丝杠螺距和悬挂绳直径相近，则使得卷绳轮带动卷筒转动时，丝杠同步转动，每转一圈移动一个螺距，从而保证悬挂绳可沿着其轴向按螺距规律平移，在卷筒上按螺距规律平铺，而使得卷绳的直径不变，同时避免了相邻绳间的摩擦。
交流伺服电机、卷绳组件、张力感应组件均安装在安装支架上，交流伺服电机与卷绳组件通过扭力传感器相连接，张力传感器测得悬挂绳的准确拉力值反馈给交流伺服系统，根据张力偏差调整电机转角，通过低刚度扭簧为主组成的扭力缓冲组件和卷绳轮，调整悬挂绳的松紧，以调整张力大小。实现恒张力控制。

Claims (6)

1.一种恒张力减重吊挂装置，其特征在于：包括安装支架、张力感应组件和卷绳组件，所述张力感应组件包括用以测量卷绳组件出来的悬挂绳的张力的两个张力传感器，所述张力传感器安装在张力传感器支架上，所述导向轮安装在导向轮支架上，所述导向轮支架安装在传感器支架上；
所述卷绳组件包括卷绳组件座、丝杠，卷绳轴、卷筒、大齿轮、导向轮和小齿轮，所述卷筒固定安装在卷绳轴上，所述卷绳轴通过键槽与大齿轮连接，所述大齿轮与小齿轮啮合，所述小齿轮与丝杠通过键槽连接，所述卷绳轴与丝杠两端通过滚动轴承安装在卷绳组件座上，所述导向轮通过安装板固定卷绳组件座上，所述卷绳组件座固定安装在安装支架上。
2.如权利要求1所述的恒张力减重吊挂装置，其特征在于：所述两个张力传感器在空间上呈90°布局，悬挂绳通过卷绳组件出来经过导向轮再缠绕在所述两个张力传感器上。
3.如权利要求1所述的恒张力减重吊挂装置，其特征在于：所述悬挂绳顺时针缠绕在卷筒上，再引出顺时针缠绕在丝杠上，最后通过导向轮引出到所述两个张力传感器中。
4.如权利要求1~3之一所述的恒张力减重吊挂装置，其特征在于：所述丝杠螺距与所述悬挂绳的直径相等。
5.如权利要求1~3之一所述的恒张力减重吊挂装置，其特征在于：所述恒张力减重吊挂装置还包括驱动电机和扭力缓冲组件，所述驱动电机的输出轴与所述扭力缓冲组件连接，所述扭力缓冲组件与卷绳轴上。
6.如权利要求5所述的恒张力减重吊挂装置，其特征在于：所述驱动电机为交流伺服电机。
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