CN103434656A - 一种刚度可变的刚度模拟器 - Google Patents

Abstract

一种刚度可变的刚度模拟器，它包括前端耳座连接板、前刚度模拟板、前固定板、刚度调节块、导向销、固定块、后固定板、后刚度模拟板、导向套、大螺母、固定支座、固定销、支座固定螺钉、微位移传感器、固定钢板和中间固定板；前端耳座连接板在刚度模拟器的最前端，其后是前刚度模拟板和前固定板，它们三个通过四个螺栓固定；后固定板和后刚度模拟板也是通过四个螺栓固定，其间是刚度调节块，由固定块固定在前固定板和后固定板中间，导向销从中间穿过，在导向销后面有导向套，通过大螺母固定在固定支座上；固定支座通过固定销来定位，靠支座固定螺钉来固定；固定钢板共包括四块，位于前固定板和后固定板两侧，中间固定板位于刚度模拟器的两侧。

Description

一种刚度可变的刚度模拟器

技术领域

本发明涉及一种刚度可变的刚度模拟器，该刚度模拟器是用来模拟飞行器舵机与机体连接刚度的设备，尤其适用于航空航天地面半实物仿真的负载模拟器中可变连接刚度的模拟。属于负载模拟器机械连接刚度模拟技术领域。

背景技术

负载模拟器是地面半实物仿真实验室动态模拟导弹等风行器在飞行中舵面所受空气动力载荷的重要设备，它是飞行器大回路半实物仿真系统的重要组成部分。它的功能是在实验室条件下复现飞行器的舵面在空中所受的各种载荷，从而检测舵机驱动系统的技术性能指标，将经典的自破坏性的全实物实验转化为实验室条件下的预测性研究，从而在安全的环境下进行研究，缩短研制周期、节约研发费用、提高可靠性和成功率。

刚度模拟器是用来模拟飞行器舵机与机体之间连接刚度的设备，而连接刚度对于舵机性能影响很大，连接刚度的增加能提高系统的快速性。同时还应看到随着刚度的提高系统的机械谐振频率增大,即系统的极限频宽得以提高,非常有利于系统频率特性的改善。

目前大部分负载模拟器的机械连接刚度都是不能够调节的，直接由基座的机械刚度来模拟。在其他领域中存在通过调节工作腔压力来模拟刚度的专利，但这种刚度模拟器结构复杂，生产加工困难，同时由于受工作腔压力的影响会造成刚度不固定的缺点。本发明的刚度模拟器是利用纯机械结构来实现对连接刚度可变的模拟器，同时通过简单更换部件就可以实现连接刚度的调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚度可变的刚度模拟器，这种模拟器能够以最简单的结构、最小的生产加工和使用成本使得负载模拟器连接刚度得到准确、可靠地模拟，从而克服了现有技术的不足。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明一种刚度可变的刚度模拟器，它包括前端耳座连接板、前刚度模拟板、前固定板、刚度调节块、导向销、固定块、后固定板、后刚度模拟板、导向套、大螺母、固定支座、固定销、支座固定螺钉、微位移传感器、固定钢板和中间固定板。它们之间的位置连接关系是：前端耳座连接板在刚度模拟器的最前端，其后是前刚度模拟板和前固定板，它们三个通过四个螺栓固定。同理，后固定板和后刚度模拟板也是通过四个螺栓固定，它们之间是刚度调节块，由固定块固定在前固定板和后固定板中间，导向销从中间穿过，在导向销后面有导向套，通过大螺母固定在固定支座上。固定支座通过固定销来定位，靠支座固定螺钉来固定。固定钢板共包括四块，位于前固定板和后固定板两侧，中间固定板位于刚度模拟器的两侧。

所述的前端耳座连接板是矩形板和两块带有通孔耳座板的组合件，它位于刚度模拟器的最前端，用于固定试验台上作动器的耳座，通过销轴连接试验台上作动器，同时通过4个螺栓与前刚度模拟板及前固定板固连；

所述的前刚度模拟板位于前端耳座连接板的后面，其形状为两侧各设7个通孔、中间设有5个通孔的多边形板料，外形经过特殊设计，通过改变其形状可以达到改变刚度的目的，其位于前端耳座连接板和前固定板之间；

所述的前固定板是面部设有5个通孔、底部设有燕尾槽的矩形板料件，它位于前刚度模拟板后面，其上开有燕尾槽，刚度调节块及固定块都通过其安装；

所述的刚度调节块是刚度模拟器的主要部件，其外形是两端带有燕尾槽、心部设有通孔的长方体件，通过改变其中间圆孔的厚度即可达到改变刚度模拟器刚度的目的。其两端带有燕尾槽，与前固定板和后固定板上的燕尾槽配合，其中间带有通孔，是导向销从中穿过。

所述的导向销是多台阶圆柱销，它位于刚度模拟器的中间，其起到导向的作用，使刚度模拟器中心对齐，其前端在前端耳座连接板卡紧，后端经过导向套然后靠大螺母固定；

所述的固定块是燕尾槽状的条形板料件，它位于前固定板和后固定板上起固定刚度调节块作用的部分，其上有两个螺钉孔，并通过螺钉与前固定板和后固定板固定。其上设计有燕尾槽，与前固定板和后固定板上的燕尾槽配合；

所述的后固定板位于后刚度模拟器板前面，其上开有燕尾槽，刚度调节块及固定块都通过其安装，其与前固定板采用相同结构；

所述的后刚度模拟板位于后固定板的后面，其形状、结构与前刚度模拟板相同，经过特殊设计，通过改变其形状可以达到改变刚度的目的；

所述的导向套是套筒状件，它位于导向销外侧的部分，其与导向销过度配合，后端通过大螺母将导向销固定；

所述的大螺母是M24锁紧螺母，它与导向销端部螺纹连接；

所述的固定支座是L状结构件，它的作用是将刚度模拟器固定在试验台上，该固定支座的刚度较大，基本可以认为是刚性的；

所述的固定销是带台阶的圆柱销，它的作用是定位固定支座，通过固定销与试验台固定孔的配合来实现固定支座的定位；

所述的支座固定螺钉是M12×55螺钉，它的作用是将固定支座固定在试验台上；

所述的微位移传感器是位于刚度模拟器上端的其测量刚度模拟器变形作用的部分，它通过螺钉固定在前固定板及后固定板上。此处的微位移传感器是选用的市购的位移传感器，要求精度高、响应快；

所述的固定钢板共包括四块，其位于前固定板和后固定板两侧，作用是加强刚度模拟器，同时定位固定螺栓，其上开有7个通孔，用于安装固定螺栓；

所述的中间固定板位于刚度模拟器的两侧，其上开有7个通孔，通过螺栓与两个刚度模拟板及固定钢板固定；

所述的刚度调节块位于刚度模拟器的中央，其两端带有燕尾槽，与前固定板和后固定板上的燕尾槽配合，其中间带有通孔，导向销从中穿过。

本发明的原理及工况简介如下：

本发明的原理及工况是用纯机械结构来模拟负载模拟器中的连接刚度，将该刚度模拟器一端连接试验台底座，另一端连接作动器耳座。不同的连接刚度对舵机性能影响很大，而本刚度模拟器同时可以做到刚度可调，通过改变前刚度模拟板、后刚度模拟板和刚度调节块，可以获得不同的模拟刚度，以满足负载模拟器对不同连接刚度的需求。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过简单调节三个部件的结构就可以达到对不同的刚度的模拟，本刚度模拟器属于纯机械结构，其设计简单同时工作可靠，适用于刚度模拟范围宽、试验环境恶劣的情况。其解决了负载模拟器环境因素影响明显、试验数据难以控制的问题，同时通过此设计形成的可变刚度模拟量程广、精度高、结构简单、操作方便、成本低廉。

附图说明

图1是本发明一优选实施例结构爆炸图；

图2是负载模拟器结构原理示意图；

图3是本发明一优选实施例的结构示意图；

图4是图1所示本发明一优选实施例带有安装座的侧视图；

图5是图1所示本发明一优选实施例带有安装座的俯视图；

图6是前刚度模拟板与后刚度模拟板结构示意图；

图7a是刚度调节块主视图；

图7b是刚度调节块剖面图；

图7c是刚度调节块俯视图；

图中，1.前端耳座连接板，2.前刚度模拟板，3.前固定板，4.刚度调节块，5.导向销，6.固定块，7.后固定板，8.后刚度模拟板，9.导向套，10.大螺母，11.固定支座，12.固定销，13.支座固定螺钉，14.微位移传感器，15.固定钢板，16.中间固定板。

具体实施方式

以下结合附图及一优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

参阅图1，负载模拟器的工作原理如下，负载模拟器是一种典型的被动式力(矩)伺服系统，一般由加载设备和被测试设备(即舵机)组成。它要求加载设备在跟随舵机主动运动的同时能够精确对其施加给定的力(矩)载荷谱，以准确复现飞行器舵面的气动载荷，检测舵回路性能。其中位于安装支座前面的弹簧符号就是模拟连接刚度的部分，其直接影响负载模拟器性能。

参阅图2，本发明的可变刚度模拟器的爆炸图显示了该刚度模拟器的所有结构，同时参阅图3和图4，本发明一种刚度可变的刚度模拟器，它包括前端耳座连接板1、前刚度模拟板2、前固定板3、刚度调节块4、导向销5、固定块6、、后固定板7、后刚度模拟板8、导向套9、大螺母10、固定支座11、固定销12、支座固定螺钉13、微位移传感器14、固定钢板15和中间固定板16；它们之间的位置连接关系是：前端耳座连接板1位于刚度模拟器的最前端，用于固定试验台上作动器耳座，通过销轴连接试验台上作动器，同时通过4个螺栓与前刚度模拟板2及前固定板3固连；同理，后固定板7和后刚度模拟板8也是通过四个螺栓固定，它们之间是刚度调节块4，由固定块6固定在前固定板3和后固定板7中间，导向销5从中间穿过，在导向销5后面有导向套9，通过大螺母10固定在固定支座11上。固定支座11通过固定销12来定位，靠支座固定螺钉13来固定。固定钢板15共包括四块，位于前固定板3和后固定板7两侧，中间固定板16位于刚度模拟器的两侧。

参阅图6中的前刚度模拟板2位于前端耳座连接板1的后面，其形状经过特殊设计，通过改变其形状可以达到改变刚度的目的，其位于端耳座连接板1和前固定板3之间；前固定板3位于前刚度模拟器板2后面，其上开有燕尾槽，刚度调节块4及固定块6都通过其安装；固定块6是位于前固定板3和后固定板7上，起固定刚度调节块4的作用，其上有两个螺钉孔，并通过螺钉与前固定板3和后固定板7固定。其上设计有燕尾槽，与前固定板3和后固定板7上的燕尾槽配合；

参阅图5，固定钢板15共包括四块，其位于前固定板3和后固定板7两侧，作用是加强刚度模拟器同时定位固定螺栓作用，其上开有7个通孔，用于安装固定螺栓；刚度调节块4位于刚度模拟器的中央，其两端带有燕尾槽，与前固定板3和后固定板7上的燕尾槽配合，其中间带有通孔，导向销5从中穿过。刚度调节块4是刚度模拟器的主要部件，通过改变其中间圆环的厚度即可达到改变刚度模拟器刚度的目的。

参阅图5和图7a-c中的刚度调节块4两端带有燕尾槽，通过与前固定板3和后固定板7上的燕尾槽配合，从而使刚度模拟器既可以承受拉力又可以承受压力，扩宽了负载模拟器作用范围。后固定板7位于后刚度模拟器板8前面，其上开有燕尾槽，刚度调节块4及固定块6都通过其安装，其与前固定板3采用相同结构；

后刚度模拟板8位于后固定板7的后面，其形状经过特殊设计，通过改变其形状可以达到改变刚度的目的，其与前刚度模拟板2采用相同结构；中间固定板16位于刚度模拟器的两侧，其上开有7个通孔，通过螺栓与前刚度模拟板2、后刚度模拟板8及固定钢板15固定；导向销5位于刚度模拟器的中间，其起到导向的作用，使刚度模拟器中心对齐，其前端在前端耳座连接板1卡紧，后端经过导向套9然后靠大螺母10固定。导向套9是位于导向销5外侧的部分，其与导向销5过度配合，后端通过大螺母10将导向销5固定；

微位移传感器14是位于刚度模拟器上端的其测量刚度模拟器变形作用的部分，它通过螺钉固定在前固定板3及后固定板7上。此处的微位移传感器7是选用的成熟的位移传感器，要求精度高、响应快。

参阅图7a-c，刚度调节块4的中间圆环部分是模拟刚度的主要部分，通过改变其圆环的厚度可以方便地改变其刚度。同时刚度调节块4两端带有燕尾槽非常方便拆装与定位。

Claims (1)

1.一种刚度可变的刚度模拟器，其特征在于：它包括前端耳座连接板、前刚度模拟板、前固定板、刚度调节块、导向销、固定块、后固定板、后刚度模拟板、导向套、大螺母、固定支座、固定销、支座固定螺钉、微位移传感器、固定钢板和中间固定板；前端耳座连接板在刚度模拟器的最前端，其后是前刚度模拟板和前固定板，它们三个通过四个螺栓固定；同理，后固定板和后刚度模拟板也是通过四个螺栓固定，它们之间是刚度调节块，由固定块固定在前固定板和后固定板中间，导向销从中间穿过，在导向销后面有导向套，通过大螺母固定在固定支座上；固定支座通过固定销来定位，靠支座固定螺钉来固定；固定钢板共包括四块，位于前固定板和后固定板两侧，中间固定板位于刚度模拟器的两侧；

所述的前端耳座连接板是矩形板和两块带有通孔耳座板的组合件，它位于刚度模拟器的最前端，用于固定试验台上作动器的耳座，通过销轴连接试验台上作动器，同时通过4个螺栓与前刚度模拟板及前固定板固连；

所述的前刚度模拟板位于前端耳座连接板的后面，其形状为两侧各设7个通孔、中间设有5个通孔的多边形板料，外形经过特殊设计，通过改变其形状达到改变刚度的目的，其位于前端耳座连接板和前固定板之间；

所述的前固定板是面部设有5个通孔、底部设有燕尾槽的矩形板料件，它位于前刚度模拟板后面，其上开有燕尾槽，刚度调节块及固定块都通过其安装；

所述的刚度调节块是刚度模拟器的主要部件，其外形是两端带有燕尾槽、心部设有通孔的长方体件，通过改变其中间圆孔的厚度即可达到改变刚度模拟器刚度的目的；其两端带有燕尾槽，与前固定板和后固定板上的燕尾槽配合，其中间带有通孔，是导向销从中穿过；

所述的导向销是多台阶圆柱销，它位于刚度模拟器的中间，其起到导向的作用，使刚度模拟器中心对齐，其前端在前端耳座连接板卡紧，后端经过导向套然后靠大螺母固定；

所述的固定块是燕尾槽状的条形板料件，它位于前固定板和后固定板上起固定刚度调节块作用的部分，其上有两个螺钉孔，并通过螺钉与前固定板和后固定板固定；其上设计有燕尾槽，与前固定板和后固定板上的燕尾槽配合；

所述的后固定板位于后刚度模拟器板前面，其上开有燕尾槽，刚度调节块及固定块都通过其安装，其与前固定板采用相同结构；

所述的后刚度模拟板位于后固定板的后面，其形状、结构与前刚度模拟板相同，经过特殊设计，通过改变其形状达到改变刚度的目的；

所述的导向套是套筒状件，它位于导向销外侧的部分，其与导向销过度配合，后端通过大螺母将导向销固定；

所述的大螺母是M24锁紧螺母，它与导向销端部螺纹连接；

所述的固定支座是L状结构件，它的作用是将刚度模拟器固定在试验台上；

所述的固定销是带台阶的圆柱销，它的作用是定位固定支座，通过固定销与试验台固定孔的配合来实现固定支座的定位；

所述的支座固定螺钉是M12×55螺钉，它的作用是将固定支座固定在试验台上；

所述的微位移传感器是位于刚度模拟器上端的其测量刚度模拟器变形作用的部分，它通过螺钉固定在前固定板及后固定板上；

所述的固定钢板共包括四块，其位于前固定板和后固定板两侧，作用是加强刚度模拟器，同时定位固定螺栓，其上开有7个通孔，用于安装固定螺栓；

所述的中间固定板位于刚度模拟器的两侧，其上开有7个通孔，通过螺栓与两个刚度模拟板及固定钢板固定；

所述的刚度调节块位于刚度模拟器的中央，其两端带有燕尾槽，与前固定板和后固定板上的燕尾槽配合，其中间带有通孔，导向销从中穿过。

Images