CN103267112A - 一种用于对串联式绳轮结构进行绳索性能研究的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于对串联式绳轮结构进行绳索性能研究的装置，主要由安装底座、导向轮组件、绳轮组件、减速器、导向滑轮及配重块等组装而成。通过对相应组件的调节，可实现周向与直线两类串联绳轮结构装配类型绳索性能的研究。在绳轮径向开有梯形切口，通过对锁紧螺母与梯形切口两侧面间的配合进行串联绳索长度的调节与标定，绳轮周缘标有刻度，用以标定两绳轮间转角偏差。该装置的驱动力和负载是由具有自锁功能的减速器及配重块提供。本研究装置既可以进行绳索张力与绳轮间转角偏差性能的研究，获得串联式绳轮间同步性运动变化的规律，也可通过对装置的驱动实现对绳索疲劳可靠性研究，进而分析影响绳索疲劳可靠性因素。

Description

一种用于对串联式绳轮结构进行绳索性能研究的装置

技术领域

本发明涉及一种用于对串联式绳轮结构进行绳索性能研究的装置，属于机械工程柔性系统装配领域。

背景技术

绳索因其具有柔性、抗拉强度高、抗震性好、组成的结构紧凑等优点被广泛应用于船舶、民用电梯、矿山机械、军工航天等场所，对用于一般用途的绳索其性能要求并不是很高，然而针对用于进行精密传动控制的绳索，对其性能却提出了极高的要求，不仅要求绳索具有良好的自身性能特性，而且在传递运动过程中产生的运动精度也必须控制在一定的范围内。为了实现对绳索的精密运动控制，在实际装配过程中，人们主要是依靠经验通过对绳索的多次装调来保证装配精度，主观随意性高，不仅降低了装配效率，而且也增加了成本费用。目前，从国内外研究文献看，对绳索运动性能的研究主要集中在疲劳可靠性方面，而涉及对绳索精密运动的研究少有系统的报道，因而，研究绳索的精密运动规律并实现精密运动控制对绳索运动性能的研究具有重要的价值。在绳索传递运动的结构类型中，基于绳轮的结构类型传动应用广泛，由其所组成系统的运动精度不仅受到绳索自身性能的影响，而且也与具体的工作状况存在着密切的关系，因而，只有联系实际，对绳索的运动性能展开系统的研究才具有实用价值。

在串联式绳轮结构类型的传动中，绳轮间是通过绳索首尾串接而成，绳轮间绳索运动传递的精度必须控制在合理的范围内，才能满足绳轮运动的同步性要求。由于绳索在运动传递的过程中，力的传递不仅具有顺接、耦合特性，而且还由于绳索自身特性以及与绳轮间产生摩擦、蠕变等现象，将会造成绳索上张力的衰减及运动传递的滞延性，使相互串联的绳轮间产生同步性运动偏差，绳轮串联级数越多，同步性偏差越严重，这将对绳索运动性能的分析更加复杂，同步性运动规律更难以掌握。目前，在绳索精密运动控制方面研究，还没有形成一个系统的理论，实验研究仍是进行分析绳索性能特性的有效手段，也是国际上普遍采用的一种方式，因而基于应用状况进行绳索性能研究装置的设计成为分析绳索精密运动传递性能的关键。

发明内容

本发明涉及一种用于对串联式绳轮结构进行绳索性能研究的装置，主要包括：工作台；第一导向轮组件，第二导向轮组件，第三导向轮组件，第四导向轮组件，第五导向轮组件，第六导向轮组件；第一绳轮组件，第二绳轮组件，第三绳轮组件，第四绳轮组件；依次连接的第一绳索，第二绳索，第三绳索，第四绳索；配重块；导向滑轮；减速器，所述绳轮组件与导向轮组件固定在工作台上，第四绳轮组件通过联轴器与减速器联接，并通过第一绳索经第一导向轮组件、第二导向轮组件与第三绳轮组件联接，第三绳轮组件通过第二绳索经第三导向轮组件、第四导向轮组件与第二绳轮组件联接，第二绳轮组件通过第三绳索经第五导向轮组件、第六导向轮组件与第一绳轮组件联接，第一绳轮组件通过第四绳索经导向滑轮与配重块联接，依次构成串接关系。

根据本发明的优选实施方式，所述导向轮组件包括导向轮、导向轮底座、导向轮支架、导向轮销轴及导向轮支撑；导向轮支架通过螺栓与导向轮支撑连接，导向轮通过转轴安装在导向轮支撑之间，导向轮支架通过螺钉与导向轮底座联接，导向轮底座中心开有销孔，通过定位销固定在工作台上，导向轮底座在周向绕销孔孔心开有第二弧形槽，用于周向调节导向轮底座。

根据本发明的优选实施方式，所述绳轮组件包括支撑底座、销轴及绳轮；支撑底座中心开有销孔，通过定位销固定在工作台上，支撑底座在周向绕销孔孔心开有第一弧形槽，用于周向调节支撑底座，第一绳轮组件、第二绳轮组件、第三绳轮组件上的绳轮通过销轴与支撑底座相连，第四绳轮组件上的绳轮与销轴之间通过键联接以实现周向固定。

根据本发明的优选实施方式，绳轮周向方向开有双向滑道，径向方向开有梯形切口，所述绳索的定位与长度可以通过锁紧螺母与梯形切口两侧面间的配合进行调节。

根据本发明的优选实施方式，绳轮周缘处沿周向标有刻度值，通过记录与绳索相连的两绳轮之间的转角偏差，可进行两绳轮间同步性运动规律的研究，根据绳轮间的串接关系进行对其它组系绳轮间转角偏差关系的研究。

根据本发明的优选实施方式，导向轮支架底板上开有第一直形槽，通过间距不同的螺钉连接实现与导向轮底座固定，通过第一直形槽可进行径向方向调节。

根据本发明的优选实施方式，导向轮支架侧板上开有第二直形槽，通过螺钉实现与导向轮支撑连接，并可通过第二直形槽对导向轮支撑进行绳索高度方向上的调节。

根据本发明的优选实施方式，配重块沿径向方向开有槽宽为10mm的直形槽，绳索所承受张力大小是通过调节配重块的数量来施加的。

根据本发明的优选实施方式，绳索的驱动由减速器进行双向驱动，从配重块方向进行反向驱动能实现减速器自锁。

根据本发明的优选实施方式，减速器为蜗轮蜗杆类型，能实现运动自锁，配重块包括5Kg，10Kg，15Kg，20Kg，25Kg等量级。

在本发明装置中，以处于中间位置的两对绳轮及导向轮组件作为绳索性能研究的对象，其它组件为仿真工况，避免因工况失真造成对所研究绳索性能的影响而使用。绳轮组件是由支撑底座、销轴及绳轮等组成，导向轮组件由导向轮、导向轮底座、导向轮支架、导向轮销轴及导向轮支撑等组成。所用减速器为蜗轮蜗杆传动类型，具有自锁功能，为串联轮系提供驱动力或者负载。通过本发明装置不仅可进行静态张力作用下绳轮间同步性偏差性能的研究，也可通过对减速器的驱动实现动态张力作用下绳轮间同步性偏差性能的研究。绳轮与导向轮支撑等关键零部件设计采用了较先进的工艺，在绳轮周向开有双向滑道，用于对串联绳索的周向导向，在径向方向开有梯形切口，用锁紧螺母实现双向绳索的固定和调节，调整定位方便。在绳轮轮缘处沿着周向标有刻度，用于标定两绳轮间的转角。为了适应不同装配类型的需要，绳轮组件与导向轮组件的底座都设计为可调式结构，通过角度调整，可以满足周向与直线两种装配结构类型的串联绳索性能的研究，以获得更加符合实际的工作状况。配重块为适应不同张拉载荷的需要，设计了多种规格类型。

本发明是一种用于对串联式绳轮结构进行绳索性能研究的装置，该装置是通过相互串接的绳轮组成的一个柔性传递系统，整个系统是由与一个绳轮相连的减速器进行驱动，其它绳轮通过绳索串联关系被动驱动，实现绳轮的同步性运动。虽然本研究装置是用于对串联式绳轮结构绳索运动性能的研究而设计，但同样利用本研究装置也可实现对绳索疲劳可靠性能的研究，进而研究分析影响绳索的疲劳可靠性因素，具有结构简单，装调方便，适用范围广，灵活性好等一系列特点，具有较广泛的适用范围。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本研究装置的组成及运动传递结构简图；

图2绳轮组件结构及与绳索连接关系；

图3导向轮组件结构；

图4导向轮支撑架结构；

图5绳轮结构。

图1中，1是配重块，2是导向滑轮，4是第一绳轮组件，8是第二绳轮组件，12是第三绳轮组件，16是第四绳轮组件，17是减速器，18是工作台，15是第一导向轮组件，13是第二导向轮组件，10是第三导向轮组件，9是第四导向轮组件，7是第五导向轮组件，5是第六导向轮组件，14是第一绳索，11是第二绳索，6是第三绳索，3是第四绳索，所述绳索通过绳轮结构组成串联关系。

图2中，19是支撑底座，20是绳轮，21是销轴，支撑底座19上的第一弧形槽22用于周向60°调节，以适应不同装配结构类型的需要，34是锁紧螺母，用于绳索的定位与调节。

图3，图4中，23是导向轮底座，25是导向轮支架，26是导向轮销轴，27是导向轮支撑，28是导向轮。导向轮支撑27与导向轮支架25用螺栓进行联接，导向轮支撑27可以通过导向轮支架25上的第二直形槽33进行高度调节，导向轮支架25与导向轮底座23可以通过导向轮支架25上的第一直形槽24进行径向调节，定位后用螺钉加以固定。导向轮底座23上的第二弧形槽29用于周向30°调节。

图5中，双向滑道30用于串联绳索的周向导向，梯形切口31双侧面与锁紧螺母34配合实现串联绳索的双向定位与长度调节，轴孔32用于与销轴21配合，绳轮周缘上标有刻度，可进行绳轮周向转角的标定。

具体实施方式

如图1所示，本发明的用于对串联式绳轮结构进行绳索性能研究的装置包括四组绳轮组件(第一绳轮组件4，第二绳轮组件8，第三绳轮组件12，第四绳轮组件16)，六组导向轮组件(第一导向轮组件15，第二导向轮组件13，第三导向轮组件10，第四导向轮组件9，第五导向轮组件7，第六导向轮组件5)，依次连接的第一绳索14，第二绳索11，第三绳索6，第四绳索3，配重块1，导向滑轮2，减速器17。

六组绳轮组件与四组导向轮组件通过螺钉固定在工作台18上，第四绳轮组件16轴端通过联轴器与减速器17联接，并通过第一绳索14经第一导向轮组件15、第二导向轮组件13与第三绳轮组件12联接，第三绳轮组件12通过第二绳索11经第三导向轮组件10、第四导向轮组件9与第二绳轮组件8联接，第二绳轮组件8通过第三绳索6经第五导向轮组件7、第六导向轮组件5与第一绳轮组件4联接，第一绳轮组件4通过第四绳索3经导向滑轮2与配重块1联接，这样各部件依次构成串接关系。

如图2，图5所示，绳轮组件是由支撑底座19，绳轮20，销轴21，支撑底座19组成。支撑底座19中心开有销孔，通过定位销固定在工作台8上。支撑底座19上的第一弧形槽22用于周向60°调节，绳轮20上的双向滑道30用于串联绳索的周向导向。第一绳轮组件4，第二绳轮组件8，第三绳轮组件12上的绳轮20通过销轴21与支撑底座19相连，可绕销轴旋转。第四绳轮组件16上的绳轮20与销轴21之间通过键联接以实现周向固定，并用联轴器实现与减速器17联接，实现对绳轮组件的周向驱动。

如图3，图4所示，导向轮组件是由导向轮底座23，导向轮支架25，导向轮销轴26，导向轮支撑27，导向轮28组成。在导向轮组件进行装配时，先将导向轮支架25与导向轮支撑27通过螺栓连接，导向轮28通过转轴安装在导向轮支撑27之间，导向轮28的高度可以通过导向轮支架25上的第二直形槽33进行调节，之后用螺钉将导向轮支架25与导向轮底座23联接，通过导向轮支架25上的第一直形槽24进行径向调节，通过导向轮底座23上的第二弧形槽29进行周向调节。导向轮底座23中心开有销孔，通过定位销固定在工作台18上。两相邻绳轮组件间的两对导向轮支架25外端面应保持在同一个铅直平面内，以保证绳轮组件周向或者直线装配时绳索曲率相同。

本发明是对串联绳轮结构进行绳索运动性能研究一种装置。通过绳索进行串联传递的绳轮，在经过绳轮及中间的导向轮时，因绳轮间存在的摩擦及绳索自身性能的影响，会造成绳索上张力的衰减，导致与绳索相连的两绳轮间出现转角偏差，对用于进行精密传动控制的绳索，这种偏差必须严格控制在规定的范围内，才能保证串联绳轮运动的同步性能。本研究装置的驱动力和负载是由配重块1，减速器17提供，用于研究第二绳索11在不同张力作用时与其相连的第二绳轮组件8，第三绳轮组件12之间的运动偏差；第一绳轮组件4，第二绳轮组件8，第三绳索6是为仿真工况而设计并以第三绳索6上的张力作为研究第二绳索11组件时的输入或者输出；配重块1通过第四绳索3与第一绳轮组件4上的绳轮20相连，通过增减配重块的数量，为该研究装置进行绳索性能研究时提供驱动力或者负载；第三绳轮组件12，第四绳轮组件16，第一绳索14为仿真工况而设计并作为研究第二绳索11组件时的输出，以作为进行研究下一组串联绳索时的驱动输入或者输出；第四绳轮组件16与减速器17通过联轴器相连，减速器具有自锁性能，为该研究装置提供不同大小的负载或者驱动力。

本装置的具体实施方法如下：

首先，根据实际工况对串联装置中的绳轮组件、导线轮组件等零部件进行定位安装，对于周向装配类型的串联机构，可分别通过调节绳轮支撑底座19、导向轮底座23上的第一弧形槽22，第二弧形槽29的角度进行定位安装，绳索的高度可以通过导向轮支撑架25上的直形槽33进行调节。

第二，进行多次单点静态测试测定一对绳轮组件间同步性偏差与张力大小的关系：

①以第三导向轮组件10，第四导向轮组件9间的第二绳索11中心位置为受控测试点，通过调节第二绳轮组件8，第三绳轮组件12上的锁紧螺母34进行两绳轮20初始角度标定，确保串联的绳索测试前两绳轮初始角度相同。

②利用减速器17的自锁功能通过施加不同的配重块1的大小，分别记录第二绳轮组件8，第三绳轮组件12上的绳轮20在不同的张力作用时转角，获得同步性偏差(转角差值就是同步性偏差)随张力变化时的规律，并测得与第二绳索11相串联的第三绳索6(输入)、第一绳索14(输出)靠近此绳轮组件点的张力大小，以测得的输入张力作为研究的整个串联绳轮结构的驱动力，输出张力作为研究下一组串联绳轮组件间绳索性能的输入张力。

③以输出张力作为研究下一组串联绳轮组件的输入张力时，其大小可以通过调节配重块1的数量来保证，采用类似②的方法进行对其它串联轮系绳索张力与转角关系的标定。

第三，根据实际装调工艺，经多次单点静态测试后，将所得的数据进行分析，获得绳轮在不同转角位置时的绳索张力与转角偏差关系规律，为绳索实际静态同步性能研究提供依据。

第四，进行多点动态测试获得第二绳索11在第二绳轮组件8，第三绳轮组件12间绳轮同步性偏差与张力大小变化关系的规律：在静态测量的基础上，根据实际使用过程中的控制要求，通过减速器17驱动本装置一定循环次数后，获得受控位置点时的第二绳索11上张力大小与转角的偏差关系，采用与静态测试类似的方式依此获得其它串联轮系中张力与转角偏差的关系。

第五，根据实际装调工艺，驱动绳轮处于不同转角位置时，进行多点动态测试，将所得的数据进行分析，获得动态运行时绳索张力与绳轮转角偏差关系规律，作为绳索动态同步性精度研究的依据。

Claims (10)

1.一种用于对串联式绳轮结构进行绳索性能研究的装置，主要包括：

工作台(18)；

第一导向轮组件(15)，第二导向轮组件(13)，第三导向轮组件(10)，第四导向轮组件(9)，第五导向轮组件(7)，第六导向轮组件(5)；

第一绳轮组件(4)，第二绳轮组件(8)，第三绳轮组件(12)，第四绳轮组件(16)；

依次连接的第一绳索(14)，第二绳索(11)，第三绳索(6)，第四绳索(3)；

配重块(1)；

导向滑轮(2)；

减速器(17)，

所述绳轮组件(4)，(8)，(12)，(16)与导向轮组件(15)，(13)，(10)，(9)，(7)，(5)固定在工作台(18)上，第四绳轮组件(16)通过联轴器与减速器(17)联接，并通过第一绳索(14)经第一导向轮组件(15)、第二导向轮组件(13)与第三绳轮组件(12)联接，第三绳轮组件(12)通过第二绳索(11)经第三导向轮组件(10)、第四导向轮组件(9)与第二绳轮组件(8)联接，第二绳轮组件(8)通过第三绳索(6)经第五导向轮组件(7)、第六导向轮组件(5)与第一绳轮组件(4)联接，第一绳轮组件(4)通过第四绳索(3)经导向滑轮(2)与配重块(1)联接，依次构成串接关系。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导向轮组件(15)，(13)，(10)，(9)，(7)，(5)包括导向轮(28)、导向轮底座(23)、导向轮支架(25)、导向轮销轴(26)及导向轮支撑(27)；导向轮支架(25)通过螺栓与导向轮支撑(27)连接，导向轮(28)通过转轴安装在导向轮支撑(27)之间，导向轮支架(25)通过螺钉与导向轮底座(23)联接，导向轮底座(23)中心开有销孔，通过定位销固定在工作台(18)上，导向轮底座(23)在周向绕销孔孔心开有第二弧形槽(29)，用于周向调节导向轮底座(23)。

3.如权利要求1-2中的一项所述的装置，其特征在于，所述绳轮组件(4)，(8)，(12)，(16)包括支撑底座(19)、销轴(21)及绳轮(20)；支撑底座(19)中心开有销孔，通过定位销固定在工作台(18)上，支撑底座(19)在周向绕销孔孔心开有第一弧形槽(22)，用于周向调节支撑底座(19)，第一绳轮组件(4)、第二绳轮组件(8)、第三绳轮组件(12)上的绳轮(20)通过销轴(21)与支撑底座(19)相连，第四绳轮组件(16)上的绳轮(20)与销轴(21)之间通过键联接以实现周向固定。

4.如权利要求1-3中的一项所述的装置，其特征在于，绳轮(20)周向方向开有双向滑道(30)，径向方向开有梯形切口(31)，所述绳索的定位与长度可以通过锁紧螺母(34)与梯形切口(31)两侧面间的配合进行调节。

5.如权利要求1-4中的一项所述的装置，其特征在于，绳轮(20)周缘处沿周向标有刻度值，通过记录与绳索相连的两绳轮之间的转角偏差，可进行两绳轮间同步性运动规律的研究，并可根据绳轮间的连接关系进行对组系中其它绳轮间转角偏差关系的研究。

6.如权利要求1-5中的一项所述的装置，其特征在于，导向轮支架(25)底板上开有第一直形槽(24)，通过间距不同的螺钉连接实现与导向轮底座(23)固定，通过第一直形槽(24)可进行径向方向调节。

7.如权利要求1-6中的一项所述的装置，其特征在于，导向轮支架(25)侧板上开有第二直形槽(33)，通过螺钉实现与导向轮支撑(27)连接，并可通过第二直形槽(33)对导向轮支撑(27)进行绳索高度方向上的调节。

8.如权利要求1-7中的一项所述的装置，其特征在于，配重块(1)沿径向方向开有槽宽为10mm的直形槽，绳索所承受张力大小是通过调节配重块(1)的数量来施加的。

9.如权利要求1-8中的一项所述的装置，其特征在于，绳索的驱动由减速器(17)进行双向驱动，从配重块(1)方向进行反向驱动能实现减速器自锁。

10.如权利要求1-9中的一项所述的装置，其特征在于，减速器(17)为蜗轮蜗杆类型，能实现运动自锁，配重块(1)包括5Kg，10Kg，15Kg，20Kg，25Kg等量级。

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