CN104989760B - 一种凸轮载荷机构及其算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凸轮载荷机构及其算法，其机构包括摆动摇臂、滚子轴承、凸轮、载荷结构支架和弹簧载荷机构；所述弹簧载荷机构顶端和底端分别与摆动摇臂和载荷机构支架销轴连接；所述凸轮安装在载荷机构支架上，且与滚子轴承接触；所述滚子轴承与摆动摇臂通过标准件连接；其算法包括以下步骤：步骤一，绘制扭矩‑行程曲线；步骤二，线架图形绘制；步骤三，弹簧的预紧力计算；步骤四，旋转凸轮一个相应角度，求得各有效力臂和弹簧压缩量；步骤五，弹簧的特性确定；步骤六，计算该角度下的扭矩值，并判断是否合格；本发明的凸轮弹簧载荷机构及其算法，能够较好的满足飞行员力感要求；取得了良好的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及模拟飞机操纵面气动铰链力矩形成的操纵载荷机构应用技术领域，尤其是涉及一种凸轮载荷机构及其算法。
背景技术
参见说明书附图1～3，采用弹簧载荷机构作为力感装置，根据实际需求不同，可以设计为单弹簧单梯度载荷机构、双弹簧双梯度载荷机构、三弹簧三梯度载荷机构。双梯度和三梯度载荷机构能够实现梯度变化以适应飞行员需求，但加工装配较为复杂，力调试困难。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种凸轮载荷机构及其算法，针对单一弹簧载荷机构在梯度变化时，机构加工装配复杂，调试困难的问题，采用组合式的力感装置：弹簧加凸轮机构，能够有效解决力梯度变化，提供良好的操纵力感，且弹簧载荷机构采用单梯度，加工装配较为简单，力和力梯度的调整也较为方便。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种凸轮载荷机构及其算法，其机构包括摆动摇臂、滚子轴承、凸轮、载荷结构支架和弹簧载荷机构；所述弹簧载荷机构顶端和底端分别与摆动摇臂和载荷机构支架销轴连接；所述凸轮安装在载荷机构支架上，且与滚子轴承接触；所述滚子轴承与摆动摇臂通过标准件连接。
一种凸轮载荷机构及其算法，其算法包括以下步骤：步骤一，绘制扭矩-行程曲线；步骤二，线架图形绘制；步骤三，弹簧的预紧力计算；步骤四，旋转凸轮一个相应角度，求得各有效力臂和弹簧压缩量；步骤五，弹簧的特性确定；步骤六，根据各有效力臂和弹簧压缩量，计算该角度下的扭矩值，并判断是否合格；
其中在步骤一中:依据用户方提供的力-位移曲线要求，通过传动链系折算至凸轮旋转点处，求得不同角度下的扭矩要求，并绘制扭矩-行程曲线；
在步骤二中，假定摆动摇臂、弹簧、凸轮旋转点位置，并画出线架图形；
在步骤三中，假定凸轮启动点位置，并根据启动扭矩应用公式(1)计算弹簧的预紧力；
f＝T0/L4*L3/L1-------------(1)
在步骤四中，旋转凸轮一个相应角度，求得各有效力臂和弹簧压缩量L2’和L2，根据扭矩值，应用步骤三相同的方法求得弹簧力；
在步骤五中，根据步骤三和步骤四计算所得，进而确定弹簧的特性；
在步骤六中，在步骤四基础上旋转凸轮一个相应角度，求得各有效力臂和弹簧压缩量(L2”-L2’)，即可计算该角度下的扭矩值，并于步骤一中的扭矩值进行对比，误差比小于5％时，进而认为凸轮计算合格。
进一步，所述的凸轮载荷机构算法中，按照步骤四计算的半径R1，减去滚子半径R0，即为凸轮轮廓第一段的圆半径；以起始线的一端为中心，R1-R0为半径作圆弧，即与滚子相切；旋转步骤四相同的角度后，以终止线为终点，截取圆弧段，剩下的线段即为所求的第一段凸轮轮廓。
进一步，以此类推，可求得最终的凸轮轮廓；凸轮求解完毕后，即可根据步骤五中计算的弹簧预紧力和刚度求解弹簧。
采用上述技术方案后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：本发明的凸轮弹簧载荷机构及其算法，能够较好的满足飞行员力感要求。该技术已成功地在国内的多个飞机型号上成功应用，取得了良好的社会效益和经济效益。整体设计结构简单新颖，实用性强，易于推广使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为现有的单弹簧单梯度载荷机构示意图；
图2为现有的双弹簧双梯度载荷机构示意图；
图3为现有的三弹簧三梯度载荷机构示意图；
图4为本发明的凸轮-弹簧载荷机构示意图；
图5为本发明的凸轮机构线架图形；
图6为本发明的弹簧预紧力计算示意图；
图7为本发明的凸轮轨迹计算示意图；
图8为本发明的弹簧特性曲线示意图；
图9为本发明的凸轮轨迹计算示意图；
图10为本发明的凸轮轨迹作图示意图；
图11为本发明的凸轮轮廓示意图。
附图标记中：1、摆动摇臂；2、滚子轴承；3、凸轮；4、载荷结构支架；5、弹簧载荷机构；a、摇动摆臂旋转中心；b、滚子运动轨迹；c、摇动摆臂初始位置；d、弹簧初始位置；e、滚子初始位置；f、凸轮旋转中心。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
实施例，见说明书附图1～11。
如图1～11所示，一种凸轮载荷机构及其算法，其机构包括摆动摇臂1、滚子轴承2、凸轮3、载荷结构支架4和弹簧载荷机构5；所述弹簧载荷机构5顶端和底端分别与摆动摇臂1和载荷机构支架4销轴连接；所述凸轮3安装在载荷机构支架4上，且与滚子轴承2接触；所述滚子轴承2与摆动摇臂1通过标准件连接。
一种凸轮载荷机构及其算法，其算法包括以下步骤：步骤一，绘制扭矩-行程曲线；步骤二，线架图形绘制；步骤三，弹簧的预紧力计算；步骤四，旋转凸轮一个相应角度，求得各有效力臂和弹簧压缩量；步骤五，弹簧的特性确定；步骤六，根据各有效力臂和弹簧压缩量，计算该角度下的扭矩值，并判断是否合格；其中在步骤一中:依据用户方提供的力-位移曲线要求，通过传动链系折算至凸轮旋转点处，求得不同角度下的扭矩要求，并绘制扭矩-行程曲线；
在步骤二中，假定摆动摇臂、弹簧、凸轮旋转点位置，并画出线架图形如图5所示。
在步骤三中，假定凸轮启动点位置，并根据图6中的启动扭矩应用公式1计算弹簧的预紧力。
f＝T0/L4*L3/L1-------------(1)
在步骤四中，旋转凸轮一个相应角度，求得各有效力臂和弹簧压缩量L2’和L2，根据扭矩值，应用步骤三相同的方法求得弹簧力；
在步骤五中，根据步骤三和步骤四计算所得，进而确定弹簧的特性；
在步骤六中，在步骤四基础上旋转凸轮一个相应角度，求得各有效力臂和弹簧压缩量(L2”-L2’)，即可计算该角度下的扭矩值，并于步骤一中的扭矩值进行对比，误差比小于5％时，进而认为凸轮计算合格。
进一步，所述的凸轮载荷机构算法中，按照步骤四计算的半径R1，减去滚子半径R0，即为凸轮轮廓第一段的圆半径；以起始线的一端为中心，R1-R0为半径作圆弧，即与滚子相切。旋转步骤四相同的角度后，以终止线为终点，截取圆弧段，剩下的线段即为所求的第一段凸轮轮廓。
进一步，以此类推，可求得最终的凸轮轮廓；凸轮求解完毕后，即可根据步骤五中计算的弹簧预紧力和刚度求解弹簧。
本发明通过第一段载荷特性曲线计算凸轮前段的轮廓，确定压簧特性曲线，再通过压簧特性曲线及第二段载荷特性曲线确定凸轮后段曲线。为更有利于后期加工，凸轮轮廓采用圆弧相接的方式，没有采用公式曲线。凸轮弹簧载荷机构，能够较好的满足飞行员力感要求。该技术已成功地在国内的多个飞机型号上成功应用，取得了良好的社会效益和经济效益。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (2)
1.一种凸轮-弹簧载荷机构，包括：摆动摇臂、滚子轴承、凸轮、弹簧载荷机构和载荷结构支架；所述弹簧载荷机构顶端和底端分别连接摆动摇臂和载荷结构支架；所述滚子轴承通过标准件连接摆动摇臂；所述凸轮设置在载荷结 构支架上，并且与摆动摇臂接触，该凸轮-弹簧载荷机构的计算方法包括以下步骤：
步骤一，绘制扭矩-行程曲线；
步骤二，线架图形绘制；
步骤三，弹簧的预紧力计算；
步骤四，旋转凸轮一个相应角度，求得各有效力臂和弹簧压缩量；
步骤五，弹簧的特性确定；
步骤六，根据各有效力臂和弹簧压缩量，计算该角度下的扭矩值；
所述步骤一:依据用户方提供的力-位移曲线要求，通过传动链系折算至凸轮旋转点处，求得不同角度下的扭矩要求，并绘制扭矩-行程曲线；
在所述步骤二，假定摆动摇臂、弹簧、凸轮旋转点位置，并画出线架图形；
在所述步骤三，假定凸轮启动点位置，并根据启动扭矩应用公式(1)计算弹簧的预紧力；
f＝T0/L4×L3/L1-------------(1)
T0----初始点扭矩值
L4----凸轮旋转中心到R1的垂直距离
L3----摆动摇臂旋转中心到R1的垂直距离
L1----摆动摇臂旋转中心到弹簧载荷机构中心的垂直距离
在所述步骤四，旋转凸轮一个相应角度，求得各有效力臂(L1’、L3’、L4’)和弹簧压缩量(L2’-L2)，根据扭矩值，应用步骤三相同的方法求得弹簧力；
在所述步骤五，根据步骤三和步骤四计算所得，进而确定弹簧的特性；
在所述步骤六，在步骤四基础上旋转凸轮一个相应角度，求得各有效力臂和弹簧压缩量(L2”-L2’)，即可计算该角度下的扭矩值，并与步骤一中的扭矩值进行对比，误差比小于5％时，进而认为凸轮计算合格，
其中：R1为凸轮旋转中心作的辅助圆和滚子中心作的半径R1圆弧的交点与滚子中心的连线，f弹簧预紧力，L1为摆动摇臂旋转中心到弹簧载荷机构中心的垂直距离，L2为弹簧载荷机构和载荷结构支架连接的交叉点与摆动摇臂的垂直距离，L2’为R1逆时针旋转一定角度后弹簧载荷机构随之转动后L2转动后的长度，L2”为R1继续转动得到的L2转动后的长度，L3为摆动摇臂旋转中心到R1的垂直距离，L4为凸轮旋转中心到R1的垂直距离，起始线为R1，终止线为转动后的R1。
2.根据权利要求1所述的一种凸轮-弹簧载荷机构，其特征在于：所述步骤四计算的半径R1，减去滚子半径R0，即为凸轮轮廓第一段的圆半径；以起始线远离滚子中心的一端为中心，R1-R0为半径作圆弧，即与滚子相切，旋转步骤四相同的角度后，以终止线为终点，截取圆弧段，剩下的线段即为所求的第一段凸轮轮廓，由此方法可求得最终的凸轮轮廓；凸轮求解完毕后，即可根据步骤五中计算的弹簧预紧力和刚度求解弹簧。
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Denomination of invention: Cam load mechanism and algorithm thereof Effective date of registration: 20200512 Granted publication date: 20180406 Pledgee: Bank of Guiyang, Limited by Share Ltd, Huaxi branch Pledgor: GUIZHOU HUAFENG ELECTRICAL APPLIANCES Co.,Ltd. Registration number: Y2020980002142 |
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