CN104515684B - 直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发动机试验领域，是原位校准系统的机械分系统，涉及一种直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置。本发明包括直流力矩电机、高精度滚珠丝杠副、高精度编码器、直线位移传感器、传力架、标准力传感器、工作力传感器、传力球头、传力球窝、推力架、承力架、电机座、底座、圆锥滚子轴承、直线轴承、电磁离合器、双蜗轮蜗杆减速器、手轮、电限位开关、限位压板等部件组成。该装置与原位校准系统的控制分系统、软件分系统共同组成的原位校准系统，使用电动伺服自动控制机械装置加载的方法，使得原位校准加载力值精度高，稳定性高，有过载保护，安全性好，校准过程自动化并兼顾手动加载方式，更适用于小吨位力值。
Description
技术领域
本发明属于发动机试验领域，是原位校准系统的机械分系统，涉及一种直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置。
背景技术
在发动机推力试验测试之前，对工作力传感器进行标定和校核是一项不可缺少的工作，它直接影响着测试工作过程的可靠性及测试数据的准确性。目前，对工作力传感器进行在线模拟实际工况的静态标定和校核，即原位校准方法，已被发动机的研制部门和生产单位采用，大大提高了数据的可靠性。原位校准加载在结构上是通过精确控制位移量实现的。目前已有用电液伺服控制液压缸加载的原位校准方法，液压缸加载的方法可以实现大吨位，但液压系统有压力波动会造成力值精度和稳定性稍差，油源噪音大，容易漏油，会造成环境的油液和噪音污染，且有火灾隐患的弊端。
发明内容
本发明的目的是，提供一种直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置，用于发动机试验台推力试验中工作力传感器的原位校准。该装置与原位校准系统的控制分系统、软件分系统共同组成的原位校准系统，使用电动伺服自动控制机械装置加载的方法，使得原位校准加载力值精度高，稳定性高，有过载保护，安全性好，校准过程自动化并兼顾手动加载方式，更适用于小吨位力值，虽然不及液压加载方法力值大，但是克服了液压缸加载方法中的液压系统压力波动造成加载力值精度及稳定性稍差，油源噪音大、容易漏油造成环境油液噪音污染的弊端，很好地完成工作力传感器的在线标定和校核即原位校准，减少发动机推力试验中的测量误差，提高测试数据的准确性。
本发明的技术解决方案是，滚珠丝杠由一对圆锥滚子轴承支撑承力，轴承座固定在电机座上；直流力矩电机的转子通过涨紧套与滚珠丝杠联接，直流力矩电机的定子通过螺钉固定在电机座上；编码器的动件内环通过编码器上的锁紧螺钉与滚珠丝杠锁紧，编码器的不动件外环通过螺钉固定在直流力矩电机定子的端盖法兰上；电机罩固定在电机座上；两个电限位开关通过安装板固定在电机罩上，限位压板在滚珠丝杠上抱紧安装；滚珠丝杠副由滚珠丝杠和丝母组成，通过滚珠丝杠副将直流力矩电机的旋转运动转换为丝母的直线运动；丝母通过螺钉与丝母座联接，丝母座通过螺钉与传力架后梁联接；传力架包括传力架后梁、导向杆和传力架前梁，传力架后梁通过导向杆与传力架前梁固定连接，传力架通过直线轴承支撑和导向，直线轴承固定在承力架上，标准力传感器的传力球头固定在传力架前梁的内侧；电机座和承力架固定在底座上；工作力传感器的后端通过工装固定在承力架上，工作力传感器的前端固定传力球头；推力架包括推力架后板、连接杆和推力架前板；标准力传感器的后端通过工装固定在推力架后板的内侧，固定在标准力传感器前端的传力球窝与传力架前梁内侧的传力球头的形状相对应，推力架后板的外侧固定传力球窝与工作力传感器前端的传力球头通过压板串联连接；推力架固定在动架上，动架固定在板簧上；推力架后板通过连接杆与推力架前板固定连接，发动机的推力作用在推力架的前板上，通过推力传递链路传递到工作力传感器上；直流力矩电机输出的原位校准加载力作用在滚珠丝杠和丝母上，通过加载力的传递链路传递到标准力传感器和工作力传感器上。
原位校准加载力通过固定在减速器输入轴上的手轮加载，以替代直流力矩电机输出的加载；减速器的输出轴通过一对单列圆柱滚子轴承在滚珠丝杠上支撑，减速器的壳体通过减速器支固定在电机座上；电磁离合器的一端通过键与滚珠丝杠联接，另一端通过螺钉与减速器的输出轴联接。
所述的滚珠丝杠副，由滚珠丝杠和丝母组成，高精度、带预紧、有足够的承载能力。
所述的编码器,是增量式光电编码器，有足够的分辨率。
所述的推力架后板外侧的固定传力球窝与工作力传感器前端的传力球头通过压板消除间隙串联连接。
所述的固定在标准力传感器前端的传力球窝与传力架前梁内侧的传力球头的形状相对应，适应贴合、加载、和脱开。
所述的发动机推力传递链路和原位校准加载力传递链路，其中所有结构件具有足够的刚度，各联接处消隙联接。
所述的两个电限位开关通过安装板固定在电机罩上，限位压板在滚珠丝杠上抱紧安装，安装时配合调整，使得压板运动到限位开关位置时，能将电限位开关压下触发，安全限位，过载保护。
所述的减速器是双蜗轮蜗杆减速器，大减速比1：1200，能自锁。
本发明的有益效果是
本发明提供了一种直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置；该装置与原位校准系统的控制分系统、软件分系统共同组成的原位校准系统，使用电动伺服自动控制机械装置加载的方法，使原位校准过程可以实现自动化、半自动化及手动；使加载力值精度高，可以达到0.05％FS；使加载力值稳定性高，可以达到0.01％FS；稳定时间可以达到任意长；本发明结构新颖、紧凑、巧妙，布局合理、大方，外观整齐、干净；本发明具有电限位，能实现过载保护，安全性好；本发明具有与试验台脱开距离的测量及确认，安全可靠；本发明更适用于小吨位力值，占地面积不会太大；本发明采用了机械加载的结构方式，便于清洁维护；避免了液压缸加载的结构方式中液压系统会有压力波动，使加载力值精度和稳定性稍差；液压系统容易漏油，油源噪音大，造成环境油液及噪音污染，不便于系统清洁维护，且有火灾隐患的弊端；本发明用于发动机试验台推力试验，很好地完成了工作力传感器的原位校准，减小了试验数据的测量误差，提高了测试数据的准确度。本发明也可用于力传感器的离线标定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的结构外形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图所示，本发明结构组成主要有，底座1、电机座2、减速器支架3、双蜗轮蜗杆减速器4、单列圆柱滚子轴承5、电磁离合器6、编码器7、涨紧套8、直流力矩电机9、圆锥滚子轴承10、轴承座11、位移传感器安装座12、直线位移传感器13、滚珠丝杠14、丝母15、丝母座16、后梁17、承力架18、工作力传感器19、工作力传感器传力球头20、工作力传感器传力球窝21、推力架后板22、标准力传感器23、标准力传感器传力球窝24、标准力传感器传力球头25、传力架前梁26、推力架连接杆27、推力架前板28、动架29、板簧30、手轮31、直线轴承32、导向杆33、电限位开关34、限位压板35、电机罩36。
如图所示，本发明采用的机械结构为，滚珠丝杠14由一对圆锥滚子轴承10支撑承力，轴承座11固定在电机座2上；直流力矩电机9的转子通过涨紧套8与滚珠丝杠14联接，直流力矩电机9的定子通过螺钉固定在电机座2上；编码器7的动件内环通过编码器上的锁紧螺钉与滚珠丝杠14锁紧，编码器7的不动件外环通过螺钉固定在直流力矩电机9定子的端盖法兰上；电机罩36固定在电机座2上；两个电限位开关34通过安装板固定在电机罩36上，限位压板35在滚珠丝杠14上抱紧安装；减速器4的输出轴通过一对单列圆柱滚子轴承5在滚珠丝杠14上支撑承力，减速器4的壳体通过减速器支架3固定在电机座2上；电磁离合器6的一端通过键与滚珠丝杠14联接，另一端通过螺钉与减速器4的输出轴联接；给电磁离合器6通电，能使减速器4与滚珠丝杠14脱开，进入自动模式；给电磁离合器6断电，能使减速器4与滚珠丝杠14结合，进入手动模式；滚珠丝杠副由滚珠丝杠14和丝母15组成，通过滚珠丝杠副将直流力矩电机9的旋转运动转换为丝母15的直线运动；丝母15通过螺钉与丝母座16联接，丝母座16通过螺钉与传力架后梁17联接；传力架由传力架后梁17、导向杆33和传力架前梁26组成，传力架后梁17通过导向杆33与传力架前梁26固定连接；传力架通过直线轴承32支撑和导向，直线轴承32固定在承力架18上；标准力传感器23的传力球头25固定在传力架前梁26的内侧；电机座2和承力架18固定在底座1上；工作力传感器19后端通过工装固定在承力架18上，前端固定传力球头20；推力架主要由推力架后板20、连接杆27和推力架前板28组成；推力架后板20通过连接杆27与推力架前板28固定联接；标准力传感器23后端通过工装固定在推力架后板22的内侧，标准力传感器23前端固定的传力球窝24与传力架前梁26内侧传力球头25的形状相对应，适应贴合、加载、脱开；推力架后板22的外侧固定传力球窝21，与工作力传感器19的传力球头20通过压板消除间隙串联连接；推力架固定在动架29上，动架29固定在板簧30上；推力试验时，固体发动机的推力作用在推力架的前板28上，通过推力的传递链路传递到工作力传感器19上。原位校准时，直流力矩电机9或手轮31输出的原位校准加载力作用在滚珠丝杠副14和丝母15上，通过加载力的传递链路传递到标准力传感器23和工作力传感器19上。
本发明的工作过程是，通过给电磁离合器6通电，将减速器4与滚珠丝杠14脱开，进入自动加载模式。自动加载模式时，该装置与原位校准系统的控制分系统、软件分系统共同组成的原位校准系统，使用电动伺服自动控制机械装置加载的方法，控制直流力矩电机9驱动高精度滚珠丝杠14旋转，通过滚珠丝杠副将直流力矩电机9的旋转运动转换为丝母15的直线运动，丝母15带动传力架17、33、26运动，用高精度、高分辨率的编码器7进行角位置反馈，精确控制滚珠丝杠14的角位移量，通过滚珠丝杠副的运动转换以及根据导程计算的角位移与直线位移的换算关系，精确控制丝母的直线位移量，从而精确控制加载力值；用直线位移传感器13测量安装在传力架前梁26内侧的传力球头25与安装在标准传感器23前面的传力球窝24脱开的距离，从而确认原位校准加载装置与工作传感器19的联接或脱开状态，知晓测试系统是在原位校准的状态，还是在发动机试验状态，从而很好地自动完成工作传感器19的原位校准和发动机推力试验。
通过给电磁离合器6断电，将减速器4与滚珠丝杠14结合，进入手动加载模式。手动加载模式时，用手轮31替代直流力矩电机9的输出，经大减速比、带自锁的蜗轮蜗杆减速器4驱动滚珠丝杠副14、15带动传力架17、33、26运动，通过原位校准加载力的传递链路，手动完成工作传感器19的原位校准。
原位校准加载力及固体发动机推力传递链路中的结构件在设计时要进行有限元分析，优化设计使其具有足够的刚度；定制或选用外购件时，如直流力矩电机、滚珠丝杠副、编码器、直线位移传感器等，参数要适合加载最大力值及精度的要求；装配安装时，各联接环节要消除间隙，可靠锁紧联接。
该装置兼顾了手动的加载方式，能手动加载完成原位校准；更主要是为了方便原位校准自动加载控制系统的调试，有助于方便、快捷、有效地帮助判断解决原位校准系统联调过程中出现的问题，使原位校准系统尽早调试好进入工作状态。
Claims (9)
1.一种直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置，其特征是，滚珠丝杠(14)由一对圆锥滚子轴承(10)支撑，轴承座(11)固定在电机座(2)上；直流力矩电机(9)的转子通过涨紧套(8)与滚珠丝杠(14)联接，直流力矩电机(9)的定子通过螺钉固定在电机座(2)上；编码器(7)的动件内环通过编码器上的锁紧螺钉与滚珠丝杠(14)锁紧，编码器(7)的不动件外环通过螺钉固定在直流力矩电机(9)定子的端盖法兰上；电机罩(36)固定在电机座(2)上；两个电限位开关(34)通过安装板固定在电机罩(36)上，限位压板(35)在滚珠丝杠(14)上抱紧安装；滚珠丝杠副由滚珠丝杠(14)和丝母(15)组成，丝母(15)通过螺钉与丝母座(16)联接，丝母座(16)通过螺钉与传力架后梁(17)联接；传力架包括传力架后梁(17)、导向杆(33)和传力架前梁(26)，传力架后梁(17)通过导向杆(33)与传力架前梁(26)固定连接，传力架通过直线轴承(32)支撑和导向，直线轴承(32)固定在承力架(18)上；标准力传感器(23)的传力球头(25)固定在传力架前梁(26)的内侧；电机座(2)和承力架(18)固定在底座(1)上；工作力传感器(19)的后端通过工装固定在承力架(18)上，工作力传感器(19)的前端固定传力球头(20)；推力架包括推力架后板(22)、连接杆(27)和推力架前板(28)；标准力传感器(23)的后端通过工装固定在推力架后板(22)的内侧，固定在标准力传感器(23)前端的传力球窝(24)与传力架前梁(26)内侧的传力球头(25)的形状相对应；推力架后板(22)的外侧固定传力球窝(21)，与工作力传感器(19)前端的传力球头(20)通过压板串联连接；推力架固定在动架(29)上，动架(29)固定在板簧(30)上；推力架后板(22)通过连接杆(27)与推力架前板(28)固定连接，发动机的推力作用在推力架的前板(28)上，通过推力传递链路传递到工作力传感器(19)上；直流力矩电机(9)输出的原位校准加载力作用在滚珠丝杠(14)和丝母(15)上，通过加载力的传递链路传递到标准力传感器(23)和工作力传感器(19)上。
2.根据权利要求1所述的直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置，其特征是，原位校准加载力通过固定在减速器(4)输入轴上的手轮(31)加载，以替代直流力矩电机(9)输出的加载；减速器(4)的输出轴通过一对单列圆柱滚子轴承(5)在滚珠丝杠(14)上支撑，减速器(4)的壳体通过减速器支架(3)固定在电机座(2)上；电磁离合器(6)的一端通过键与滚珠丝杠(14)联接，另一端通过螺钉与减速器(4)的输出轴联接。
3.根据权利要求1所述的直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置，其特征是，所述的滚珠丝杠副，由滚珠丝杠(14)和丝母(15)组成，高精度、带预紧、有足够的承载能力。
4.根据权利要求1所述的直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置，其特征是，所述的编码器(7),是增量式光电编码器，有足够的分辨率。
5.根据权利要求1所述的直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置，其特征是，所述的推力架后板(22)外侧固定的传力球窝(21)，与工作力传感器(19)前端的传力球头(20)通过压板消除间隙串联连接。
6.根据权利要求1所述的直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置，其特征是，所述的固定在标准力传感器(23)前端的传力球窝(24)与传力架前梁(26)内侧的传力球头(25)的形状相对应，适应贴合、加载和脱开。
7.根据权利要求1所述的直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置，其特征是，所述的发动机推力传递链路和原位校准加载力传递链路，其中所有结构件具有足够的刚度，各联接处消隙联接。
8.根据权利要求1所述的直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置，其特征是，所述的两个电限位开关(34)通过安装板固定在电机罩(36)上，限位压板(35)在滚珠丝杠(14)上抱紧安装，安装时配合调整，使得限位压板(35)运动到电限位开关(34)位置时，能将电限位开关(34)压下触发，安全限位，过载保护。
9.根据权利要求2所述的直流力矩电机驱动滚珠丝杠副加载的原位校准装置，其特征是，减速器(4)是双蜗轮蜗杆减速器，大减速比1：1200，能自锁。
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