CN103698116B - 弹簧加载式直线机电作动器性能测试实验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高低温环境下弹簧加载式直线机电作动器性能测试实验台。采用四根拉杆3、安装架a2和安装架b10组成的内力结构，使整个实验台构成一个内力系统，结构更加紧凑，可靠性更高。可通过灵活调整加载板6的位置实现不同规格直线机电作动器的安装。采用弹簧加载方式，通过旋转拉杆3调节加载板6两侧的弹簧5的压缩量对被测直线机电作动器16施加不同大小的拉力或压力，从而模拟不同负载。该实验台结构简单，操作方便，能够适应高低温的工作环境，可以测量直线机电作动器在高低温环境下的作动行程、作动速度、作动加速度、工作状态以及耐高低温能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量高低温环境下两端球铰安装式直线机电作动器性能的机械装置，具体是一种弹簧加载式直线机电作动器性能测试实验台。
现有技术
目前，广泛应用的作动系统主要有机电、液压、气压和机械作动系统。直线机电作动器以其频响快、高可靠性、高精度、高效率、体积小、重量轻和维护方便等优点逐步取代其他三种作动系统而成为未来作动系统发展的主流，并广泛应用于航空航天、数控机床、工业控制等军民领域。直线机电作动器的作用是将旋转运动转化为直线运动，其主要由控制系统、电机、减速机和运动转换机构（滚珠丝杠或滚柱丝杠）组成。直线机电作动器的性能直接影响其直线作动精度、响应速度以及效率等，当工作在高温环境下时，其作动性能会受到严重的影响。所以，为确保直线作动器在高温环境下可以正常工作，有必要对其高温作动性能进行测量。
现有技术中，国内对直线机电作动器的性能测试中，主要集中在对单独部件的测量，如文献“预紧力对滚珠丝杠副摩擦力矩波动的影响分析及实验”对滚珠丝杠副的摩擦力矩进行了测试。直线机电作动器是由多个部件组成的系统，对单个部件的测量不能反映作动器整体的性能。国内对直线机电作动器整体性能的测试实验台较少，且采用液压加载，结构复杂，维护困难。国外已有直线机电作动器性能测试实验台，如文献“ExperimentalandAnalyticalDevelopmentofHealthManagementforElectro-MechanicalActuators”采用机电作动器作为加载装置，对被测直线机电作动器的尺寸要求相对固定，当测量不同规格的直线机电作动器时，调整比较困难。尤其在高低温环境时，对加载机电作动器的控制和性能要求较高，国内产品很难满足要求，成本较高，且导致高低温缸内布线的复杂性。
发明内容
为了克服现有直线机电作动器性能测试实验台采用液压加载时结构复杂、维护困难和易污染，对不同规格的直线机电作动器适应性差，加载装置难以满足高温环境的要求，增加高温缸内布线的复杂性，本发明提出了一种弹簧加载式直线机电作动器性能测试实验台，用于测量高温环境下两端球铰安装式直线机电作动器性能。
本发明的技术方案是：一种弹簧加载式直线机电作动器性能测试实验台，主要包括：基础平台1、安装架a2、拉杆3、螺母组件4、弹簧5、加载板6、直线轴承7、导向杆8、导向杆固定组件9、安装架b10、止转板11、力传感器12、后端连接块13、销a14、位移传感器安装组件15、被测直线机电作动器16、位移传感器组件17、连接杆18、销b19和前端连接块20；
基础平台1用来安装和支撑整个实验台零部件，其上加工有T型槽，用来固定安装架a2、导向杆固定组件9和安装架b10；
安装架a2和安装架b10通过螺栓固定在基础平台1的两端；拉杆3上加工有外螺纹且两端均加工成方形型面，多根拉杆3对称分布在安装架a2和安装架b10之间的两侧，依次穿过安装架a2、加载板6和安装架b10上的通孔且与通孔存在间隙，每根拉杆两端分别用两个六角螺母锁紧，构成整个实验台的内力系统；两个止转板11分别通过内六角螺栓对称安装在安装架a2和安装架b10之间的两侧；螺母组件4由特殊六角螺母21、深沟球轴承22和挡板23组成，特殊六角螺母21的一个外平面上伸出一根轴，轴的端面加工有螺纹孔，深沟球轴承22通过过盈配合安装在特殊六角螺母21的轴上并与轴肩止靠，挡板23的凸台压在深沟球轴承22的内圈端面上，另一端则靠特殊六角螺母21的轴端面的螺栓压紧在特殊六角螺母21的伸出轴上；每根拉杆3两端的外螺纹上依靠特殊六角螺母21的内螺纹分别安装有两个螺母组件4，每个螺母组件4的深沟球轴承22外圈通过间隙配合分别安装在止转板11的止转槽内止转；两根弹簧5套在拉杆3上并对称分布于加载板6的两侧，其一端压在加载板6的端面上，另一端压在特殊六角螺母21的端面上。
导向杆固定组件9由底座24和上压板25组成，底座24依靠螺栓安装在基础平台1上，上压板25和底座24通过内六角螺栓固连，且保证底座24的半圆孔和上压板25的半圆孔对齐；两根导向杆8的两端分别压紧在四组底座24和上压板25组成的圆孔中；两个直线轴承7分别安装在两根导向杆8上，其外圈分别依靠过盈配合安装在加载板6上的两个通孔内，实现对加载板6的导向作用；所述加载板6上通孔、直线轴承7的内外圈以及导向杆均同轴。
后端连接块13固定在加载板6上；销a14端部小段外螺纹与后端连接块13凸台的内螺纹配合；
前端连接块20通过四个螺栓固连在安装架a2中间的凸台上；销b19端部小段外螺纹与前端连接块20凸台的内螺纹配合；
力传感器12一端的外螺纹与安装架a2的内螺纹配合，另一端的外螺纹与后端连接块13的内螺纹配合，力传感器12与后端连接块13和安装架a2之间分别加六角螺母防松。
被测直线机电作动器16尾部球铰通过间隙配合安装在销a14上并置于后端连接块13的两凸台之间；被测直线机电作动器16前端球铰通过间隙配合安装在销b19上并置于前端连接块20的两凸台之间；
位移传感器安装组件15由紧定螺钉29、安装箱30和盖板31组成，安装箱30套在被测直线机电作动器16的主体上，盖板31通过螺栓与安装箱30固连，三个紧定螺钉29的外螺纹分别与盖板31的内螺纹和安装箱30两侧的内螺纹配合。位移传感器安装组件15固定在被测直线机电作动器16的主体上。位移传感器组件17由位移传感器26、上压块27和下压块28组成。上压块27和下压块28固连，位移传感器26压紧在两组上压块27和下压块28组成的圆孔内；两组上压块27和下压块28依靠螺栓固连在安装箱30的侧面，调整位移传感器26的压紧位置来调整其有效测量行程；位移传感器26的测量端部穿过连接杆18小端的通孔，通过两个六角螺母锁紧在连接杆18的小端，连接杆18的大端固连在被测直线机电作动器16的前端，从而实现位移传感器26对被测直线机电作动器16位移的测量。
当未安装被测直线机电作动器16时，使用工具旋转拉杆3可以调节加载板6的位置，以适应不同尺寸的被测直线机电作动器16；当直线机电作动器16安装完成后，即整个实验台安装完毕，使用工具旋转拉杆3，加载板6的同一侧带有止转机构的螺母组件4会压缩弹簧5，弹簧5通过加载板6对被测直线机电作动器16施加力作用；当使用工具朝不同方向旋转拉杆3时，加载板6两侧的螺母组件4分别压缩对应侧的弹簧5，从而对被测直线机电作动器16施加拉力或压力作用。
本发明的有益效果是：上述直线机电作动器性能测试实验台可通过旋转拉杆3调节加载板6两侧的弹簧5的压缩量和工作状态来实现对被测直线机电作动器16施加不同大小的拉力或压力，从而模拟不同负载。通过调节加载板6的位置实现对不同规格的被测直线机电作动器16的安装。弹簧加载属于机械加载，结构简单，维护方便。该实验台不受温度的限制，更适合测量高低温环境下直线机电作动器的性能。该直线机电作动器性能测试实验台可以测量直线机电作动器在高低温环境下的作动行程、作动速度、作动加速度、工作状态以及耐高低温能力。
本发明所涉及的直线机电作动器性能测试实验台的主要优点是结构简单紧凑、能适应不同规格的直线机电作动器的安装测量，可操作空间大；采用弹簧加载结构简单、操作维护方便；加载系统对温度适应性强，高低温环境下工作时优势明显；安装架a2、安装架b10和四根拉杆3构成整个实验台的内力系统，可靠性高。
附图说明
图1是实施例中的弹簧加载式直线机电作动器性能测试实验台轴测图；
图2是实例中的螺母组件4轴测图；
图3是实例中的导向杆固定组件9轴测图；
图4是实施例中的位移传感器安装组件15轴测图；
图5是实施例中的位移传感器组件17轴测图；
图6是实施例中的基础平台1轴测图；
图7是实施例中的安装架a2轴测图；
图8是实施例中的拉杆3主视图；
图9是实施例中的加载板6轴测图；
图10是实施例中的安装架b10轴测图；
图11是实施例中的止转板11轴测图；
图12是实施例中的后端连接块13轴测图；
图13是实施例中的连接杆18主视图；
图14是实施例中的前端连接块20轴测图；
其中：1-基础平台；2-安装架a；3-拉杆；4-螺母组件；5-弹簧；6-加载板；7-直线轴承；8-导向杆；9-导向杆固定组件；10-安装架b；11-止转板；12-力传感器；13-后端连接块；14-销a；15-位移传感器安装组件；16-被测直线机电作动器；17-位移传感器组件；18-连接杆；19-销b；20-前端连接块；21-特殊六角螺母；22-深沟球轴承；23-挡板；24-底座；25-上压板；26-位移传感器；27-上压块；28-下压块；29-紧定螺钉；30-安装箱；31-盖板；
具体实施方式
本实施例中的弹簧加载式直线机电作动器性能测试实验台主要包括基础平台1、安装架a2、拉杆3、螺母组件4、弹簧5、加载板6、直线轴承7、导向杆8、导向杆固定组件9、安装架b10、止转板11、力传感器12、后端连接块13、销a14、位移传感器安装组件15、被测直线机电作动器16、位移传感器组件17、连接杆18、销b19和前端连接块20，如图1所示。基础平台1用来安装和支撑整个实验台零部件，其上加工有T型槽，用来固定安装架a2、导向杆固定组件9和安装架b10。安装架a2和安装架b10通过螺栓固定在基础平台1的两端。拉杆3上加工有外螺纹且两端均加工成方形型面，四根拉杆3依次穿过安装架a2、加载板6和安装架b10上的通孔且与通孔存在间隙，每根拉杆两端分别用两个六角螺母锁紧，构成整个实验台的内力系统。螺母组件4由特殊六角螺母21、深沟球轴承22和挡板23组成，如图2所示。特殊六角螺母21的一个外平面上伸出一根轴，轴的端面加工有螺纹孔，深沟球轴承22通过过盈配合安装在特殊六角螺母21的轴上并与轴肩止靠，挡板23的凸台压在深沟球轴承22的内圈端面上，另一端则靠特殊六角螺母21的轴端面的螺栓压紧在特殊六角螺母21的伸出轴上。两个螺母组件4中特殊六角螺母21的内螺纹与拉杆3的外螺纹配合且均匀分布在加载板6的两侧，深沟球轴承22外圈通过间隙配合分别安装在止转板11的止转槽内止转。两个止转板11分别通过内六角螺栓安装在安装架a2和安装架b10的两侧。两根弹簧5套在拉杆3上并对称分布于加载板6的两侧，其一端压在加载板的端面上，另一端压在特殊六角螺母21的端面上。导向杆固定组件9由底座24和上压板25组成，如图3所示。底座24依靠螺栓安装在基础平台1上，上压板25和底座24通过内六角螺栓固连，且保证底座24的半圆孔和上压板25的半圆孔对齐。两根导向杆8的两端分别压紧在四组底座24和上压板25组成的圆孔中，两根导向杆8应满足一定的平行度要求。两个直线轴承7分别安装在两根导向杆8上，其外圈分别依靠过盈配合安装在加载板6上靠近中间的两个通孔内，实现对加载板6的导向作用。所述加载板6上靠近中间的通孔、直线轴承7的内外圈以及导向杆均同轴。力传感器12一端的外螺纹与安装架a2的内螺纹配合，另一端的外螺纹与后端连接块13的内螺纹配合，力传感器12与后端连接块13和安装架a2之间分别加六角螺母防松。销a14端部小段外螺纹与后端连接块13凸台的内螺纹配合。被测直线机电作动器16尾部球铰通过间隙配合安装在销a14上并置于后端连接块13的两凸台之间。位移传感器安装组件15由紧定螺钉29、安装箱30和盖板31组成，如图4所示。安装箱30套在被测直线机电作动器16的主体上，盖板31通过螺栓与安装箱30固连，三个紧定螺钉29的外螺纹分别与盖板31的内螺纹和安装箱30两侧的内螺纹配合。位移传感器安装组件15通过三个紧定螺钉29固定在被测直线机电作动器16的主体上。位移传感器组件17由位移传感器26、上压块27和下压块28组成，如图5所示。上压块27和下压块28通过固连，位移传感器26压紧在两组上压块27和下压块28组成的圆孔内。两组上压块27和下压块28依靠螺栓固连在安装箱30的侧面，调整位移传感器26的压紧位置来调整其有效测量行程。连接杆18的大端固连在被测直线机电作动器16的前端，位移传感器26的测量端部穿过连接杆18小端的通孔，通过两个六角螺母锁紧在连接杆18的小端，实现对被测ENA16位移的测量。前端连接块20通过四个螺栓固连在加载板6中间的凸台上。销b19端部小段外螺纹与前端连接块20凸台的内螺纹配合。被测直线机电作动器16前端球铰通过间隙配合安装在销b19上并置于前端连接块20的两凸台之间。当未安装被测直线机电作动器16时，使用工具旋转拉杆3可以调节加载板6的位置，以适应不同尺寸的被测直线机电作动器16；当直线机电作动器16安装完成后，即整个实验台安装完毕，使用工具旋转拉杆3，加载板6的同一侧带有止转机构的螺母组件4会压缩弹簧5，弹簧5通过加载板6对被测直线机电作动器16施加力作用；当使用工具朝不同方向旋转拉杆3时，加载板6两侧的螺母组件4分别压缩对应侧的弹簧5，从而对被测直线机电作动器16施加拉力或压力作用。其中：
参阅图6，基础平台1上加工有两组T型槽，每组包括两条T型槽，用来固定安装架a2、导向杆固定组件9和安装架b10。基础平台1安装平面需要精加工，两组T型槽凸起有利于减小加工面积。每组的两个T型槽上平面存在凸台，在安装导向杆固定组件9时起定位作用。
参阅图7，安装架a2上加工有一系列不同规格的螺纹孔和通孔，用于连接实验台上的部分零部件以及安装架a2自身与实验平台1的固定。主要有拉杆3连接孔、止转板11连接孔、力传感器20连接孔和基础平台连接孔。内侧两条加强筋板用来增加安装架a2的强度和刚度。为减小精加工面积，配合表面如安装底面和前后端面均加工有方形凸台。
参阅图8，拉杆3保证整个实验台组成一个内力系统，使其结构更紧凑，提高实验台的可靠性，同时用来安装螺母组件4和弹簧5，加载时调节加载力的状态和大小。拉杆3两端为小段方形型面，用来在加载时转动拉杆3；靠近两端面为两个凸台，凸台面与安装架a2和安装架b10配合，两凸台面之间的距离决定了安装架a2和安装架b10之间的距离；拉杆3的所有圆柱型面均加工有外螺纹，两端外螺纹用来与安装架a2和安装架b10连接，中间外螺纹特殊六角螺母21内螺纹配合，同时调节螺母组件4的位置。
参阅图9，加载板6用来将弹簧5的力施加在被测直线机电作动器上，加载板6上加工有一系列不同规格的螺纹孔和通孔，用于安装直线轴承7和前端连接块12，靠近侧面的四个通孔需保证拉杆3能自由穿过。直线轴承安装孔和前后配合端面均需精加工。为减小精加工面积，前后端面加工有方形凸台。
参阅图10，安装架b10上加工有一系列不同规格通孔和螺纹孔，用于连接实验台上的部分零部件以及安装架b10自身与实验平台1的固定。主要有拉杆3连接孔、止转板11连接孔和基础平台连接孔。内侧两条加强筋板用来增加安装架b10的强度和刚度。为减小精加工面积，配合表面如安装底面和前后端面均加工有方形凸台。
参阅图11，止转板11两侧各有三个通孔，用来与安装架a2和安装架b10连接；止转板11上加工有四条止转槽，止转槽与深沟球轴承22间隙配合，保证转动拉杆3时，螺母组件4能够沿拉杆3轴线方向运动；止转板上贴有刻度条，可以指示螺母组件的调节量。
参阅图12，后端连接块13的一端加工有内螺纹，用来与力传感器12的外螺纹配合；两个凸台上分别有一通孔和螺纹孔，螺纹孔与销a14前端外螺纹配合，凸台间距需完全容纳被测直线机电作动器16的尾部球铰。
参阅图13，连接杆18用来连接被测直线机电作动器16的作动杆和位移传感器26测量端部；连接杆18的大为一通孔，小端为一字通孔；大端与被测直线机电作动器16的前端连接，小端与位移传感器26的测量端部连接。
参阅图14，前端连接块20的一端加工有螺纹孔，用来与加载板6连接；两个凸台上分别有一通孔和螺纹孔，螺纹孔与销b19前端外螺纹配合，凸台间距需完全容纳被测直线机电作动器16的前端球铰。
Claims (1)
1.一种弹簧加载式直线机电作动器性能测试实验台，主要包括：基础平台(1)、安装架a(2)、拉杆(3)、螺母组件(4)、弹簧(5)、加载板(6)、直线轴承(7)、导向杆(8)、导向杆固定组件(9)、安装架b(10)、止转板(11)、力传感器(12)、后端连接块(13)、销a(14)、位移传感器安装组件(15)、被测直线机电作动器(16)、位移传感器组件(17)、连接杆(18)、销b(19)和前端连接块(20)；
基础平台(1)用来安装和支撑整个实验台零部件，其上加工有T型槽，用来固定安装架a(2)、导向杆固定组件(9)和安装架b(10)；
安装架a(2)和安装架b(10)通过螺栓固定在基础平台(1)的两端；拉杆(3)上加工有外螺纹且两端均加工成方形型面，多根拉杆(3)对称分布装架a(2)和安装架b(10)之间，拉杆(3)依次穿过安装架a(2)、加载板(6)和安装架b(10)上的通孔且与通孔存在间隙，每根拉杆两端分别用两个六角螺母锁紧，构成整个实验台的内力系统；两个止转板(11)对称安装在安装架a(2)和安装架b(10)之间的两侧；螺母组件(4)由特殊六角螺母(21)、深沟球轴承(22)和挡板(23)组成，特殊六角螺母(21)的一个外平面上伸出一根轴，轴的端面加工有螺纹孔，深沟球轴承(22)通过过盈配合安装在特殊六角螺母(21)的轴上并与轴肩止靠，挡板(23)的凸台压在深沟球轴承(22)的内圈端面上，另一端则靠特殊六角螺母(21)的轴端面的螺栓压紧在特殊六角螺母(21)的伸出轴上；每根拉杆（3）两端的外螺纹上依靠特殊六角螺母(21)的内螺纹分别安装有两个螺母组件(4)，每个螺母组件(4)的深沟球轴承(22)外圈通过间隙配合分别安装在止转板(11)的止转槽内止转；两根弹簧(5)套在拉杆(3)上并对称分布于加载板(6)的两侧，其一端压在加载板(6)的端面上，另一端压在特殊六角螺母(21)的端面上；
导向杆固定组件(9)由底座(24)和上压板(25)组成，底座(24)依靠安装在基础平台(1)上，上压板(25)和底座(24)通过内六角螺栓固连，且保证底座(24)的半圆孔和上压板(25)的半圆孔对齐；两根导向杆(8)的两端分别压紧在四组底座(24)和上压板(25)组成的圆孔中；两个直线轴承(7)分别安装在两根导向杆(8)上，其外圈分别依靠过盈配合安装在加载板(6)上的两个通孔内，实现对加载板(6)的导向作用；所述加载板(6)上靠近中间的通孔、直线轴承(7)的内外圈以及导向杆均同轴；
后端连接块(13)固定在加载板(6)上；销a(14)端部小段外螺纹与后端连接块(13)凸台的内螺纹配合；
前端连接块(20)通过四个螺栓固连在安装架a(2)中间的凸台上；销b(19)端部小段外螺纹与前端连接块(20)凸台的内螺纹配合；
力传感器(12)一端的外螺纹与安装架a(2)的内螺纹配合，另一端的外螺纹与后端连接块(13)的内螺纹配合，力传感器(12)与后端连接块(13)和安装架a(2)之间分别加六角螺母防松；
被测直线机电作动器(16)尾部球铰通过间隙配合安装在销a(14)上并置于后端连接块(13)的两凸台之间；被测直线机电作动器(16)前端球铰通过间隙配合安装在销b(19)上并置于前端连接块(20)的两凸台之间；
位移传感器安装组件(15)由紧定螺钉(29)、安装箱(30)和盖板(31)组成，安装箱(30)套在被测直线机电作动器(16)的主体上，盖板(31)通过螺栓与安装箱(30)固连，三个紧定螺钉(29)的外螺纹分别与盖板(31)的内螺纹和安装箱(30)两侧的内螺纹配合；位移传感器安装组件(15)固定在被测直线机电作动器(16)的主体上；位移传感器组件(17)由位移传感器(26)、上压块(27)和下压块(28)组成；上压块(27)和下压块(28)固连，位移传感器(26)压紧在两组上压块(27)和下压块(28)组成的圆孔内；两组上压块(27)和下压块(28)依靠螺栓固连在安装箱(30)的侧面，调整位移传感器(26)的压紧位置来调整其有效测量行程；位移传感器(26)的测量端部穿过连接杆(18)小端的通孔，通过两个六角螺母锁紧在连接杆(18)的小端，连接杆(18)的大端固连在被测直线机电作动器(16)的前端，从而实现位移传感器(26)对被测直线机电作动器(16)位移的测量。
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