CN105045134A - 双摩擦盘加载机构及采用该机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器 - Google Patents

Abstract

双摩擦盘加载机构及采用该机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器，属于电液伺服控制及半实物仿真领域。解决了现有的电液负载模拟器加载过程中被测舵机主运动严重影响负载模拟器加载性能的问题即多余力矩问题。本发明不存在多余力矩，且能够实现正、负双向力矩加载，当被测舵机进行高频主运动时，该种双向摩擦加载式电液负载模拟器都能很容易获得更高精度地动态力矩加载，能够实现高精度的小幅值力矩加载，控制策略无需考虑多余力矩补偿问题，控制策略的复杂性得到降低，且更加通用可靠，由于采用电液伺服控制技术，系统结构紧凑，系统具有高精度、高动态、高频响的力矩加载性能。用于电液伺服控制及半实物仿真。

Description

双摩擦盘加载机构及采用该机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器

技术领域

本发明涉及一种双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器，属于电液伺服控制及半实物仿真领域。

背景技术

在航空航天、武器装备等国防军事工业以及汽车工程、生物工程、建筑工程等民用工业生产中，通常需要对产品的关键部件或系统在受到外部动力载荷时，测试其性能以保证所设计产品的可靠性，并通过改进优化产品满足产品对性能的要求。多数动力负载一方面是随时间、空间变化的任意力/力矩，其具有强烈的非控性，如飞行器舵机舵面所受的空气铰链动力力矩等；另一方面，在真实环境中进行产品检测需要耗费大量的人力物力，有的甚至不可实现，如地震波动载荷。这些原因导致并促进了地面半实物仿真技术的产生和发展。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。为了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，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。

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，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。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加载精度高、频率响应快等性能特点。

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。

为了彻底消除负载模拟器的多余力矩，提高动态加载精度，实现精确地小力矩加载同时获得简单的结构、较低的成本以及简单的控制策略，亟需提出新的电液负载模拟器，基于该新的电液负载模拟器实现摩擦加载方法，使得该方法不存在由被测试舵机主运动产生的严重干扰加载性能的多余力矩，且能够结合电液伺服控制技术，全面提高负载模拟器加载性能。

发明内容

本发明针对现有的电液负载模拟器加载过程中被测舵机主运动严重影响负载模拟器加载性能的问题即多余力矩问题，发明了双摩擦盘加载机构及采用该机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器。

本发明所述的电液负载模拟器具有不受被测舵机主运动干扰无多余力矩、能够实现正/负双向力矩加载、加载精度高、加载频带宽、加载控制策略通用可靠等优点，实现了动态动力矩的主动加载。且该种摩擦加载式电液负载模拟器的提出顺应了导弹、战机等飞行器的机动性能和控制精度性能要求的提高对负载模拟器加载性能要求提高的趋势，推动了国防事业前进并能带来很好的经济性。

双摩擦盘加载机构，它包括A摩擦盘1、B摩擦盘2、滑键9和滑动盘14；

滑动盘14通过一个滑键9与主轴42连接，A摩擦盘1固定在滑动盘14的侧面上；A摩擦盘1基于主轴42进行轴向滑动，同时向主轴42传递扭矩；A摩擦盘1的转速与被测舵机108的摆动转速一致；B摩擦盘2与A摩擦盘1相对放置，且构成一个摩擦副。

采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器，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42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45的指令输入端相连；

负载模拟单元包括两个双摩擦盘加载机构111、止推轴承15、力传感器16、过渡板17、弹簧24、三个液压缸27、液压缸盖板39、液压缸支座41和伺服阀45；

三个周向均布的液压缸27的两端对称分布两个双摩擦盘加载机构111；三个液压缸27由伺服阀45驱动，使其按给定力矩信号连续切换的向液压缸27两端的双摩擦盘加载机构111均匀施加推力，当正力矩加载时，三个液压缸27向远离被测舵机108一端的双摩擦盘加载机构111施加推力，当负力矩加载时，三个液压缸27向靠近被测舵机108一端的双摩擦盘加载机构111施加推力，其中所施加的推力由液压缸27通过弹簧24、过渡板17、力传感器16、止推轴承15作用于双摩擦盘加载机构111。

负载模拟单元还包括第一大齿轮3、基座4、第一轴承5、第二轴承6、第一圆螺母7、第三轴承8、第一止动垫圈10、第一轴承端盖11、第二轴承端盖19、第四轴承20、套筒21、两个第一键22、第一小齿轮23、第一B传动轴25、第五轴承28、三个锥齿轮29、第六轴承30、A传动轴31、第三轴承端盖32、轴承套筒33、三个第二键36、第二B传动轴37、第二小齿轮38、第二大齿轮40、主轴42、出油口43、阀块44、进油口46；基座4包括上端基座4-1、中间基座4-2和下端基座4-3，三者构成一体件；

一个锥齿轮29通过一个第二键36与A传动轴31连接；第一B传动轴25通过另一个第二键36与第二个锥齿轮29连接；第一B传动轴25通过一个第一键22与第一小齿轮23连接；第二B传动轴37通过第三个第二键36与第三个锥齿轮29连接；第二B传动轴37通过另一个第一键22与第二小齿轮38连接；三个锥齿轮29构成锥齿轮系；

第一B传动轴25、第二B传动轴37分别通过一个第五轴承28固定在中间基座4-2上；A传动轴31通过第六轴承30和轴承套筒33及第三轴承端盖32固定在中间基座4-2上；

第一B传动轴25通过一个第四轴承20和一个套筒21固定在上端基座4-1上；第二B传动轴37通过另一个第四轴承20和另一个套筒21固定在下端基座4-3上，且设置有第二轴承端盖19；

力矩电机110拖动A传动轴31经过三个锥齿轮29组成的锥齿轮系及第一B传动轴25、第二B传动轴37驱动第一小齿轮23、第二小齿轮38分别按相同的转速，相反的转动方向高速转动；

液压缸支座41与上端基座4-1、下端基座4-3和中间基座4-2固定连接；主轴42穿过液压缸支座41，主轴42通过一个第三轴承8及一个第一轴承端盖11与上端基座4-1固定，主轴42通过另一个第三轴承8及一个第一轴承端盖11与下端基座4-3固定；

第一大齿轮3通过一个角接触轴承5、一个圆锥滚子轴承6与主轴42转动连接，并且通过一个第一止动垫圈10和一个第一圆螺母7将第一大齿轮3轴向固定在主轴42上；

第二大齿轮40通过另一个角接触轴承5、另一个圆锥滚子轴承6与主轴42连接，并且通过另一个第一止动垫圈10和另一个第一圆螺母7将第二大齿轮40轴向固定在主轴42上；

第一大齿轮3、第二大齿轮40分别由第一小齿轮23、第二小齿轮38通过啮合形式驱动，在主轴42上转动；

伺服阀45固定在阀块44上，阀块44固定在液压缸支座41上；

三个液压缸27通过液压缸盖板39固定于液压缸支座41上；进油口46与液压泵站的高压油输出端口连接，出油口43与液压泵站的回油端口连接；伺服阀45通过阀块44及液压缸支座41内部的油路同步并联的控制三个液压缸27的活塞双向切换的移动；液压缸27两端对称分布着两组双摩擦盘加载机构111；第一大齿轮3、第二大齿轮40的侧面分别通过螺栓固定一个双摩擦盘加载机构111中的B摩擦盘2，两个B摩擦盘2的转速及转动方向分别与第一大齿轮3、第二大齿轮40的一致。

本发明的有益效果是：本发明提出的一种双向摩擦加载式电液负载模拟器，被测试舵机主运动不会对负载模拟器系统加载性能产生干扰，即该负载模拟器不存在严重影响力矩加载性能的多余力矩，该负载模拟器能够实现正、负双向力矩加载。

由于不存在多余力矩，且能够实现正、负双向力矩加载，当被测舵机进行任意形式，尤其是高频主运动时，相对于传统结构电液负载模拟器，该种双向摩擦加载式电液负载模拟器都能很容易获得更高精度地动态力矩加载，能够实现高精度的小幅值力矩加载，控制策略无需考虑多余力矩补偿问题，控制策略的复杂性得到降低，且更加通用可靠，由于采用电液伺服控制技术，系统结构紧凑，系统具有高精度、高动态、高频响的力矩加载性能。一个双向摩擦加载式电液负载模拟器能够适用于不同力矩加载工况下，而无需重新设计相应的控制器，使该负载模拟器能够更容易、更广泛的得到应用。

附图说明

图1是一种双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器系统原理图；

图2是一种双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器力矩加载闭环控制框图；

图3是一种双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器模拟舵机角位移闭环控制框图；

图4是一种双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器结构图(俯视图)；

图5是一种双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器结构图(A-A剖视图)；

图6是一种双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器结构图(左视图)；

图7为实施方式一所述双摩擦盘加载结构的结构示意图；

图中，各个附图标记的含义：A摩擦盘1、B摩擦盘2、第一大齿轮3、基座4、角接触轴承5、圆锥滚子轴承6、第一圆螺母7、第三轴承8、滑键9、第一止动垫圈10、第一轴承端盖11、第一螺栓12、筋板13、滑动盘14、止推轴承15、力传感器16、过渡板17、第二螺栓18、第二轴承端盖19、第四轴承20、套筒21、第一键22、第一小齿轮23、弹簧24、第一B传动轴25、弹簧支座26、液压缸27、第五轴承28、锥齿轮29、第六轴承30、A传动轴31、第三轴承端盖32、轴承套筒33、第二止动垫圈34、第二圆螺母35、第二键36、第二B传动轴37、第二小齿轮38、液压缸盖板39、第二大齿轮40、液压缸支座41、主轴42、出油口43、阀块44、伺服阀45、进油口46、上端基座4-1、中间基座4-2、下端基座4-3。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图7说明本实施方式，本实施方式所述的双摩擦盘加载机构，它包括A摩擦盘1、B摩擦盘2、滑键9和滑动盘14；

滑动盘14通过一个滑键9与主轴42连接，A摩擦盘1固定在滑动盘14的侧面上；A摩擦盘1基于主轴42进行轴向滑动，同时向主轴42传递扭矩；A摩擦盘1的转速与被测舵机108的摆动转速一致；B摩擦盘2与A摩擦盘1相对放置，且构成一个摩擦副。

具体实施方式二、采用实施方式一所述的双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器，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42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45的指令输入端相连；

工控机101通过控制DSP运动卡105来控制力矩电机110按指定的形式转动。

工控机101可以通过网线或是RS232接口与DSP运动控制卡105连接，力矩电机110与DSP运动控制卡105的关系是DSP运动控制卡会向电机提供驱动电压，力矩电机110向DSP运动控制卡反馈自己的转速等信号。

负载模拟单元包括两个双摩擦盘加载机构111、止推轴承15、力传感器16、过渡板17、弹簧24、三个液压缸27、液压缸盖板39、液压缸支座41和伺服阀45；

三个周向均布的液压缸27的两端对称分布两个双摩擦盘加载机构111；三个液压缸27由伺服阀45驱动，使其按给定力矩信号连续切换的向液压缸27两端的双摩擦盘加载机构111均匀施加推力，当正力矩加载时，三个液压缸27向远离被测舵机108一端的双摩擦盘加载机构111施加推力，当负力矩加载时，三个液压缸27向靠近被测舵机108一端的双摩擦盘加载机构111施加推力，其中所施加的推力由液压缸27通过弹簧24、过渡板17、力传感器16、止推轴承15作用于双摩擦盘加载机构111。

本实施方式中，结合实施方式一所述的双摩擦盘加载机构，制成的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器，在紧凑的结构尺寸下，能够实现高精度的小幅值力矩加载，在使用控制策略时无需考虑多余力矩补偿问题，控制策略的复杂性得到降低，且更加通用可靠。由于采用电液伺服控制技术，系统结构紧凑，系统具有高精度、高动态、高频响的力矩加载性能，一个双向摩擦加载式电液负载模拟器能够适用于不同力矩加载工况下，而无需重新设计相应的控制器，使该负载模拟器能够更容易、更广泛的得到应用。

由于B摩擦盘、A摩擦盘1间有相对转动及摩擦，根据摩擦力的产生原理即：

f＝F·μ(1)

式中：f——摩擦力(N)；

F——摩擦盘A、B间所受的液压缸施加的推力(N)；

μ——摩擦盘A、B间的摩擦系数。

B摩擦盘2、A摩擦盘1间的接触面积为圆环形，加载时可认为液压缸27施加的推力F及产生的相应摩擦力f均布在圆环形面积上，则由微积分知识易得出摩擦力f经过摩擦盘转化的扭矩T为：

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

式中：f——摩擦力(N)；

b——摩擦盘A、B间接触环外径(m)；

a——摩擦盘A、B间接触环内径(m)。

由上可知，由于液压缸27两端的由A摩擦盘1与B摩擦盘2组成的摩擦副间存在摩擦，液压缸27两端的摩擦副有方向相反的相对转动由于B摩擦盘2的转速高于A摩擦盘1的最高摆动转速，因此作用在液压缸27两端摩擦副上的推力F将被转化为力矩T，而且分别由液压缸27两端的摩擦副产生的力矩的方向相反。

由于液压缸27两端的A摩擦盘1分别固定在一个滑动盘14上，两个滑动盘14分别通过一个滑键9与主轴42连接，A摩擦盘1与液压缸27通过止推轴承15过渡，B摩擦盘2的转速高于A摩擦盘1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27连续切换的对两个A摩擦盘1施加推力，被测舵机108的主运动也不会对产生的力矩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27两端的B摩擦盘2、A摩擦盘1间产生的力矩T将通过如前所述的滑键9连接通过主轴42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。产生的扭矩T由力矩传感器109测量并通过A/D数据采集卡102反馈给工控机101。

实时控制软件将利用给定的期望力矩矩信号及反馈的系统实际输出力矩信号等根据所设计的控制器计算出力矩控制信号，并通过D/A转换电路103、伺服放大器104将计算出的力矩控制信号传给伺服阀45以驱动液压缸27连续切换的向液压缸27两端的由A摩擦盘1及B摩擦盘2组成的摩擦副分别施加轴向推力F当模拟正力矩时，液压缸27向远离被测舵机108一端的摩擦副施加推力，当模拟负力矩时，液压缸27向靠近被测舵机108一端的摩擦副施加推力。进而在液压缸27两端的摩擦副的相对转动及摩擦作用下产生相应的力矩T，这样就形成了力矩加载闭环控制系统，其控制框图如图2所示。

被测试舵机系统108一般也是闭环伺服控制。如图1所示，模拟舵机系统108输出的角位移由码盘107测量并通过A/D数据采集卡102反馈给工控机101，实时控制软件将利用给定的期望角位移信号与反馈的角位移信号根据所设计的控制器计算出控制信号并通过D/A转换电路103、伺服放大器104传给大伺服阀106以驱动摆动液压马达舵机108转动，这样就形成了模拟舵机系统的角位移闭环控制，其控制框图如图3所示。

具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式二所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器的进一步说明，负载模拟单元还包括第一大齿轮3、基座4、第一轴承5、第二轴承6、第一圆螺母7、第三轴承8、第一止动垫圈10、第一轴承端盖11、第二轴承端盖19、第四轴承20、套筒21、两个第一键22、第一小齿轮23、第一B传动轴25、第五轴承28、三个锥齿轮29、第六轴承30、A传动轴31、第三轴承端盖32、轴承套筒33、三个第二键36、第二B传动轴37、第二小齿轮38、第二大齿轮40、主轴42、出油口43、阀块44、进油口46；基座4包括上端基座4-1、中间基座4-2和下端基座4-3，三者构成一体件；

一个锥齿轮29通过一个第二键36与A传动轴31连接；第一B传动轴25通过另一个第二键36与第二个锥齿轮29连接；第一B传动轴25通过一个第一键22与第一小齿轮23连接；第二B传动轴37通过第三个第二键36与第三个锥齿轮29连接；第二B传动轴37通过另一个第一键22与第二小齿轮38连接；三个锥齿轮29构成锥齿轮系；

第一B传动轴25、第二B传动轴37分别通过一个第五轴承28固定在中间基座4-2上；A传动轴31通过第六轴承30和轴承套筒33及第三轴承端盖32固定在中间基座4-2上；

第一B传动轴25通过一个第四轴承20和一个套筒21固定在上端基座4-1上；第二B传动轴37通过另一个第四轴承20和另一个套筒21固定在下端基座4-3上，且设置有第二轴承端盖19；

力矩电机110拖动A传动轴31经过三个锥齿轮29组成的锥齿轮系及第一B传动轴25、第二B传动轴37驱动第一小齿轮23、第二小齿轮38分别按相同的转速，相反的转动方向高速转动；

液压缸支座41与上端基座4-1、下端基座4-3和中间基座4-2固定连接；主轴42穿过液压缸支座41，主轴42通过一个第三轴承8及一个第一轴承端盖11与上端基座4-1固定，主轴42通过另一个第三轴承8及一个第一轴承端盖11与下端基座4-3固定；

第一大齿轮3通过一个角接触轴承5、一个圆锥滚子轴承6与主轴42转动连接，并且通过一个第一止动垫圈10和一个第一圆螺母7将第一大齿轮3轴向固定在主轴42上；

第二大齿轮40通过另一个角接触轴承5、另一个圆锥滚子轴承6与主轴42连接，并且通过另一个第一止动垫圈10和另一个第一圆螺母7将第二大齿轮40轴向固定在主轴42上；

第一大齿轮3、第二大齿轮40分别由第一小齿轮23、第二小齿轮38通过啮合形式驱动，在主轴42上转动，由于第一小齿轮23、第二小齿轮38的转速相同，转动方向相反，则第一大齿轮3、第二大齿轮40的转速相同，转动方向相反，两个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45固定在阀块44上，阀块44固定在液压缸支座41上；

三个液压缸27通过液压缸盖板39固定于液压缸支座41上；进油口46与液压泵站的高压油输出端口连接，出油口43与液压泵站的回油端口连接；伺服阀45通过阀块44及液压缸支座41内部的油路同步并联的控制三个液压缸27的活塞双向切换的移动；液压缸27两端对称分布着两组双摩擦盘加载机构111；第一大齿轮3、第二大齿轮40的侧面分别通过螺栓固定一个双摩擦盘加载机构111中的B摩擦盘2，两个B摩擦盘2的转速及转动方向分别与第一大齿轮3、第二大齿轮40的一致。

具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式三所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器的进一步说明，它还包括第一螺栓12、筋板13、第二螺栓18、弹簧支座26、第二止动垫圈34和第二圆螺母35；

第一螺栓12用于固定第一轴承端盖11；

筋板13与基座4焊接固定，用于加强支撑基座4；

第二螺栓18用于固定第二轴承端盖19；

弹簧支座26用于固定弹簧24；

第二止动垫圈34、第二圆螺母35用于分别将一个锥齿轮29轴向固定在第一B传动轴25、第二B传动轴37及A传动轴31上。

具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式四所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器的进一步说明，通过安装位移传感器、压力传感器及力传感器分别实时测量液压缸27活塞的位移、液压缸27两腔的油压及液压缸27产生的轴向推力，并通过A/D数据采集卡102将液压缸27活塞的位移、液压缸27两腔的油压及液压缸27产生的轴向推力与系统产生的力矩一起反馈给工控机101。

本实施方式中，这样能够利用液压缸27活塞的位移、液压缸27两腔的油压及液压缸27产生的轴向推力及系统输出力矩等信号设计出性能更高的控制器，从而使该双向摩擦加载式电液负载模拟器的力矩加载性能进一步提高。

具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式四所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器的进一步说明，力矩电机110或是其他驱动装置同时驱动液压缸27两端的双摩擦盘加载机构111中的B摩擦盘2以高于被测试舵机108的最大摆动转速的转速转动，液压缸27两端的双摩擦盘加载机构111中的B摩擦盘2的转速大小相同，转动方向相反；当被测舵机108以任何形式运动时，液压缸27两端的双摩擦盘加载机构111中的由A摩擦盘1与B摩擦盘2组成的摩擦副之间分别保持恒定方向的相对转动，液压缸27两端的摩擦副的相对转动方向相反。

具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式四所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器的进一步说明，液压缸27两端的双摩擦盘加载机构111中的A摩擦盘1与三个周向均布的液压缸27间分别通过一个止推轴承15过渡，使得固定在与主轴42通过滑键9连接的双摩擦盘加载机构111中的滑动盘14侧面上的A摩擦盘1同被测试舵机108一同摆动时，摆动的A摩擦盘1与固定在液压缸支座41上静止的液压缸27间的摩擦力矩很小，可以忽略不计，液压缸27向A摩擦盘1、B摩擦盘2间施加轴向推力时不受舵机摆动干扰，液压缸27两端的A摩擦盘1除了分别与液压缸27两端的B摩擦盘2产生摩擦力矩外不会与其他部件产生相应的干扰力矩。

具体实施方式八、本实施方式是对具体实施方式四所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器的进一步说明，液压缸27两端的A摩擦盘1分别通过滑动盘14与主轴42通过滑键9连接，从而保证液压缸27两端的A摩擦盘1能够无损的传递液压缸27施加的轴向推力，保证液压缸27施加的推力无损失的作用于其中一个液压缸27两端由双摩擦盘加载机构111中的B摩擦盘2、A摩擦盘1组成的摩擦副，此外滑键连接能够将B摩擦盘2、A摩擦盘1间产生的摩擦力矩传递给主轴42，并最终作用在被测试舵机108上。

具体实施方式九、本实施方式是对具体实施方式四所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器的进一步说明，由于液压缸27两端的由A摩擦盘1与B摩擦盘2组成的摩擦副之间分别保持恒定方向的相对转动，液压缸27两端的摩擦副的相对转动方向相反，通过控制伺服阀45驱动液压缸27连续切换的分别向液压缸27两端的由B摩擦盘2、A摩擦盘1组成的摩擦副间施加轴向推力；当模拟正力矩时，液压缸27向远离被测舵机108一端的摩擦副施加推力；当模拟负力矩时，液压缸27向靠近被测舵机108一端的摩擦副施加推力；完成所述的摩擦加载式电液负载模拟器的正、负双向力矩加载。

具体实施方式十、本实施方式是对具体实施方式四所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器的进一步说明，采用力矩电机110或其他可控驱动马达同时驱动液压缸27两端的B摩擦盘2高速转动，实时控制力矩电机的转速，使液压缸27两端由B摩擦盘2、A摩擦盘1组成的摩擦副在不同加载工况下分别获得最优的相对转速，使力矩加载时B摩擦盘2、A摩擦盘1间产生的摩擦热、摩擦磨损最小，抑制B摩擦盘2、A摩擦盘1间的摩擦冲击，使力矩加载更加平稳。

具体实施方式十一、本实施方式是对具体实施方式四所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器的进一步说明，三个周向均匀分布的液压缸27在电液流量伺服阀45的驱动下同时连续切换的分别给液压缸27两端的A摩擦盘1施加轴向推力，使得所施加的推力能够均匀分布在B摩擦盘2与A摩擦盘1的接触面上，使力矩加载更加平稳、更容易伺服控制，此外三个液压缸27同时加载时在获得相同输出力的条件下获得更小的容积，使系统获得最大加载力矩又能保证系统具有足够大的响应频宽。

Claims (4)

1.双摩擦盘加载机构，其特征在于，它包括A摩擦盘(1)、B摩擦盘(2)、滑键(9)和滑动盘(14)；

滑动盘(14)通过一个滑键(9)与主轴(42)连接，A摩擦盘(1)固定在滑动盘(14)的侧面上；A摩擦盘(1)基于主轴(42)进行轴向滑动，同时向主轴(42)传递扭矩；A摩擦盘(1)的转速与被测舵机(108)的摆动转速一致；B摩擦盘(2)与A摩擦盘(1)相对放置，且构成一个摩擦副。

2.采用权利要求1所述的双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器，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(42)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(45)的指令输入端相连；

负载模拟单元包括两个双摩擦盘加载机构(111)、止推轴承(15)、力传感器(16)、过渡板(17)、弹簧(24)、三个液压缸(27)、液压缸盖板(39)、液压缸支座(41)和伺服阀(45)；

三个周向均布的液压缸(27)的两端对称分布两个双摩擦盘加载机构(111)；三个液压缸(27)由伺服阀(45)驱动，使其按给定力矩信号连续切换的向液压缸(27)两端的双摩擦盘加载机构(111)均匀施加推力，当正力矩加载时，三个液压缸(27)向远离被测舵机(108)一端的双摩擦盘加载机构(111)施加推力，当负力矩加载时，三个液压缸(27)向靠近被测舵机(108)一端的双摩擦盘加载机构(111)施加推力，其中所施加的推力由液压缸(27)通过弹簧(24)、过渡板(17)、力传感器(16)、止推轴承(15)作用于双摩擦盘加载机构(111)。

3.根据权利要求2所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器，其特征在于，负载模拟单元还包括第一大齿轮(3)、基座(4)、第一轴承(5)、第二轴承(6)、第一圆螺母(7)、第三轴承(8)、第一止动垫圈(10)、第一轴承端盖(11)、第二轴承端盖(19)、第四轴承(20)、套筒(21)、两个第一键(22)、第一小齿轮(23)、第一B传动轴(25)、第五轴承(28)、三个锥齿轮(29)、第六轴承(30)、A传动轴(31)、第三轴承端盖(32)、轴承套筒(33)、三个第二键(36)、第二B传动轴(37)、第二小齿轮(38)、第二大齿轮(40)、主轴(42)、出油口(43)、阀块(44)、进油口(46)；基座(4)包括上端基座(4-1)、中间基座(4-2)和下端基座(4-3)，三者构成一体件；

一个锥齿轮(29)通过一个第二键(36)与A传动轴(31)连接；第一B传动轴(25)通过另一个第二键(36)与第二个锥齿轮(29)连接；第一B传动轴(25)通过一个第一键(22)与第一小齿轮(23)连接；第二B传动轴(37)通过第三个第二键(36)与第三个锥齿轮(29)连接；第二B传动轴(37)通过另一个第一键(22)与第二小齿轮(38)连接；三个锥齿轮(29)构成锥齿轮系；

第一B传动轴(25)、第二B传动轴(37)分别通过一个第五轴承(28)固定在中间基座(4-2)上；A传动轴(31)通过第六轴承(30)和轴承套筒(33)及第三轴承端盖(32)固定在中间基座(4-2)上；

第一B传动轴(25)通过一个第四轴承(20)和一个套筒(21)固定在上端基座(4-1)上；第二B传动轴(37)通过另一个第四轴承(20)和另一个套筒(21)固定在下端基座(4-3)上，且设置有第二轴承端盖(19)；

力矩电机(110)拖动A传动轴(31)经过三个锥齿轮(29)组成的锥齿轮系及第一B传动轴(25)、第二B传动轴(37)驱动第一小齿轮(23)、第二小齿轮(38)分别按相同的转速，相反的转动方向高速转动；

液压缸支座(41)与上端基座(4-1)、下端基座(4-3)和中间基座(4-2)固定连接；主轴(42)穿过液压缸支座(41)，主轴(42)通过一个第三轴承(8)及一个第一轴承端盖(11)与上端基座(4-1)固定，主轴(42)通过另一个第三轴承(8)及一个第一轴承端盖(11)与下端基座(4-3)固定；

第一大齿轮(3)通过一个角接触轴承(5)、一个圆锥滚子轴承(6)与主轴(42)转动连接，并且通过一个第一止动垫圈(10)和一个第一圆螺母(7)将第一大齿轮(3)轴向固定在主轴(42)上；

第二大齿轮(40)通过另一个角接触轴承(5)、另一个圆锥滚子轴承(6)与主轴(42)连接，并且通过另一个第一止动垫圈(10)和另一个第一圆螺母(7)将第二大齿轮(40)轴向固定在主轴(42)上；

第一大齿轮(3)、第二大齿轮(40)分别由第一小齿轮(23)、第二小齿轮(38)通过啮合形式驱动，在主轴(42)上转动；

伺服阀(45)固定在阀块(44)上，阀块(44)固定在液压缸支座(41)上；

三个液压缸(27)通过液压缸盖板(39)固定于液压缸支座(41)上；进油口(46)与液压泵站的高压油输出端口连接，出油口(43)与液压泵站的回油端口连接；伺服阀(45)通过阀块(44)及液压缸支座(41)内部的油路同步并联的控制三个液压缸(27)的活塞双向切换的移动；液压缸(27)两端对称分布着两组双摩擦盘加载机构(111)；第一大齿轮(3)、第二大齿轮(40)的侧面分别通过螺栓固定一个双摩擦盘加载机构(111)中的B摩擦盘(2)，两个B摩擦盘(2)的转速及转动方向分别与第一大齿轮(3)、第二大齿轮(40)的一致。

4.根据权利要求3所述的采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器，其特征在于，它还包括第一螺栓(12)、筋板(13)、第二螺栓(18)、弹簧支座(26)、第二止动垫圈(34)和第二圆螺母(35)；

第一螺栓(12)用于固定第一轴承端盖(11)；

筋板(13)与基座(4)焊接固定，用于加强支撑基座(4)；

第二螺栓(18)用于固定第二轴承端盖(19)；

弹簧支座(26)用于固定弹簧(24)；

第二止动垫圈(34)、第二圆螺母(35)用于分别将一个锥齿轮(29)轴向固定在第一B传动轴(25)、第二B传动轴(37)及A传动轴(31)上。