CN103674426B - 一种无级可调的转动惯量模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时无级可调的转动惯量模拟装置。该模拟装置主要由轮盘、调节部件、滑轮部件、滑块、配重块、端法兰及钢丝绳组成。通过对配重块质量、轮盘质量及轮盘半径的匹配设计，可以实现不同量级、不同区间的转动惯量模拟，并且转动惯量可以无级调节。本发明装置整体结构简单，通过对配重块质量、轮盘质量及轮盘半径的匹配设计，容易实现不同量级、不同区间的转动惯量模拟；转动惯量的调节依靠直流电机带动钢丝传动调节配重块的位置，通过对直流电机的自动控制，可以实现转动惯量实时全自动10无级调节；配重块的调节采用直流电机带动钢丝传动，钢丝绳在一定的预紧力下张紧后，传动可靠，且钢丝绳质量小，对整体的转动惯量影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及一种实时无级可调的转动惯量模拟装置，属于实验测试用机械装置。
现有技术
传统的惯量模拟装置主要是飞轮，利用其质量较大、惯性半径较大的特点实现对转动惯量的模拟。但传统的模拟方式，飞轮质量固定，则转动惯量值亦固定。随着现代科技的发展，对于各种机械装备的测试，越来越多的需要可调节的转动惯量模拟装置，有些甚至需要根据负载的特性对转动惯量进行实时调节。现有的可调节惯量模拟装置具有代表性的主要有两种。在专利《一种可调节转动惯量的车辆制动检验台飞轮》中公布的可调节转动惯量模拟装置，主要由轮缘和轮毂，以及安装在辐筒中的辐轴与辐块组成。通过步进电机驱动蜗轮蜗杆及辐轴行星轮带动辐块沿辐轴运动，以实现惯量的调节。其结构较为复杂，尺寸较大，仅适用于惯量值较大的模拟场合。在专利《伺服系统复杂负载工况模拟和性能测试装置》中公布的惯性加载装置由固定部分与滑动部分组成，通过调节滑动端支座在滑轨上滑动，进而调节惯量体的旋转半径，实现转动惯量的调节。其所需轴向安装空间与惯量模拟范围成正比，因此较大范围的惯量将导致该装置结构尺寸太大，不适用于安装空间受限制的场合。
发明内容
本发明的目的是为了满足机械装备测试对于惯量模拟装置提出的新要求，并且克服现有惯量模拟装置结构复杂、尺寸较大、安装空间较大等问题。本发明提供了一种转动惯量模拟范围大、安装空间小、可实现转动惯量实时自动无级调节的测试用惯量模拟装置。
本发明的技术方案是：一种可实现转动惯量实时无级自动调节的模拟装置，主要包括轮盘1，调节部件2，滑轮部件3，滑块4，配重块5，端法兰6及钢丝绳7。
所述轮盘1为整体铸造结构，其结构可分为轮毂，轮辐及轮缘三部分。其中，轮辐及轮缘均为薄壁结构，轮毂部分两端加工出螺纹孔，一边安装调节部件2，一边安装端法兰6。惯量模拟装置通过端法兰6实现与测试系统的连接。
所述调节部件2主要包括钢丝卷轮8、行星减速器10、直流电机11；直流电机11驱动行星减速器10，钢丝卷轮8通过平键联接直接安装于行星减速器10输出轴上，行星减速器10的输出轴端有端盖9。调节部件2整体通过螺钉安装于轮盘1上。
所述滑轮部件3由滑轮圈12、滚动轴承13、轴承内套14组成，4个滑轮部件3通过螺栓螺母周向均布安装于轮盘1轮缘的耳片位置；
所述配重块5共有8个，均为四分之一圆环形状，且在其中部有用于螺栓连接的通孔。配重块5每两个为一对，用螺栓将其与滑块4连接。通过滑块4定位安装于轮盘1轮辐的滑槽内。钢丝绳7绕过钢丝卷轮8及滑轮圈12，并与配重块5固连，形成钢丝传动。当直流电机11通过行星减速器10带动钢丝卷轮8转动时，滑块4及配重块5沿轮盘1轮辐的滑槽上下运动，由此实现转动惯量的无级调节。
本发明的有益效果是：为测试实验用惯量模拟装置提供了一种新的方案，即转动惯量通过控制系统由直流电机自动调节，并且可以模拟随时间变化的负载特性，其具有较高的自动化水平，更加满足机械装备测试中对惯量或负载模拟的要求，可以有效的提高测试与实验的自动化水平。
附图说明
图1是本发明提出的转动惯量模拟装置示意图；
图2是调节部件示意图；
图3是滑轮部件示意图；
图4是滑块结构示意图；
图5是轮盘结构示意图；
图6是钢丝卷轮结构示意图。
其中：1-轮盘；2-调节部件；3-滑轮部件；4-滑块；5-配重块；6-端法兰；7-钢丝绳；8-钢丝卷轮；9-端盖；10-行星减速器；11-直流电机；12-滑轮圈；13-滚动轴承；14-轴承内套。
具体实施方式
图1—图3为本发明的具体实施方式。
本实施例中的惯量模拟装置，主要包括轮盘1、调节部件2、滑轮部件3、滑块4、配重块5、端法兰6、钢丝绳7。
所述轮盘1通过铸造加工方式整体成形，其结构可分为三部分，即轮毂、轮辐、轮缘。其中轮辐与轮缘为薄壁结构，目的在于减轻轮盘的质量，以减小轮盘1对于转动惯量模拟最小值的影响。当需模拟的转动惯量的最小值较大时，可增加轮盘1的质量，以减轻配重块5的质量。因此，轮盘1的质量及半径和配重块5的质量共同决定所模拟转动惯量的范围，设计时需协调三者之间的关系。轮盘1轮毂部分中间为阶梯孔，轮毂两端加工螺纹孔，用以安装端盖9及端法兰6。轮辐中间为滑槽，其加工精度要求较高，为滑块4提供固定及导向作用。轮辐两侧根部与轮毂连接的位置加工出通孔，使得钢丝绳7可以从中穿过。与轮辐对正的轮缘处为耳片，耳片上开有通孔，用以固定滑轮部件3。
配重块5共8个，均为四分之一圆环状，其结构尺寸由所需的惯量模拟值决定。在其端面水平方向加工两个通孔。所述滑块4结构如图4所示，其上加工两个通孔。滑块4安装于轮盘1轮辐的滑槽内，配重块5通过螺栓与滑块4连接。
所述滑轮部件3由滑轮圈12、滚动轴承13及轴承内套14组成，图3为其示意图。滑轮圈12内孔与滚动轴承13外圈采用过盈配合，轴承内套14与滚动轴承13内圈采用间隙配合，以保证滑轮圈12及滚动轴承13可以沿轴承内套14轴向滑动。轴承内套14轴向长度与轮盘1轮缘两耳片的间距相等。滑轮部件3通过饺制孔螺栓安装于轮盘1轮缘耳片处。
所述调节部件2由钢丝卷轮8，端盖9，行星减速器10，直流电机11组成。其中，行星减速器10与直流电机11通过螺钉连接。行星减速器10通过沉头螺钉安装于端盖9上。钢丝卷轮8结构如图6所示，其内孔加工出键槽，用以与行星减速器10的输出轴连接。外圆加工四个截面为半圆形的凹槽，钢丝绳7从凹槽绕过。钢丝卷轮8的外圆直径由钢丝绳7的直径决定，设计时应满足其最小要求。为了使装置结构简单，钢丝卷轮8通过平键联接，直接安装于行星减速器10的输出轴上。轮盘1与调节部件2通过螺钉连接。
所述钢丝绳7在钢丝卷轮8上缠绕后从轮盘1的通孔中穿出，与配重块5连接，并绕过滑轮圈12，在一定预紧力下张紧后，形成钢丝传动。
所述端法兰6通过螺纹连接于轮盘1的轮毂凸缘处，并与轮毂的阶梯孔配合，最终实现轮盘结构的轴向与周向定位。端法兰6另一端为加工有键槽的孔，实现与测试设备的装配连接。
工作时，模拟装置作为一个整体进行运动。此时，配重块5等作圆周运动，因此钢丝绳7上承受拉力，并有拖动直流电机11转动的趋势，因此，直流电机11需选配电磁制动器，且电磁制动器要有足够大的制动力矩，确保惯量模拟装置工作时，配重块5不会因为自身的离心力而发生位置变化，改变装置的转动惯量。当所模拟的惯量值需要调节时，通过控制程序驱动直流电机11输出轴转动，通过行星减速器10带动钢丝卷轮8转动，通过钢丝传动，滑块4及配重块5沿轮盘1轮辐的滑槽上下运动。由此实现转动惯量的自动调节。在机械装备的动态测试中，有时需要转动惯量的实时调节，此时要求直流电机11有足够的功率，可以克服配重块5的离心力，即可实现在配重块5转动的时候，调节其位置，实现转动惯量的实时自动调节。
Claims (1)
1.一种可实现转动惯量实时无级自动调节的模拟装置，主要包括轮盘(1)，调节部件(2)，滑轮部件(3)，滑块(4)，配重块(5)，端法兰(6)及钢丝绳(7)；
所述轮盘(1)为整体铸造结构，其结构可分为轮毂，轮辐及轮缘三部分；其中，轮辐及轮缘均为薄壁结构，轮毂部分两端加工出螺纹孔，一边安装调节部件(2)，一边安装端法兰(6)；惯量模拟装置通过端法兰(6)实现与测试系统的连接；
所述调节部件(2)主要包括钢丝卷轮(8)、行星减速器(10)、直流电机(11)；直流电机(11)驱动行星减速器(10)，钢丝卷轮(8)通过平键联接直接安装于行星减速器(10)输出轴上，行星减速器(10)的输出轴端有端盖(9)；调节部件(2)整体通过螺纹联接安装于轮盘(1)上；
所述滑轮部件(3)由滑轮圈(12)、滚动轴承(13)、轴承内套(14)组成，4个滑轮部件(3)通过螺栓螺母周向均布安装于轮盘(1)轮缘的耳片位置；
所述配重块(5)共有8个，均为四分之一圆环形状，且在其中部有用于螺栓连接的通孔；配重块(5)每两个为一对，用螺栓将其与滑块(4)连接；通过滑块(4)定位安装于轮盘(1)轮辐的滑槽内；钢丝绳(7)绕过钢丝卷轮(8)及滑轮圈(12)，并与配重块(5)固连，形成钢丝传动；当直流电机(11)通过行星减速器(10)带动钢丝卷轮(8)转动时，滑块(4)及配重块(5)沿轮盘(1)轮辐的滑槽上下运动，由此实现转动惯量的无级调节。
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