CN104713787B - 双向双动集成加载器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双向双动集成加载器。该加载器包括加载端，滑动套筒，固定套筒,电动缸，加载芯轴和两个蝶型弹簧组Ⅰ、Ⅱ；其中：固定套筒通过螺栓将右法兰与电动缸的端部法兰固定连接，加载芯轴与电动缸的输出端通过螺纹固定连接；加载端通过螺栓固定连接在滑动套筒的左端；滑动套筒的右端设置有挡肩Ⅰ；加载芯轴的中间部位设置有挡肩Ⅱ，蝶型弹簧组活动套装在加载芯轴上且分别位于挡肩Ⅱ的左右两侧。采用上述结构后，该加载器通过控制电动缸输出端位移的方式进行加载，其不仅可以对受力位置进行双向加载,施加载荷的形式为动载荷或静载荷，另外，在加载过程中，所施加的载荷稳定性好，载荷精度高。

Description

双向双动集成加载器

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体涉及一种双向双动集成加载器。

背景技术

随着机械装备制造技术的不断发展，机械装备中关键零部件的可靠性试验也越来越普遍，尤其是航空飞行器、水利机械、工程机械和军工机械等，关键零部件的可靠程度往往直接影响整个机械的工作性能。在进行关键零部件的可靠性试验过程，对试验件施加高准确度，控制稳定的试验载荷具有非常重要的意义。同时，随着关键零部件性能试验机的不断发展，集成化程度的不断提高以及关键零部件试验环境的特殊性，往往要求试验载荷的加载装置具有较好的抗环境干扰能力、较高的集成性并且易于安装。

在常用的加载方式中，机械与电气结合的加载方式是试验机中经常采用的加载方式，这种加载方式最有代表性的机械产品是电动缸。与其他加载方式的比较中具有非常明显的特点，相比于液、气压加载和负重加载方式，电动缸在进行双向加载（即拉压式加载）中，具有施加载荷范围大等特点。但是直接用电动缸进行加载也存在许多不足之处，电动缸在施加载荷的过程中，往往采用控制伺服电机输出扭矩的形式来控制电动缸的输出载荷，但在工程实践中，这种加载方式，往往只能对受力位置进行静载荷形式的加载，而不能对受力位置进行动载荷（即变化的载荷）形式的加载；另外，在加载过程中，存在所施加的载荷不稳定，载荷精度不高等现象。

发明内容

为了克服现有技术存在的不能对受力位置进行动载荷形式的加载及所施加的载荷不稳定、载荷精度不高等不足，本发明提供一种双向双动集成加载器。该加载器通过控制电动缸输出端位移的方式进行加载，其不仅可以对受力位置进行双向加载（即拉压式加载）,还可以施加动载荷或静载荷形式的载荷，另外，在加载过程中，所施加的载荷稳定性好，载荷精度高。

本发明解决问题所采用的技术方案是：一种双向双动集成加载器，所述加载器包括电动缸、直线轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、蝶型弹簧组Ⅰ、Ⅱ和固定套筒，所述加载器的固定套筒的左右两端设置有左右法兰Ⅰ、Ⅱ，固定套筒通过螺栓将右法兰Ⅱ与电动缸的端部法兰固定连接，电动缸上固定设置有挡环，导向杆Ⅰ通过直线轴承Ⅰ、Ⅱ支撑在左右法兰Ⅰ、Ⅱ上，且直线轴承Ⅱ同时穿过设置在电动缸的端部法兰上的一个通孔，导向杆Ⅰ的左端与导向盘固定连接，导向杆Ⅰ末端安装有行程调节滑块Ⅰ；导向杆Ⅱ通过直线轴承Ⅲ、Ⅳ支撑在左右法兰Ⅰ、Ⅱ上，且直线轴承Ⅲ同时穿过设置在电动缸的端部法兰上的另一个通孔，导向杆Ⅱ的左端与导向盘固定连接，导向杆Ⅱ末端安装有行程调节滑块Ⅱ。加载端上设置有外螺纹，加载端和导向盘通过螺栓固定连接在滑动套筒的左端，且加载端、导向盘及滑动套筒同轴；滑动套筒安装在固定套筒内部，且滑动套筒和固定套筒之间安装有铜套Ⅰ、Ⅱ；铜套Ⅰ与铜套Ⅱ有轴向间隙；加载芯轴与电动缸的输出端通过螺纹固定连接，且加载芯轴位于滑动套筒的中心部，加载芯轴的中间部位设置有挡肩Ⅱ，蝶型弹簧组Ⅰ、Ⅱ活动套装在加载芯轴上且分别位于挡肩Ⅱ的左右两侧，其中，蝶型弹簧组Ⅰ与加载芯轴之间固定安装有导向套，导向套与导向盘以类似矩形花键联接的形式连接，导向套的右端顶住挡肩Ⅱ，左端通过螺母压紧，且加载芯轴的左端部及螺母均位于加载端的凹槽内。

所述导向杆Ⅰ与导向杆Ⅱ沿中心线B对称布置，且导向杆Ⅰ与导向杆Ⅱ保持平行。所述行程调节滑块Ⅱ和行程调节滑块Ⅰ也沿中心线B对称布置；

所述滑动套筒的右端设置有挡肩Ⅰ，所述挡肩Ⅰ的内孔直径小于蝶型弹簧组Ⅱ的外径；

所述的蝶型弹簧组Ⅰ与蝶型弹簧组Ⅱ的尺寸、形状和刚度均相同。

本发明的有益技术效果是：由于固定套筒通过螺栓将右法兰与电动缸的端部法兰固定连接，同时，加载芯轴与电动缸的输出端通过螺纹固定连接，这就使得该加载器中的电动缸容易安装与拆卸，方便了该加载器中电动缸的更换，进而提高了该加载器与其动力零件（即电动缸）的集成性。

在该加载器中，通过控制电动缸输出端位移的方式来控制加载芯轴的左右位移，实现分别对两个蝶型弹簧组的压缩，进而实现电动缸输出端对加载端间接施加拉力或压力，即完成双向加载动作。另外，通过控制电动缸输出端位移的大小及输出端移动的速度，便可完成对受力位置进行动载荷或静载荷两种形式的加载。同时，由于弹簧本身的特性，在加载过程中，载荷的大小仅受制于弹簧的压缩量和弹簧本身的刚度，这就使得电动缸输出端对加载端间接施加的载荷比较稳定、准确，进而提高电动缸的加载精度。另外，本加载器结构紧凑；加载端上设置有外螺纹，方便本加载器与所需加载的零部件进行连接。

附图说明

图1是双向双动集成加载器的结构示意图；

图2 是A-A面的剖视图。

在图1、图2中，1.加载端，2.导向盘，3.滑动套筒，41.导向杆Ⅰ，42.导向杆Ⅱ，51.直线轴承Ⅰ，52.直线轴承Ⅱ，53.直线轴承Ⅲ，54.直线轴承Ⅳ，61.铜套Ⅰ，62.铜套Ⅱ，7.固定套筒，8.电动缸，91.行程调节滑块Ⅰ，92.行程调节滑块Ⅱ，101.蝶型弹簧组Ⅰ，102.蝶型弹簧组Ⅱ，11.加载芯轴，12.导向套，13.左法兰Ⅰ，14.右法兰Ⅱ，15.挡肩Ⅰ，16.挡肩Ⅱ，17.螺母，18.挡环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明双向双动集成加载器的结构示意图。为叙述方便，下文中所称的“左”、“右”、“水平”与附图本身的左右，水平方向一致，但并不对本发明的结构起到限定作用。结合图2，一种双向双动集成加载器，包括加载端1、导向盘2、滑动套筒3、导向杆Ⅰ、Ⅱ（41，42），直线轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（51，52，53，54），固定套筒7，电动缸8，蝶型弹簧组Ⅰ、Ⅱ（101，102）和加载芯轴11。

固定套筒7的左右两端设置有左右法兰Ⅰ、Ⅱ（13，14），固定套筒7通过螺栓将右法兰Ⅱ14与电动缸8的端部法兰固定连接，电动缸8上固定设置有挡环18。

导向杆Ⅰ41通过直线轴承Ⅰ、Ⅱ（51，52）支撑在左右法兰Ⅰ、Ⅱ（13，14）上，且直线轴承Ⅱ52同时穿过设置在电动缸8的端部法兰上的一个通孔；导向杆Ⅰ41的左端与导向盘2固定连接；导向杆Ⅰ41末端安装有行程调节滑块Ⅰ91。

导向杆Ⅱ42通过直线轴承Ⅲ、Ⅳ（53，54）支撑在左右法兰Ⅰ、Ⅱ（13，14）上，且直线轴承Ⅲ53同时穿过设置在电动缸8的端部法兰上的另一个通孔；导向杆Ⅱ42的左端与导向盘2固定连接；导向杆Ⅱ42末端安装有行程调节滑块Ⅱ92；其中，导向杆Ⅰ41与导向杆Ⅱ42沿中心线B对称布置，且导向杆Ⅰ41与导向杆Ⅱ42保持平行；行程调节滑块Ⅰ91和行程调节滑块Ⅱ92也沿中心线B对称布置。导向杆Ⅰ、Ⅱ（41，42）的对称安装方式，有利于使得导向杆Ⅰ、Ⅱ（41，42）起到导向作用，进而保证加载端11的位移沿着水平方向。

加载端1上设置有外螺纹，加载端1和导向盘2通过螺栓固定连接在滑动套筒3的左端，且加载端1、导向盘2及滑动套筒3同轴。滑动套筒3安装在固定套筒7内部，且滑动套筒3和固定套筒7之间安装有铜套Ⅰ、Ⅱ（61，62）；铜套Ⅰ61与铜套Ⅱ62有轴向间隙；滑动套筒3的右端设置有挡肩Ⅰ15，且挡肩Ⅰ15的内孔直径小于蝶型弹簧组Ⅰ101的外径。

加载芯轴11与电动缸8的输出端通过螺纹固定连接，且加载芯轴11位于滑动套筒3的中心部；加载芯轴11的中间部位设置有挡肩Ⅱ16，蝶型弹簧组Ⅰ、Ⅱ（101，102）活动套裹在加载芯轴11上且分别位于挡肩Ⅱ16的左右两侧，其中，蝶型弹簧组Ⅰ101与加载芯轴11之间固定安装有导向套12，导向套12与导向盘2以类似矩形花键联接的形式；导向套12的右端顶住挡肩Ⅱ16，左端通过螺母17压紧，且加载芯轴11的左端部及螺母17均位于加载端1的凹槽内。本发明中，所述的蝶型弹簧组Ⅰ101和蝶型弹簧组Ⅱ102均由10个蝶型弹簧组成；且这些蝶型弹簧的尺寸，形状，刚度均相同。这便使得蝶型弹簧组Ⅰ101与蝶型弹簧组Ⅰ102的尺寸、形状、刚度均相同。这样有利于保证蝶型弹簧组Ⅰ、Ⅱ（101，102）在变形相同的情况下，蝶型弹簧组Ⅰ101与蝶型弹簧组Ⅱ102所产生的弹簧力相同，便于对本发明加载器的控制。

该加载器中，固定套筒7通过螺栓将右法兰Ⅱ14与电动缸8的端部法兰固定连接，同时，加载芯轴11与电动缸8的输出端通过螺纹固定连接，这就使得该加载器中的电动缸8容易安装与拆卸，方便了该加载器中电动缸8的更换，进而提高了该加载器与其动力零件（即电动缸8）的集成性。

另外，挡环18、行程调节滑块Ⅰ91和行程调节滑块Ⅱ92的设置，有利于保护电动缸8。行程调节滑块Ⅰ91和行程调节滑块Ⅱ92分别固定安装在导向杆Ⅰ41、导向杆Ⅱ42上后，在加载端11沿着水平方向移动时，行程调节滑块Ⅰ91和行程调节滑块Ⅱ92便均作与加载端11相同移动方向的水平移动，当行程调节滑块Ⅰ91和行程调节滑块Ⅱ92碰到挡环18时，加载端11便可停止，加载动作结束，便可保证加载端11不会无限制的作水平移动，进而对电动缸8起到限位保护的作用。

现在结合图1对本发明加载器的加载过程进行如下描述：

进行压力形式的加载时，电动缸8启动提供载荷，当加载端1未与目标零件（图中未示出）接触时，电动缸8的输出端带动加载芯轴11向左作直线运动，加载芯轴11带动蝶型弹簧组Ⅱ102和导向套12向左进给。蝶型弹簧组Ⅱ102逐渐接触到导向盘2，将运动传递到导向盘2上，导向盘2、滑动套筒3和加载端1在两个位置平行的导向杆Ⅰ、Ⅱ（41，42）和两个铜套Ⅰ、Ⅱ（61，62）的共同作用下作向左进给的直线运动。此时蝶型弹簧组Ⅱ102处于未压缩状态或微小压缩状态（此种情况下，一般处于微小压缩状态的弹簧的弹力可以忽略不计），电动缸8继续加载，导向盘2、导向杆Ⅰ、Ⅱ（41，42）、加载芯轴11、导向套12和蝶型弹簧组Ⅱ102共同向左作直线运动。

当加载端1与目标零件（图中未示出）接触时，加载端1、导向盘2、滑动套筒3和两根导向杆Ⅰ、Ⅱ（41，42）停止直线进给运动，此时该加载器的第一个加载动作完成。加载芯轴11以及固定在加载芯轴11上的导向套12在电动缸8的带动下继续向左运动，蝶型弹簧组Ⅱ102在加载芯轴11和导向盘2的相对运动下开始压缩。加载芯轴11和导向套12继续做直线运动，直至蝶型弹簧组Ⅱ102的压缩量所提供的载荷达到目标载荷，整个装置内各部件停止运动，进行静态压力加载，此时该加载器的第二个加载动作完成（至此，双动作加载完成）。同时，由于蝶型弹簧组Ⅱ102本身的特性，在加载过程中，载荷的大小仅受制于蝶型弹簧组Ⅱ102的压缩量和蝶型弹簧组Ⅱ102本身的刚度，这就使得电动缸8的输出端对加载端1间接施加的载荷比较稳定、准确，进而提高电动缸8的加载精度。另外，通过控制电动缸8的输出端位移的大小及输出端移动的速度，还可对受力位置进行动载荷形式的加载。

进行拉力形式的加载前，先将加载端1通过设置在其上的外螺纹与需要加载的零部件（图中未示出）进行固定连接。进行拉力形式的加载时，电动缸8启动，当蝶型弹簧组Ⅰ101与滑动套筒3的挡肩Ⅰ15未接触时，电动缸8的带动加载芯轴11向后右直线运动，加载芯轴11带动蝶型弹簧组Ⅰ101向右移动；当蝶型弹簧组Ⅰ101与滑动套筒3的挡肩Ⅰ15接触后，蝶型弹簧组Ⅰ101开始压缩，加载芯轴11继续向右移动，直至蝶型弹簧组Ⅰ101的压缩量所提供的载荷达到目标载荷，整个装置内各部件停止运动，进行静态拉力加载。同时，由于蝶型弹簧组Ⅰ101本身的特性，在加载过程中，载荷的大小仅受制于蝶型弹簧组Ⅰ101的压缩量和蝶型弹簧组Ⅰ101本身的刚度，这就使得电动缸8的输出端对加载端1间接施加的载荷比较稳定，准确，进而提高电动缸8的加载精度。另外，通过控制电动缸8的输出端位移的大小及输出端移动的速度，还可对受力位置进行动载荷形式的加载。另外，本加载器结构紧凑；同时，加载端1上设置有外螺纹，用于本加载器与所需加载的零部件进行连接，这就使得本加载器应用比较方便。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明创造宗旨的情况下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种双向双动集成加载器，所述加载器包括电动缸、直线轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、IV、蝶型弹簧组Ⅰ、Ⅱ和固定套筒，其特征在于：所述固定套筒的左右两端设置有左右法兰Ⅰ、Ⅱ，固定套筒通过螺栓将右法兰Ⅱ与电动缸的端部法兰固定连接，电动缸上固定设置有挡环，导向杆Ⅰ通过直线轴承Ⅰ、Ⅱ支撑在左右法兰Ⅰ、Ⅱ上，且直线轴承Ⅱ同时穿过设置在电动缸的端部法兰上的一个通孔，导向杆Ⅰ的左端与导向盘固定连接，导向杆Ⅰ末端安装有行程调节滑块Ⅰ；导向杆Ⅱ通过直线轴承Ⅲ、IV支撑在左右法兰Ⅰ、Ⅱ上，且直线轴承Ⅲ同时穿过设置在电动缸的端部法兰上的另一个通孔，导向杆Ⅱ的左端与导向盘固定连接，导向杆Ⅱ末端安装有行程调节滑块Ⅱ，导向杆Ⅰ与导向杆Ⅱ沿中心线B对称布置，且导向杆Ⅰ与导向杆Ⅱ保持平行，所述行程调节滑块Ⅱ和行程调节滑块Ⅰ也沿中心线B对称布置；加载端上设置有外螺纹，加载端和导向盘通过螺栓固定连接在滑动套筒的左端，且加载端、导向盘及滑动套筒同轴；滑动套筒安装在固定套筒内部，且滑动套筒和固定套筒之间安装有铜套Ⅰ、Ⅱ；加载芯轴与电动缸的输出端通过螺纹固定连接，且加载芯轴位于滑动套筒的中心部，加载芯轴的中间部位设置有挡肩Ⅱ，蝶型弹簧组Ⅰ、Ⅱ活动套装在加载芯轴上且分别位于挡肩Ⅱ的左右两侧，所述蝶型弹簧组Ⅰ与蝶型弹簧组Ⅱ的尺寸、形状和刚度均相同，其中，蝶型弹簧组Ⅰ与加载芯轴之间固定安装有导向套，导向套与导向盘以矩形花键联接的形式连接，导向套的右端顶住挡肩Ⅱ，左端通过螺母压紧，且加载芯轴的左端部及螺母均位于加载端的凹槽内。

2.根据权利要求1所述的双向双动集成加载器，其特征在于：所述铜套Ⅰ与铜套Ⅱ有轴向间隙。

3.根据权利要求1所述的双向双动集成加载器，其特征在于：所述滑动套筒的右端设置有挡肩Ⅰ，所述挡肩Ⅰ的内孔直径小于蝶型弹簧组Ⅱ的外径。