CN105045133A - 多摩擦片叠加加载机构及采用该机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器 - Google Patents

Abstract

多摩擦片叠加加载机构及采用该机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器，属于电液伺服控制及自动控制领域，本发明为解决双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器很难在较小结构尺寸的条件下利用现有的高性能的摩擦材料实现高精度、高动态、高可靠性的大幅值力矩加载的问题。本发明所述多摩擦片叠加加载机构，它包括第一恒转动摩擦片、六个销、第二摆动摩擦片、第二恒转动摩擦片、第一摆动摩擦片、第二摩擦片支座和第一摩擦片支座；采用多摩擦片叠加加载机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器，它包括工控机、A/D数据采集卡、D/A转换电路、伺服放大器、DSP运动控制卡、大伺服阀、码盘、力矩传感器、力矩电机和负载模拟单元。

Description

多摩擦片叠加加载机构及采用该机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器

技术领域

本发明涉及一种半物理仿真模型，属于电液伺服控制及自动控制领域。

背景技术

电液伺服控制系统以其控制精度高、较大的能量体积比、频率响应快等优点，被广泛用于航空航天、工业自动化、机器人、机床等高精尖领域。电液负载模拟器是一种地面半实物仿真设备，主要用以模拟导弹、战机等飞行器在飞行过程中，其舵机舵面所受的空气动力力矩载荷谱，实现在实验室条件下半实物的复现被测对象在实际工作过程中所受的动力载荷，模拟被测对象在实际工作中所受动力载荷环境，将经典的自破坏性实验转化为实验室条件下的预测研究，从而实现在地面半实物的测试飞行器舵机的性能，进而改进舵机系统，使舵机系统性能达到要求。地面半实物仿真技术具有良好的可控性、无破坏性、全天候以及操作简单方便、实验具有可重复性等优点，其经济性是经典自破坏性实验所无法比拟的。国内外相关专家学者及单位分别研制出了各种型号的用于地面半实物仿真的负载模拟器样机或产品。但是随着对飞行器性能要求的不断提高，要求电液负载模拟器具有更高的加载精度高、更快频率响应等性能特点。

传统电液负载模拟器在研制中一直存在很多技术难题没有解决：(1)多余力矩的存在严重影响系统的控制性能的提高。被测舵机系统与负载模拟器系统近似刚性的连接在一起，当舵机主动运动时，必然对负载模拟器系统产生强扰动，引起多余力矩，其数值和舵机的运动状态有关。(2)难以实现高精度的动态加载。由于飞行器飞行过程中舵机舵面所受空气动力力矩为任意的函数。要想精确地复现该函数，则要求负载模拟器系统为高阶无静差系统。但多余力矩的存在及其微分特性使加载系统高阶无静差很难实现，尤其是当被测舵机系统运动频率较高时。(3)难以保证小力矩加载性能。当小力矩加载时，多余力矩对系统的影响变得相对显著，它使加载精度降低，加载灵敏度难以保证，甚至淹没加载信号，加之存在伺服阀死区、压力波动等因素的影响，将使系统无法实现正常加载。(4)控制策略复杂。电液负载模拟器的被加载对象是各种飞行器的舵机系统，不同型号的舵机可能会导致系统控制性能的变化，尤其是引起多余力矩补偿控制环节参数的变化，因此要求控制系统具有一定的鲁棒性。这就使系统的控制变得更加复杂和困难，控制策略通用性较差。

双向摩擦加载式电液负载模拟器以其独特的结构完全消除了由被测舵机主运动产生的多余力矩，并能实现高精度、高动态、高频响的正、负双向力矩加载。但是由于摩擦材料摩擦系数及系统结构设计尺寸的限制，双向摩擦加载式电液负载模拟器很难实现大幅值的力矩加载，这使得其的应用范围受到一定的限制。为了在较小的机构尺寸下利用现有的高性能摩擦材料大幅的提高双向摩擦加载式电液负载模拟器的加载幅值，基于作用力与反作用力原理，设计了一种多摩擦片叠加加载机构，使得采用该机构的双向摩擦加载式电液负载模拟器能够实现高精度、高动态、高频响的无多余力矩的正、负双向大幅值力矩加载。从而将摩擦加载式电液负载模拟器的应用范围扩大到受更大外载荷的舰船、大型客机、火箭等的舵机系统的地面半实物测试中。

发明内容

本发明目的是为了解决双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器很难在较小结构尺寸的条件下利用现有的高性能的摩擦材料实现高精度、高动态、高可靠性的大幅值力矩加载的问题，提供了一种多摩擦片叠加加载机构及采用该机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器。

本发明所述多摩擦片叠加加载机构，它包括第一恒转动摩擦片、六个销、第二摆动摩擦片、第二恒转动摩擦片、第一摆动摩擦片、第二摩擦片支座和第一摩擦片支座；

第一摩擦片支座通过一个滑键固定在主轴上，第一摩擦片支座的侧表面上固定一片第一摆动摩擦片；

第一摩擦片支座通过一个凹凸槽与第二摩擦片支座对应固定连接在一起，第二摩擦片支座和第一摩擦片支座一同摆动并向主轴传递扭矩；

第二摆动摩擦片与第二摩擦片支座上的摩擦片槽配合连接，第二摆动摩擦片能够沿着轴向在摩擦片槽内滑动并能够向第二摩擦片支座传递扭矩；

第二恒转动摩擦片通过六个周向均布的销与第一恒转动摩擦片连接，第二恒转动摩擦片能够沿着销轴向滑动，同时能够与第一恒转动摩擦片一同高速旋转；

第一恒转动摩擦片一个侧面与第二摆动摩擦片一个侧面构成一个摩擦副，第二摆动摩擦片另一个侧面同时与第二恒转动摩擦片一个侧面构成第二个摩擦副，第二恒转动摩擦片另一侧面同时与第一摆动摩擦片一个侧面构成第三个摩擦副；

所述三个摩擦副具有相同的相对转动，且当其运用于实际力矩加载中时，该三个摩擦副所受的法向力相同，都等于施加在该多摩擦片叠加加载机构上由液压缸施加的推力。

本发明所述采用多摩擦片叠加加载机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器，它包括工控机、A/D数据采集卡、D/A转换电路、伺服放大器、DSP运动控制卡、大伺服阀、码盘、力矩传感器、力矩电机和负载模拟单元；

码盘和大伺服阀设置在被测舵机上；被测舵机通过力矩传感器与主轴刚性连接；码盘的信号输出端与A/D数据采集卡的第一输入端相连，力矩传感器的信号输出端与A/D数据采集卡的第二输入端相连，A/D数据采集卡的输出端与工控机的信号反馈端相连；工控机的指令输出端与D/A转换电路的输入端相连，D/A转换电路的输出端与伺服放大器的输入端相连，伺服放大器的给定角位移指令输出端与大伺服阀指令输入端相连；伺服放大器的给定力矩信号输出端与伺服阀的指令输入端相连；

负载模拟单元包括两个多摩擦片叠加加载机构、止推轴承、力传感器、过渡板、弹簧、三个液压缸和伺服阀；三个周向均布的液压缸的两端对称分布两个多摩擦片叠加加载机构；三个液压缸由伺服阀驱动，使其按给定力矩信号连续切换的向液压缸两端的多摩擦片叠加加载机构均匀施加推力，当正力矩加载时，三个液压缸向远离被测舵机一端的多摩擦片叠加加载机构施加推力，当负力矩加载时，三个液压缸向靠近被测舵机一端的多摩擦片叠加加载机构施加推力，其中所施加的推力通过弹簧、过渡板、力传感器、止推轴承作用于多摩擦片叠加加载机构。

本发明的优点：本发明所述采用多摩擦片叠加加载机构的双向摩擦加载式大幅值电液负载模拟器，结合双向摩擦加载式电液负载模拟器不存在严重影响力矩加载性能的多余力矩这一特点，根据作用力与反作用力这一基本原理，所发明的多摩擦片叠加加载机构在相同的加载条件及结构尺寸下产生的摩擦力矩是普通由两片摩擦片组成的加载机构的2N-1倍(N是多摩擦片叠加加载机构采用的恒转动摩擦片的个数或是摆动摩擦片的个数)，利用电液伺服技术，采用多摩擦片叠加加载机构的双向摩擦加载式大幅值电液负载模拟器能够很容易的在较小结构尺寸下获得高精度、高动态、高频响、高可靠性的无多余力矩的正、负双向大幅值力矩加载。

附图说明

图1是本发明所述采用多摩擦片叠加加载机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器的原理图；

图2是本发明所述采用多摩擦片叠加加载机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器的结构示意图；

图3是多摩擦片叠加加载机构的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是图3的A-A剖视图；

图6是多摩擦片叠加加载机构三维模型爆炸图；

图7是多摩擦片叠加加载机构三维模型剖视图；

图8是采用多摩擦片叠加加载机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器的力矩闭环控制原理框图；

图9是采用多摩擦片叠加加载机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器的模拟舵机角位移闭环控制原理框图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图3至图7说明本实施方式，本实施方式所述多摩擦片叠加加载机构，它包括第一恒转动摩擦片1、六个销2、第二摆动摩擦片3、第二恒转动摩擦片4、第一摆动摩擦片5、第二摩擦片支座6和第一摩擦片支座7；

第一摩擦片支座7通过一个滑键8固定在主轴40上，第一摩擦片支座7的侧表面上固定一片第一摆动摩擦片5；

第一摩擦片支座7通过一个凹凸槽与第二摩擦片支座6对应固定连接在一起，第二摩擦片支座6和第一摩擦片支座7一同摆动并向主轴40传递扭矩；

第二摆动摩擦片3与第二摩擦片支座6上的摩擦片槽配合连接，第二摆动摩擦片3能够沿着轴向在摩擦片槽内滑动并能够向第二摩擦片支座6传递扭矩；

第二恒转动摩擦片4通过六个周向均布的销2与第一恒转动摩擦片1连接，第二恒转动摩擦片4能够沿着销2轴向滑动，同时能够与第一恒转动摩擦片1一同高速旋转；

第一恒转动摩擦片1一个侧面与第二摆动摩擦片3一个侧面构成一个摩擦副，第二摆动摩擦片3另一个侧面同时与第二恒转动摩擦片4一个侧面构成第二个摩擦副，第二恒转动摩擦片4另一侧面同时与第一摆动摩擦片5一个侧面构成第三个摩擦副；

所述三个摩擦副具有相同的相对转动，且当其运用于实际力矩加载中时，该三个摩擦副所受的法向力相同，都等于施加在该多摩擦片叠加加载机构上由液压缸施加的推力。

为了获得更多的摩擦副，根据以上所述的多摩擦片叠加加载机构的结构特点及作用力与反作用力的基本原理，可以进一步提高多摩擦片叠加加载机构中恒转动摩擦片的个数及摆动摩擦片的个数，保证恒转动摩擦片的个数与摆动摩擦片的个数相同，其个数记为N，根据如上所述的的多摩擦片叠加加载机构设计原理，保证N片恒转动摩擦片与N片摆动摩擦片相互交错叠加，同时保证N片恒转动摩擦片能够一同高速转动，且除一端的恒转动摩擦片轴向固定外其余N-1片恒转动摩擦片能够轴向滑动，N片摆动摩擦片能够一同转动，且N片摆动摩擦片能够轴向滑动，则该多摩擦片叠加加载机构能够在紧凑的结构尺寸下具有2N-1个摩擦副，当其运用于实际力矩加载中时，每个摩擦副间都承受相同大小的由液压缸施加的推力，同时每个摩擦副都保持相同的恒定方向的相对滑动，从而该机构能够将液压缸施加的推力转换为相应的力矩，在相同加载条件下，该多摩擦片叠加加载机构转化的力矩是普通的单片高速旋转摩擦盘与单片与被加载系统一同摆动的摩擦盘构成的加载机构的2N-1倍。

具体实施方式二：下面结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式本发明所述采用多摩擦片叠加加载机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器，它包括工控机101、A/D数据采集卡102、D/A转换电路103、伺服放大器104、DSP运动控制卡105、大伺服阀106、码盘107、力矩传感器109、力矩电机110和负载模拟单元；

码盘107和大伺服阀106设置在被测舵机108上；被测舵机108通过力矩传感器109与主轴40刚性连接；码盘107的信号输出端与A/D数据采集卡102的第一输入端相连，力矩传感器109的信号输出端与A/D数据采集卡102的第二输入端相连，A/D数据采集卡102的输出端与工控机101的信号反馈端相连；工控机101的指令输出端与D/A转换电路103的输入端相连，D/A转换电路103的输出端与伺服放大器104的输入端相连，伺服放大器104的给定角位移指令输出端与大伺服阀106指令输入端相连；伺服放大器104的给定力矩信号输出端与伺服阀31的指令输入端相连；

负载模拟单元包括两个多摩擦片叠加加载机构111、止推轴承14、力传感器15、过渡板16、弹簧17、三个液压缸23和伺服阀31；三个周向均布的液压缸23的两端对称分布两个多摩擦片叠加加载机构111；三个液压缸23由伺服阀31驱动，使其按给定力矩信号连续切换的向液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111均匀施加推力，当正力矩加载时，三个液压缸23向远离被测舵机108一端的多摩擦片叠加加载机构111施加推力，当负力矩加载时，三个液压缸23向靠近被测舵机108一端的多摩擦片叠加加载机构111施加推力，其中所施加的推力通过弹簧17、过渡板16、力传感器15、止推轴承14作用于多摩擦片叠加加载机构111。

结合实施方式一所述的多摩擦片叠加加载机构，制成的电液负载模拟器，在紧凑的结构尺寸下，能够实现大幅值、无多余力矩、高精度、高频响、高动态的力矩加载。从而使双向摩擦加载式电液负载模拟器进一步运用于舰船、火箭、大型客机等承受很大动态力矩载荷的舵机系统的半实物地面测试中，从而使双向摩擦加载式电液负载模拟器的应用范围进一步扩大，为更多需要高性能半实物动态载荷模拟的舵机系统提供经济、高性能、高可靠性的装备支持。

由于第一恒转动摩擦片1及第二恒转动摩擦片4的恒定转速始终高于第二摆动摩擦片3及第一摆动摩擦片5的最大摆动转速，则每个多摩擦片叠加加载机构111的三个(2N-1，N＝2)摩擦副间有相同恒定方向的相对转动，同时由于第一摆动摩擦片支座7、第二恒转动摩擦片4及第二摆动摩擦片3能够轴向的滑动，根据作用力与反作用力原理，每个多摩擦片叠加加载机构111的三个(2N-1，N＝2)摩擦副间所受的法向力大小都等于三个液压缸23施加在该多摩擦片叠加加载机构111上的推力，根据摩擦力的产生原理即：

f＝F·μ(1)

式中：f——每个摩擦副产生的摩擦力(N)；

F——摩擦副间所受的法向力即液压缸施加的推力(N)；

μ——摩擦副间的摩擦系数。

多摩擦片叠加加载机构111的三个(2N-1，N＝2)摩擦副间的接触面都可等效为圆环形，加载时可认为每个摩擦副产生的相应摩擦力f均布在圆环形面积上，则由微积分知识及式(1)易得出三个液压缸23施加的推力F经过多摩擦片叠加加载机构111转化的摩擦力矩T为：

$T={\∫}_{a/2}^{b/2}\frac{8(2N-1)r^{2}f}{b^2-a^2}\mathrm{dr},N=2---\left(2\right)$

式中：f——每个摩擦副产生的摩擦力(N)；

N——一个多摩擦片叠加加载机构111中恒转动摩擦片或摆动摩擦片的个数；

b——摩擦副等效接触环外径(m)；

a——摩擦副等效接触环内径(m)。

由上可知，由于液压缸23两端对称分布着一个多摩擦片叠加加载机构111，液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111中的第一恒转动摩擦片1及第二恒转动摩擦片4的转动方向相反，转速相同，转速恒定且高于被测舵机108的最高摆动转速，则液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111的摩擦副的相对转动方向相反，因此作用在液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111上的推力F将被转化为如式2所示的力矩T，而且分别由液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111产生的力矩的方向相反远离被测舵机108一端的多摩擦叠加加载机构111产生的为正力矩，靠近被测舵机108一端的多摩擦叠加加载机构111产生的是负力矩。由于液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111分别通过一个滑键8与主轴40连接，多摩擦片叠加加载机构111与液压缸23通过止推轴承14过渡，多摩擦片叠加加载机构111中的第一恒转动摩擦片1及第二恒转动摩擦片4的转速高于被测舵机108的最高摆动转速，这样被测舵机108的主运动将不会干扰液压缸23连续切换的对两个多摩擦片叠加加载机构111施加推力，被测舵机108的主运动也不会对由多摩擦片叠加加载机构111产生的摩擦力矩T产生干扰，即该负载模拟器不存在由被测舵机108的主运动产生的多余力矩。液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111产生的力矩T将分别通过一个滑键8及主轴40传递给被测舵机108，从而实现对被测舵机108的双向力矩加载。由于每个多摩擦片叠加加载机构111具有三个(2N-1，N＝2)摩擦副，在相同的加载条件及结构尺寸下，采用多摩擦片叠加加载机构111的双向摩擦加载式电液负载模拟器产生的力矩是采用普通单片恒转动摩擦片及单片摆动摩擦片构成的加载机构的双向摩擦加载式电液负载模拟器产生的力矩的2N-1倍。

具体实施方式三：本实施方式是对实施方式二的进一步限定，负载模拟单元还包括两个第一圆螺母9、第二圆螺母26、两个第一轴承10、两个第二轴承11、两个第三轴承24、第四轴承29、两个第五轴承38、上端基座12、下端基座43、中间基座44、第一大齿轮13、第二大齿轮37、套筒18、键19、第一小齿轮20、第二小齿轮35、A传动轴27、1号B传动轴21、2号B传动轴34、液压缸盖板22、三个锥齿轮25、第一轴承端盖28、第二轴承端盖36、两个第三轴承端盖39、轴承套筒30、阀块32、液压缸支座33、主轴40、出油口41和进油口42；上端基座12、下端基座43和中间基座44为一体件；

一个锥齿轮25通过键与A传动轴27连接在一起，1号B传动轴21通过键19分别与一个锥齿轮25及一个第一小齿轮20连接在一起，并用第二圆螺母26固定；2号B传动轴34通过键分别与一个锥齿轮25及一个第二小齿轮35连接在一起，三个锥齿轮25构成锥齿轮系；1号B传动轴21、2号B传动轴34分别通过一个第三轴承24固定在中间基座44上；A传动轴27通过第四轴承29、轴承套筒30及第一轴承端盖28固定在中间基座44上；1号B传动轴21通过轴承固定在上端基座12上，2号B传动轴34通过轴承固定在下端基座43上，且设置有第二轴承端盖36；力矩电机110拖动A传动轴27经过三个锥齿轮25组成的锥齿轮系及1号B传动轴21、2号B传动轴34驱动第一小齿轮20、第二小齿轮35分别按相同的转速，相反的转动方向高速转动；

液压缸支座33与上端基座12、下端基座43和中间基座44固定；主轴40穿过液压缸支座33，主轴40通过一个第五轴承38及一个第三轴承端盖39与上端基座12固定，主轴40通过另一个第五轴承38及另一个第三轴承端盖39与下端基座43固定；第一大齿轮13通过一个第一轴承10、一个第二轴承11与主轴40连接；并且通过第一圆螺母9将第一大齿轮13轴向固定在主轴40上；第二大齿轮37通过另一个第一轴承10、另一个第二轴承11与主轴40连接，并且通过另一个第一圆螺母9将第二大齿轮37轴向固定在主轴40上；第一大齿轮13、第二大齿轮37则分别由第一小齿轮20、第二小齿轮35通过啮合形式驱动，在主轴40上转动，由于第一小齿轮20、第二小齿轮35的转速相同，转动方向相反，则第一大齿轮13、第二大齿轮37的转速相同，转动方向相反，两大齿轮的转速始终高于被测舵机108的最高摆动速度；

伺服阀31固定在阀块32上，阀块32固定在液压缸支座33上，三个液压缸23通过液压缸盖板22周向均布的固定在液压缸支座33上；进油口42与液压泵站的高压油输出端口连接，出油口41与液压泵站的回油端口连接；伺服阀31通过阀块32及液压缸支座33内部的油路同步并联的控制三个液压缸23的活塞双向的移动；液压缸23两端对称分布着两组多摩擦片叠加加载机构111；第一大齿轮13、第二大齿轮37的侧面分别通过螺栓固定一个多摩擦片叠加加载机构111中的第一恒转动摩擦片1，则两个第一恒转动摩擦片1的转速及转动方向分别与第一大齿轮13、第二大齿轮37的一致。

具体实施方式四：本实施方式是对实施方式二的进一步限定，力矩电机110或是其他驱动装置驱动远离被测舵机108一端的多摩擦片叠加加载机构111中的N片恒转动摩擦片以高于舵机最大摆动转速的转速恒定旋转，并同时驱动靠近被测舵机108一端的多摩擦片叠加加载机构111中的N片恒转动摩擦片以相同的恒定转速，相反的转动方向恒定旋转；远离被测舵机108一端的多摩擦片叠加加载机构111中的N片摆动摩擦片及靠近被测舵机108一端的多摩擦片叠加加载机构111中的N片摆动摩擦片分别安装在相应的N个摆动动摩擦片支座上，最终通过滑键8与主轴40相连接，每个多摩擦片叠加加载机构111中N片摆动动摩擦片能够相互独立的沿主轴40轴向滑动，同时与主轴40一同摆动；则远离被测舵机108一端的多摩擦片叠加加载机构111中的2N-1个摩擦副具有恒定方向的相对转动，靠近被测舵机108一端的多摩擦片叠加加载机构111中2N-1个摩擦副具有相反方向的相对转动。

具体实施方式五：本实施方式是对实施方式二的进一步限定，液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111与主轴40通过滑键8连接，每个多摩擦片叠加加载机构111中的N片摆动动摩擦片能够相互独立的沿主轴40轴向滑动，除了与大齿轮13或37固定连接的第一恒转动摩擦片外，其余的N-1个恒转动摩擦片通过销2与第一恒转动摩擦片连接，并且这N-1个恒转动摩擦片能够独立的沿着销2轴向滑动，液压缸23与两端的多摩擦片叠加加载机构111通过止推轴承14过渡连接，从而保证液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111能够在被测舵机108主运动时无损的传递液压缸23施加的轴向推力，保证每个多摩擦片叠加加载机构111的2N-1个摩擦副所受的法向力大小都等于三个液压缸23施加在该多摩擦片叠加加载机构111上的轴向推力当正力矩加载时，三个液压缸23向远离被测舵机108一端的多摩擦叠加加载机构111施加推力，当负力矩加载时，三个液压缸23向靠近被测舵机108一端的多摩擦叠加加载机构111施加推力。

具体实施方式六：本实施方式是对实施方式二的进一步限定，由于远离被测舵机108一端的多摩擦片叠加加载机构111的2N-1个摩擦副同时具有恒定方向的相对转动，且2N-1个摩擦副间所受的法向力都等于三个液压缸23向该端施加的推力，靠近被测舵机108一端的多摩擦片叠加加载机构111的2N-1个摩擦副同时具有相反恒定方向的相对转动，且2N-1个摩擦副间所受的法向力都等于三个液压缸23向该端施加的推力，通过控制伺服阀31同时驱动三个液压缸23连续切换的分别向液压缸23两端的多摩擦叠加加载机构111施加轴向推力当正力矩加载时，三个液压缸23向远离被测舵机108一端的多摩擦叠加加载机构111施加推力，当负力矩加载时，三个液压缸23向靠近被测舵机108一端的多摩擦叠加加载机构111施加推力，可以保证所述的采用多摩擦叠加加载机构111的双向摩擦加载式电液负载模拟器能够实现正、负双向力矩加载，在相同加载条件及结构尺寸下，其产生的力矩是采用由单片恒转动摩擦片及单片摆动摩擦片构成的加载机构的双向摩擦加载式电液负载模拟器产生的力矩的2N-1倍。液压缸23与两端的多摩擦片叠加加载机构111通过止推轴承14过渡连接，则液压缸23与多摩擦片叠加加载机构111间不存在干扰力矩，液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111分别通过一个滑键8与主轴40连接，则液压缸23两端的多摩擦片叠加加载机构111产生的摩擦力矩可以无损的通过主轴40传递给被加载舵机108。从而通过利用电液伺服技术，采用多摩擦叠加加载机构111的双向摩擦加载式电液负载模拟器能够很容易的在普通加载条件及小的结构尺寸下实现大幅值、无多余力矩、高精度的正、负双向力矩加载。

具体实施方式七：本实施方式是对实施方式二的进一步限定，由于多摩擦片叠加加载机构111能保证所述的采用多摩擦叠加加载机构111的双向摩擦加载式电液负载模拟器在相同加载条件及结构尺寸下，其产生的力矩是采用由单片恒转动摩擦片及单片摆动摩擦片构成的加载机构的双向摩擦加载式电液负载模拟器产生的力矩的2N-1倍。即多摩擦片叠加加载机构111只需要较小的液压缸23施加的推力，就能产生很大的输出摩擦力矩，这样降低了液压缸23的结构设计尺寸、轴承尺寸及其他关键结构的设计尺寸，从而提高了电液负载模拟器系统的固有频率，保证了采用多摩擦片叠加加载机构111的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器的电液伺服系统能够获得精度更高、频带更宽、动态特性更好的无多余力矩，大幅值的正、负双向力矩加载性能。

Claims (3)

1.多摩擦片叠加加载机构，其特征在于，它包括第一恒转动摩擦片(1)、六个销(2)、第二摆动摩擦片(3)、第二恒转动摩擦片(4)、第一摆动摩擦片(5)、第二摩擦片支座(6)和第一摩擦片支座(7)；

第一摩擦片支座(7)通过一个滑键(8)固定在主轴(40)上，第一摩擦片支座(7)的侧表面上固定一片第一摆动摩擦片(5)；

第一摩擦片支座(7)通过一个凹凸槽与第二摩擦片支座(6)对应固定连接在一起，第二摩擦片支座(6)和第一摩擦片支座(7)一同摆动并向主轴(40)传递扭矩；

第二摆动摩擦片(3)与第二摩擦片支座(6)上的摩擦片槽配合连接，第二摆动摩擦片(3)能够沿着轴向在摩擦片槽内滑动并能够向第二摩擦片支座(6)传递扭矩；

第二恒转动摩擦片(4)通过六个周向均布的销(2)与第一恒转动摩擦片(1)连接，第二恒转动摩擦片(4)能够沿着销(2)轴向滑动，同时能够与第一恒转动摩擦片(1)一同高速旋转；

第一恒转动摩擦片(1)一个侧面与第二摆动摩擦片(3)一个侧面构成一个摩擦副，第二摆动摩擦片(3)另一个侧面同时与第二恒转动摩擦片(4)一个侧面构成第二个摩擦副，第二恒转动摩擦片(4)另一侧面同时与第一摆动摩擦片(5)一个侧面构成第三个摩擦副；

所述三个摩擦副具有相同的相对转动，且当其运用于实际力矩加载中时，该三个摩擦副所受的法向力相同，都等于施加在该多摩擦片叠加加载机构上由液压缸施加的推力。

2.采用权利要求1所述多摩擦片叠加加载机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器，其特征在于，它包括工控机(101)、A/D数据采集卡(102)、D/A转换电路(103)、伺服放大器(104)、DSP运动控制卡(105)、大伺服阀(106)、码盘(107)、力矩传感器(109)、力矩电机(110)和负载模拟单元；

码盘(107)和大伺服阀(106)设置在被测舵机(108)上；被测舵机(108)通过力矩传感器(109)与主轴(40)刚性连接；码盘(107)的信号输出端与A/D数据采集卡(102)的第一输入端相连，力矩传感器(109)的信号输出端与A/D数据采集卡(102)的第二输入端相连，A/D数据采集卡(102)的输出端与工控机(101)的信号反馈端相连；工控机(101)的指令输出端与D/A转换电路(103)的输入端相连，D/A转换电路(103)的输出端与伺服放大器(104)的输入端相连，伺服放大器(104)的给定角位移指令输出端与大伺服阀(106)指令输入端相连；伺服放大器(104)的给定力矩信号输出端与伺服阀(31)的指令输入端相连；

负载模拟单元包括两个多摩擦片叠加加载机构(111)、止推轴承(14)、力传感器(15)、过渡板(16)、弹簧(17)、三个液压缸(23)和伺服阀(31)；三个周向均布的液压缸(23)的两端对称分布两个多摩擦片叠加加载机构(111)；三个液压缸(23)由伺服阀(31)驱动，使其按给定力矩信号连续切换的向液压缸(23)两端的多摩擦片叠加加载机构(111)均匀施加推力，当正力矩加载时，三个液压缸(23)向远离被测舵机(108)一端的多摩擦片叠加加载机构(111)施加推力，当负力矩加载时，三个液压缸(23)向靠近被测舵机(108)一端的多摩擦片叠加加载机构(111)施加推力，其中所施加的推力通过弹簧(17)、过渡板(16)、力传感器(15)、止推轴承(14)作用于多摩擦片叠加加载机构(111)。

3.根据权利要求2所述采用多摩擦片叠加加载机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器，其特征在于，负载模拟单元还包括两个第一圆螺母(9)、第二圆螺母(26)、两个第一轴承(10)、两个第二轴承(11)、两个第三轴承(24)、两个第四轴承(29)、两个第五轴承(38)、上端基座(12)、下端基座(43)、中间基座(44)、第一大齿轮(13)、第二大齿轮(37)、套筒(18)、键(19)、第一小齿轮(20)、第二小齿轮(35)、A传动轴(27)、1号B传动轴(21)、2号B传动轴(34)、液压缸盖板(22)、三个锥齿轮(25)、第一轴承端盖(28)、第二轴承端盖(36)、两个第三轴承端盖(39)、轴承套筒(30)、阀块(32)、液压缸支座(33)、主轴(40)、出油口(41)和进油口(42)；上端基座(12)、下端基座(43)和中间基座(44)为一体件；

一个锥齿轮(25)通过键与A传动轴(27)连接在一起，1号B传动轴(21)通过键(19)分别与一个锥齿轮(25)及一个第一小齿轮(20)连接在一起，并用第二圆螺母(26)固定；2号B传动轴(34)通过键分别与一个锥齿轮(25)及一个第二小齿轮(35)连接在一起，三个锥齿轮(25)构成锥齿轮系；1号B传动轴(21)、2号B传动轴(34)分别通过一个第三轴承(24)固定在中间基座(44)上；A传动轴(27)通过第四轴承(29)、轴承套筒(30)及第一轴承端盖(28)固定在中间基座(44)上；1号B传动轴(21)通过轴承固定在上端基座(12)上，2号B传动轴(34)通过轴承固定在下端基座(43)上，且设置有第二轴承端盖(36)；力矩电机(110)拖动A传动轴(27)经过三个锥齿轮(25)组成的锥齿轮系及1号B传动轴(21)、2号B传动轴(34)驱动第一小齿轮(20)、第二小齿轮(35)分别按相同的转速，相反的转动方向高速转动；

液压缸支座(33)与上端基座(12)、下端基座(43)和中间基座(44)固定；主轴(40)穿过液压缸支座(33)，主轴(40)通过一个第五轴承(38)及一个第三轴承端盖(39)与上端基座(12)固定，主轴(40)通过另一个第五轴承(38)及另一个第三轴承端盖(39)与下端基座(43)固定；第一大齿轮(13)通过一个第一轴承(10)、一个第二轴承(11)与主轴(40)连接；并且通过第一圆螺母(9)将第一大齿轮(13)轴向固定在主轴(40)上；第二大齿轮(37)通过另一个第一轴承(10)、另一个第二轴承(11)与主轴(40)连接，并且通过另一个第一圆螺母(9)将第二大齿轮(37)轴向固定在主轴(40)上；第一大齿轮(13)、第二大齿轮(37)则分别由第一小齿轮(20)、第二小齿轮(35)通过啮合形式驱动，在主轴(40)上转动，由于第一小齿轮(20)、第二小齿轮(35)的转速相同，转动方向相反，则第一大齿轮(13)、第二大齿轮(37)的转速相同，转动方向相反，两大齿轮的转速始终高于被测舵机(108)的最高摆动速度；

伺服阀(31)固定在阀块(32)上，阀块(32)固定在液压缸支座(33)上，三个液压缸(23)通过液压缸盖板(22)周向均布的固定在液压缸支座(33)上；进油口(42)与液压泵站的高压油输出端口连接，出油口(41)与液压泵站的回油端口连接；伺服阀(31)通过阀块(32)及液压缸支座(33)内部的油路同步并联的控制三个液压缸(23)的活塞双向的移动；液压缸(23)两端对称分布着两组多摩擦片叠加加载机构(111)；第一大齿轮(13)、第二大齿轮(37)的侧面分别通过螺栓固定一个多摩擦片叠加加载机构(111)中的第一恒转动摩擦片(1)，则两个第一恒转动摩擦片(1)的转速及转动方向分别与第一大齿轮(13)、第二大齿轮(37)的一致。