CN103323271A - 一种新型的直线电动加载系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的直线电动加载系统，包括底板、底板凸台、防撞块安装台、防撞块、橡胶块、导轨、滑动平台、连接块、磁栅尺、拖链安装角铁、力传感器、拖链、直线电机、螺纹连接杆、直线舵机、支撑板、固定螺钉；本发明中直线电机、导轨等采用铝合金平台，有利于提高系统的动态性能；相对于传统的伺服电机加滚珠丝杠的加载结构而言，本发明采用滑动平台同时加载电机与舵机间采用螺纹杆进行连接，有效的消除了传统加载结构中反向时间长、动态性能差的缺点；加载电机与电动舵机之间采用螺纹杆连接，与传统的耳环连接相比，没有连接间隙，提高了加载精度；加载系统故障时，能够避免舵机堵转的现象，不会对舵机造成损坏，起到安全保护。

Description

一种新型的直线电动加载系统

技术领域

本发明涉及一种新型的直线电动加载系统，属于控制装置技术领域，具体涉及直线舵机电动加载系统的加载台。 

背景技术

电动舵机是航空航天领域经典的执行器件，对飞行器的正常飞行和机动控制具有重要意义，是一种重要的飞行控制伺服元件。为验证电动舵机的设计，确保产品出厂前的质量，有必要进行电动舵机的负载试验。而直线舵机作为一种新型功率电传作动器，具有广泛的应用前景，除可用于飞控系统外，还可用于飞行器上其他需要进行作动的场合。 

为了保证直线舵机的研发质量，提高效率，需要使用负载模拟器复现直线舵机在实际应用条件下所受到的力和力矩，考察其在接近实际条件下的工作情况，以保证直线舵机的质量。机电作动器通用加载系统与传统的电液驱动装置相比，具有体积小、结构简单、成本较低等特点，且在试验过程中响应速度快，易于控制。所以非常适合对直线舵机进行加载试验，为其施加所需的各种形式的载荷。而这一加载系统主要包括加载台和软件部分，加载台是与待测直线舵机直接相连的部分，对直线舵机施加力和力矩，故加载台的结构设计是十分重要的,同时加载台的适用范围和使用的方便性制约着直线舵机的试验工作。 

但是现有的直线电动加载台多采用伺服电机加滚珠丝杠的加载结构，这种结构具有连接间隙大、动态性能差以及加载反向时间长等缺点。并不能很好地对舵机进行各方面的实验验证工作。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的直线电动加载台结构连接间隙大、动态性能差以及加载反向时间长等问题，提出一种新型的直线电动加载系统，加载系统能够有效的对现有的各种规格直线舵机施加各种形式的载荷，从而满足仿真需要。 

一种新型的直线电动加载系统，包括底板、底板凸台、防撞块安装台、防撞块、橡胶块、导轨、滑动平台、连接块、磁栅尺、拖链安装角铁、力传感器、拖链、直线电机、螺纹连接 杆、直线舵机、支撑板、固定螺钉； 

底板为长方形，在长方形两个宽边上分别安装有防撞块； 

在底板长边中部，左右两端各安装一个防撞块安装台； 

左端的防撞块与其相对的防撞块安装台上均设有圆柱形的橡胶块； 

防撞块安装台与防撞块之间设有两条底板凸台，两条底板凸台分别固定在底板长边的两侧，底板凸台与底板之间固定连接； 

滑动平台上设有滑块，滑块位于导轨上，滑动平台跨越底板短边，滑动平台通过滑块能够在导轨上滑动； 

两个底板凸台之间设有直线电机，直线电机固定安装在底板上，直线电机上设有永磁体和电动线圈，永磁体通过螺钉固定在底板上，电动线圈固定在滑动平台上，当滑动平台移动时，电动线圈切割磁感线； 

连接块固定连接滑动平台，连接块为凸字形，连接块右侧固定连接力传感器； 

防撞块安装台右侧与底板右端的防撞块左侧之间设有两个支撑板； 

直线舵机固定安装在支撑板上，直线舵机的动子与螺纹连接杆一端进行螺纹连接，螺纹连接杆另一端与力传感器螺纹连接； 

力传感器一侧安装有信号线，信号线将加载力反馈给计算机控制系统；信号线置于拖链中，拖链一端固定在滑动平台的侧面，随滑动平台一起运动； 

滑动平台的侧面安装有磁栅尺，磁栅尺固定在滑动平台上；磁栅尺把被加载直线舵机的当前位移反馈给计算机控制系统，经过计算机控制系统计算，将控制输出信号输出到电机驱动器，驱动直线电机施加载荷。 

本发明的优点在于： 

（1）本发明中直线电机、导轨等采用铝合金平台，加载系统本身质量小，这样有利于提高系统的动态性能； 

（2）相对于传统的伺服电机加滚珠丝杠的加载结构而言，本发明采用滑动平台同时加载电机与舵机间采用螺纹杆进行连接，有效的消除了传统加载结构中反向时间长、动态性能差的缺点； 

（3）加载电机与电动舵机之间采用螺纹杆连接，与传统的耳环连接相比，没有连接间隙， 提高了加载精度； 

（4）加载系统故障时，能够避免舵机堵转的现象，不会对舵机造成损坏，起到安全保护。 

（5）本发明具有广泛的适用性，可以有效的对现有各类直线舵机模拟各种类型的载荷（力和力矩），满足各类仿真需要，通过本加载台对直线舵机加载，可以对现有各类直线舵机在额定载荷下进行性能测试、堵转力/力矩测试、例行试验阶段加载试验、寿命预计、可靠性试验阶段几百万次循环加载试验； 

（6）由于直线电机体积较小，在本发明中采用卧式放置，减小纵向空间，同时有利于滑动的稳定性。所以本发明与现有的一些加载结构相比，具有加载范围广，加载精度高的特点，能满足不同型号直线舵机的需求，同时占用空间少，加载稳定，使用方便。 

附图说明

图1是本发明的俯视图； 

图2是本发明的左视图； 

图3是本发明直线电机的结构示意图； 

图中： 

1-底板          2-底板凸台     3-防撞块安装台 

4-防撞块        5-橡胶块       6-导轨 

7-滑动平台      8-连接块       9-磁栅尺 

10-拖链安装角铁 11-力传感器    12-拖链 

13-直线电机     14-螺纹连接杆  15-直线舵机 

16-支撑板       17-固定螺钉    18-电机线圈 

19-永磁体 

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 

本发明是一种新型的直线电动加载系统，如图1、图2所示，包括底板1、底板凸台2、防撞块安装台3、防撞块4、橡胶块5、导轨6、滑动平台7、连接块8、磁栅尺9、拖链安装角铁10、力传感器11、拖链12、直线电机13、螺纹连接杆14、直线舵机15、支撑板16、固定螺钉17。 

直线电机13如图3所示，包括电机线圈18和永磁体19。 

底板1为长方形，在长方形两个宽边上分别安装有防撞块4，防撞块4与底板1之间采用内六角圆柱头螺钉进行固定。 

在底板1长边中部左右两端各安装一个防撞块安装台3，防撞块安装台3与底板1之间采用内六角圆柱头螺钉进行固定。 

左端的防撞块4与其相对的防撞块安装台3上均设有圆柱形的橡胶块5，橡胶块5主要对电机起保护作用，防止其发生激烈碰撞造成损坏。 

防撞块安装台3与防撞块4之间设有两条长方形的底板凸台2，两条长方形的底板凸台2分别固定在底板1长边的两边，长方形的底板凸台2与底板1之间固定连接，两条长方形的导轨6分别通过螺钉固定在底板凸台2上。 

滑动平台7上设有滑块，滑块位于导轨6上，滑动平台7跨越底板1短边，滑动平台7通过滑块能够在导轨6上滑动。 

两个底板凸台2之间设有直线电机13，直线电机13固定安装在底板1上，如图3所示，直线电机13上设有永磁体19和电动线圈18，永磁体19通过螺钉固定在底板1上，电动线圈18固定在滑动平台7上，当滑动平台7移动时，电动线圈18切割磁感线。 

连接块8通过螺钉固定连接滑动平台7，连接块8为凸字形，连接块8右侧固定连接安装有S型的力传感器11，力传感器11通过内六角圆柱头螺钉固定在连接块8的右侧。力传感器11主要起传递力的信息的作用。 

防撞块安装台3右侧与底板1右端的防撞块4左侧之间设有两个三角形的支撑板16，支撑板16通过固定螺钉17固定在底板1上，支撑板16主要起支撑直线舵机15的作用。 

圆柱体的直线舵机15固定安装在支撑板16上，直线舵机15右端通过内六角圆柱头螺钉固定在支撑板16上，直线舵机15的动子与圆柱体的螺纹连接杆14一端进行螺纹连接，螺纹连接杆14另一端与力传感器11螺纹连接。 

力传感器11一侧安装有信号线，信号线将加载力反馈给计算机控制系统。信号线置于拖链12中，拖链12可有效的对信号线进行保护。拖链12通过直角形的拖链安装角铁10固定在滑动平台7的侧面，可随滑动平台7一起运动。 

滑动平台7的侧面安装有长方体的磁栅尺9，磁栅尺9通过螺钉固定在滑动平台7上。 磁栅尺9作为直线位移传感器把被加载直线舵机15的当前位移反馈给计算机控制系统，经过控制算法计算，将控制输出信号输出到电机驱动器，驱动直线电机13施加载荷。 

为满足实验需求，本装置中的力传感器11、螺纹连接杆14以及直线舵机15需要同轴连接。 

直线电机13的永磁体19固定在底板1上，直线电机13的电机线圈18通过和滑动平台7固定在一起，当滑动平台7移动时，可实现电子线圈18切割磁感线。滑动平台7通过连接块8与力传感器11相连，力传感器11与直线舵机15之间通过连接轴（螺纹连接杆14）相连，这样可以保证能够给直线舵机15施加可以测量且可以控制的载荷，同时这种连接方式与传统的耳环连接相比，没有连接间隙，提高了加载精度。此外，通过在滑动平台7一侧安装磁栅尺9，可以在滑动平台7运动时得到位置和速度的相关信息。 

加载系统的作用是当直线舵机15运动时给直线舵机15施加一个动态载荷，以测试直线舵机15在带载情况下的各种性能，加载系统要求能够跟踪用户给定的舵机载荷谱，根据力传感器11的反馈信号，生成闭环控制信号，通过电机驱动器给直线电机13以驱动直线电机13运动，从而对直线舵机15施加相关载荷。同时由于滑动平台7和直线舵机15之间使用螺纹连接杆14进行连接，当需要减小加载在直线舵机15上的力时，只需要减小电流即可，而传统的伺服电机加滚珠丝杠结构则需要使电流反向，与之相比，本发明结构有效的消除了传统加载结构中反向时间长、动态性能差的缺点。而当加载系统故障时，能够避免舵机堵转的现象，不会对舵机造成损坏，起到安全保护。 

本发明加载系统的最大特点是可以有效的对现有各类直线舵机模拟各种类型的载荷（力和力矩），满足各类仿真需要，适用范围十分广泛，且加载精度高，占用空间小。 

本发明中直线电机3、导轨6等采用铝合金平台，加载系统本身质量小，这样有利于提高系统的动态性能。 

本发明的工作过程： 

通过跟踪用户给定的舵机载荷谱，根据力传感器11的反馈信号，生成闭环控制信号，通过电机驱动器给直线电机13以驱动直线电机13运动，直线电机13通过加载系统压缩（或拉伸）力传感器11，形成加载力，根据受力平衡原理，这个加载力施加在直线舵机15的输出轴上，形成相应的载荷。从而可以测试直线舵机15在该载荷下的工作情况，从而实现测 试的目的。相关的力的信号通过力传感器11上的信号线传递给控制系统。而相关的位移信号则通过磁栅尺9反馈给控制系统。 

Claims (3)

1.一种新型的直线电动加载系统，包括底板、底板凸台、防撞块安装台、防撞块、橡胶块、导轨、滑动平台、连接块、磁栅尺、拖链安装角铁、力传感器、拖链、直线电机、螺纹连接杆、直线舵机、支撑板、固定螺钉；

底板为长方形，在长方形两个宽边上分别安装有防撞块；

在底板长边中部，左右两端各安装一个防撞块安装台；

左端的防撞块与其相对的防撞块安装台上均设有圆柱形的橡胶块；

防撞块安装台与防撞块之间设有两条底板凸台，两条底板凸台分别固定在底板长边的两侧，底板凸台与底板之间固定连接；

滑动平台上设有滑块，滑块位于导轨上，滑动平台跨越底板短边，滑动平台通过滑块能够在导轨上滑动；

两个底板凸台之间设有直线电机，直线电机固定安装在底板上，直线电机上设有永磁体和电动线圈，永磁体通过螺钉固定在底板上，电动线圈固定在滑动平台上，当滑动平台移动时，电动线圈切割磁感线；

连接块固定连接滑动平台，连接块为凸字形，连接块右侧固定连接力传感器；

防撞块安装台右侧与底板右端的防撞块左侧之间设有两个支撑板；

直线舵机固定安装在支撑板上，直线舵机的动子与螺纹连接杆一端进行螺纹连接，螺纹连接杆另一端与力传感器螺纹连接；

力传感器一侧安装有信号线，信号线将加载力反馈给计算机控制系统；信号线置于拖链中，拖链一端固定在滑动平台的侧面，随滑动平台一起运动；

滑动平台的侧面安装有磁栅尺，磁栅尺固定在滑动平台上；磁栅尺把被加载直线舵机的当前位移反馈给计算机控制系统，经过计算机控制系统计算，将控制输出信号输出到电机驱动器，驱动直线电机施加载荷。

2.根据权利要求1所述的一种新型的直线电动加载系统，所述的力传感器、螺纹连接杆以及直线舵机同轴连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型的直线电动加载系统，所述的直线电机、导轨采用铝合金。

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