CN105486502A - 一种往复式旋转激励台架系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种往复式旋转激励台架系统，其特征是由线性激振台、运动转换装置以及变向增扭装置构成往复式旋转激励系统；是由运动转换装置将线性激振台形成的竖向往复线性激励转变为竖向往复旋转激励，由变向增扭装置将竖向往复旋转激励转换为水平往复旋转激励，并且水平往复旋转激励的扭矩大小和转动行程能够在变向增扭装置中分别得到增加和减小；由激振控制模块同时测量往复式旋转激励系统的振动幅值与线性激振力。本发明系统尤其适用于大转矩有限转角执行器的特性测试，还可进行基于被动/主动/半主动旋转式执行器的振动控制实验测试。

Description

一种往复式旋转激励台架系统

技术领域

本发明涉及旋转式执行器及其振动控制系统测试技术领域，具体涉及一种用于往复旋转式执行器的往复式旋转激励系统。

背景技术

用于旋转式执行器的测试仪器种类较多，例如力矩扳手和扭矩仪。力矩扳手是一种扭矩可调的扳手，预先调节扭矩，再紧固物体，利用这一特性可将它作为一种最为简单并且实用的旋转激励工具或者扭矩测试仪器，但是这种仪器精度较低、可施加的旋转激励较小并且量程范围十分有限。扭矩仪是一种用于医疗器械、化妆品和饮料等各种容器盖子的松紧，螺丝的松紧，阀门开闭的扭矩和各种扭矩大小的精确测量仪器，现在在照相机行业也得到广泛的应用，主要对照相机镜头变焦时的扭矩进行测定，这种扭矩测试仪器精度高但是适用范围较小。一种用于汽车实验室的变速箱加载实验台是由电机匹配相应量程的扭矩传感器并搭配一套操作系统组合而成的台架系统，是当前机械行业里常用的大型旋转激励台架系统，此类台架系统的旋转激励大小取决于电机的额定功率，扭矩测试精度取决于扭矩传感器的精度，这种实验台简单方便易于操作，得到了广泛的应用。但其只能提供单一的正向或者反向旋转激励，导致各种有限转角旋转式执行器的测试成为不可能，对于大扭矩有限转角旋转式执行器的测试更是鞭长莫及，最终造成系统测试结果单一、适用性相对较差的缺陷。

此外，现有技术中的旋转式激励台架无法完成基于旋转式被动/主动/半主动执行器的振动控制系统的性能测试。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种往复式旋转激励台架系统，以其针对旋转式执行器，尤其是大扭矩有限转角旋转式执行器有效地进行性能测试。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明往复式旋转激励台架系统的结构特点是：

由两侧立柱以及连接在两侧立柱之间的顶部水平梁构成龙门架；

质量块导向台设置在水平梁上，所述质量块导向台是以水平梁为支承，并且可沿竖向导柱升降，在质量块导向台的顶部台面与水平梁之间设置有限位杆，所述质量块导向台的底部台面位于水平梁的下方；

在所述质量块导向台的底部台面的底面设置激振控制模块，所述激振控制模块的底面与变向增扭装置刚性连接；

所述变向增扭装置的输入轴竖直向下，并与位于变向增扭装置底部的运动转换装置相连接，所述运动转换装置的底部端面固定在线性激振台的顶端；所述变向增扭装置的输出端与水平光轴的一端通过柔性联轴器相连，所述水平光轴的另一端依次与扭矩传感器及大扭矩有限转角执行器的旋转轴相连接，所述大扭矩有限转角执行器的壳体固定在所述龙门架的一侧立柱上；

由所述线性激振台、运动转换装置以及变向增扭装置构成往复式旋转激励系统，所述往复式旋转激励系统是由所述运动转换装置将线性激振台形成的竖向往复线性激励转变为竖向往复旋转激励，由所述变向增扭装置将所述竖向往复旋转激励转换为水平往复旋转激励，并且所述水平往复旋转激励的扭矩大小和转动行程能够在所述变向增扭装置中分别得到增加和减小；由所述激振控制模块中的内置力传感器和内置位移传感器同时测量所述往复式旋转激励系统的振动幅值与线性激振力。

本发明往复式旋转激励台架系统的结构特点也在于：所述运动转换装置的结构设置为：以滚珠丝杆组件为输入端，以连接套筒为输出端；在所述连接套筒的底端固联有底盘，滚珠丝杆中螺母固定设置在所述底盘上，与所述螺母配合设置的丝杆呈竖向，丝杆的底端固定设置在线性激振台的顶端；在所述连接套筒的顶端固联有顶盘，在所述顶盘中设置与所述变向增扭装置的输入轴的轴端相匹配的台阶和键槽，利用所述台阶承受竖向力，利用所述键槽传动旋转激励。

本发明往复式旋转激励台架系统的结构特点也在于：设置所述往复式旋转激励台架系统的输入与输出的关系式如式①和式②：

$M=\frac{F\×d\×\tan (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{2}\×i$ ①

②

其中：

M为变向增扭装置的输出旋转激励；

F为线性激振台的竖向激振力；

d为运动转换装置中滚珠丝杆的直径；

α为运动转换装置中滚珠丝杆的导程角；

β为运动转换装置中滚珠丝杆的当量摩擦角；

i为变向增扭装置输入轴与输出轴的变速比；

θ为变向增扭装置的输出端转角；

L为线性激振台的竖向位移；

s为运动转换装置中滚珠丝杆的导程；

利用式①确立变向增扭装置的输出旋转激励M与竖向激振力F的关系；

利用式②确立变向增扭装置的输出转角θ与线性激振台的竖向位移L的关系。

本发明往复式旋转激励台架系统的结构特点也在于：所述运动转换装置设置为齿轮齿条结构，所述齿轮齿条结构中的齿轮安装于变向增扭装置的输入轴的轴端，所述齿轮齿条结构中齿条的驱动端固定设置在线性激振台的顶端，由所述齿轮齿条机构将线性激振台形成的往复线性激励转换为往复旋转激励。

本发明往复式旋转激励台架系统的结构特点也在于：所述质量块导向台、激振控制模块以及所述往复式旋转激励系统共同组成激振安全控制系统，用于防止实验过程中可能出现的振动过大以及过载行为。

本发明往复式旋转激励台架系统的结构特点是：

由两侧立柱以及连接在两侧立柱之间的顶部水平梁构成龙门架；

质量块导向台设置在水平梁上，所述质量块导向台是以水平梁为支承，并且可沿竖向导柱自由升降，所述质量块导向台的底部台面位于水平梁的下方；

在所述质量块导向台的底部台面的底面设置激振控制模块，所述激振控制模块的底面与大扭矩有限转角执行器的壳体刚性连接；

所述大扭矩有限转角执行器的旋转轴竖直向下，并与位于大扭矩有限转角执行器底部的减速器的输出轴相连接，所述减速器的壳体与所述导向台的底部台面固定连接；

设置运动转换装置，是以滚珠丝杆组件为输入端，以连接套筒为输出端；在所述连接套筒的底端固联有底盘，滚珠丝杆中螺母固定设置在所述底盘上，与所述螺母配合设置的丝杆呈竖向，丝杆的底端固定设置在线性激振台的顶端；在所述连接套筒的顶端固联有顶盘，在所述顶盘中设置与所述减速器的输入轴的轴端相匹配的台阶和键槽，利用所述台阶承受竖向力，利用所述键槽传动旋转激励；

在所述线性激振台的顶端与减速器的壳体之间设置弹簧，所述弹簧在运动转换装置的外围均匀分布，与所述运动转换装置形成并联形式。

本发明往复式旋转激励台架系统的结构特点也在于：由所述质量块导向台、激振控制模块、减速器、运动转换装置、以及附加弹簧共同组成振动控制系统，用于被动/主动/半主动旋转式执行器的振动控制系统的振动控制实验。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明能够针对旋转式执行器，尤其是大扭矩有限转角执行器进行往复激励测试，解决了目前对于大扭矩旋转执行器和有限转角执行器无法进行有效、快速的实验测试和性能评价的问题。

2.本发明通过激振控制模块配合往复式旋转激励系统可行成一种激振安全控制系统，能有效的防止实验过程中可能出现的振动过大以及过载等行为，保证系统测试的安全性和运行稳定。

3本发明通过激振控制模块配合减速器、运动转换装置以及附加弹簧可形成一种振动控制系统，能进一步完成基于被动/主动/半主动旋转式执行器的振动控制系统在给定的条件下的振动控制实验，直接得出有关实际工程应用的效果。

4、本发明的运动转换装置可以是滚珠丝杆配合连接套筒形式或为齿轮齿条机构形式，滚珠丝杆配合连接套筒形式承载能力大且无侧向分力；齿轮齿条机构形式结构简单易于实现并且传递效率较高。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1所示系统的安全控制方式示意图；

图3a为本发明中运动转换装置中连接套筒主视结构示意图；

图3b为图3a的俯视示意图；

图3c为图3a的仰视示意图；

图4为本发明中另一实施方式结构示意图；

图5为本发明中又一实施方式结构示意图；

图6为图5所示系统的振动控制方式示意图；

图中标号：1龙门架，2质量块导向台，2a竖向导柱，2b限位杆，3激振控制模块，4变向增扭装置，5运动转换装置，5a顶盘，5b底盘，6线性激振台，7光轴，8扭矩传感器，9大扭矩有限转角执行器，10减速器，11弹簧。

具体实施方案

实施例1：本实施例中往复式旋转激励台架系统的结构设置为：

由两侧立柱以及连接在两侧立柱之间的顶部水平梁构成龙门架1；质量块导向台2设置在水平梁上，质量块导向台2是以水平梁为支承，并且可沿竖向导柱2a升降，在质量块导向台2的顶部台面与水平梁之间设置有限位杆2b，质量块导向台2的底部台面位于水平梁的下方；在质量块导向台2的底部台面的底面设置激振控制模块3，激振控制模块3的底面与变向增扭装置4刚性连接。

变向增扭装置4的输入轴竖直向下，并与位于变向增扭装置4底部的运动转换装置5相连接，运动转换装置5的底部端面固定在线性激振台6的顶端；变向增扭装置4的输出端与水平光轴7的一端通过柔性联轴器相连，水平光轴7的另一端依次与扭矩传感器8以及大扭矩有限转角执行器9的旋转轴相连接，大扭矩有限转角执行器9的壳体固定在龙门架1的一侧立柱上。

由线性激振台6、运动转换装置5以及变向增扭装置4构成往复式旋转激励系统，往复式旋转激励系统中是由运动转换装置5将线性激振台6形成的竖向往复线性激励转变为竖向往复旋转激励，由变向增扭装置4将竖向往复旋转激励转换为水平往复旋转激励，并且水平往复旋转激励的扭矩大小和转动行程能够在变向增扭装置4中分别得到增加和减小；由激振控制模块3中的内置力传感器和内置位移传感器同时测量往复式旋转激励系统的振动幅值与线性激振力。

如图1所示，本实施例中运动转换装置5的结构设置为：以滚珠丝杆组件为输入端，以连接套筒为输出端；如图3a、图3b和图3c所示，在连接套筒的底端固联有底盘5b，滚珠丝杆中螺母固定设置在底盘5b上，与螺母配合设置的丝杆呈竖向，丝杆的底端固定设置在线性激振台6的顶端；在连接套筒的顶端固联有顶盘5a，在顶盘5a中设置与变向增扭装置4的输入轴的轴端相匹配的台阶和键槽，利用台阶承受竖向力，利用键槽传动旋转激励。

本实施例中设置往复式旋转激励台架系统的输入与输出关系式如式①和式②所示：

$M=\frac{F\×d\×\tan (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{2}\×i$ ①

②

其中：

M为变向增扭装置4的输出旋转激励；

F为线性激振台6的竖向激振力；

d为运动转换装置5中滚珠丝杆的直径；

α为运动转换装置5中滚珠丝杆的导程角；

β为运动转换装置5中滚珠丝杆的当量摩擦角；

θ为变向增扭装置4的输出端转角；

i为变向增扭装置4输入轴与输出轴的变速比；

L为线性激振台6的竖向位移。

s为运动转换装置5中滚珠丝杆的导程；

利用式①确立变向增扭装置4的输出旋转激励M与竖向激振力F的关系；

利用式②确立变向增扭装置4的输出转角θ与线性激振台6的竖向位移L的关系。

如图4所示，本实施例中运动转换装置5也可以设置为齿轮齿条结构，齿轮齿条结构中的齿轮安装于变向增扭装置4的输入轴的轴端，齿轮齿条结构中齿条的驱动端固定设置在线性激振台6的顶端，由齿轮齿条机构将线性激振台6形成的往复线性激励转换为往复旋转激励。采用齿轮齿条机构，利用齿轮齿条机构将往复线性激励转换为往复旋转激励，较滚珠丝杆而言具有较小的初始静摩擦力，其结构简单，旋转激励大小与转角行程的转换方程更为简单。

图2所示为本实施例系统的安全控制方式，由质量块导向台2、激振控制模块3以及往复式旋转激励系统共同组成激振安全控制系统，用于防止实验过程中可能出现的振动过大以及过载行为。若旋转激励台架振动的振幅Α超过了设定值ε₁，则减小输入激励，保持稳定运作；若旋转激励台架整体受力超过了质量块导向台2的设定质量G使得质量块导向台2发生大位移移动，则立即停止运作。

实施例2：本实施例中往复式旋转激励台架系统的结构设置为：

参见图5，由两侧立柱以及连接在两侧立柱之间的顶部水平梁构成龙门架1；质量块导向台2设置在水平梁上，质量块导向台2是以水平梁为支承，并且可沿竖向导柱2a自由升降，质量块导向台2的底部台面位于水平梁的下方；在质量块导向台2的底部台面的底面设置激振控制模块3，激振控制模块3的底面与大扭矩有限转角执行器9的壳体刚性连接。

大扭矩有限转角执行器9的旋转轴竖直向下，并与位于大扭矩有限转角执行器9底部的减速器10的输出轴相连接，减速器10的壳体与导向台2的底部台面固定连接；

设置运动转换装置5，是以滚珠丝杆组件为输入端，以连接套筒为输出端；在连接套筒的底端固联有底盘5b，滚珠丝杆中螺母固定设置在底盘5b上，与螺母配合设置的丝杆呈竖向，丝杆的底端固定设置在线性激振台6的顶端；在连接套筒的顶端固联有顶盘5a，在顶盘5a中设置与减速器10的输入轴的轴端相匹配的台阶和键槽，利用台阶承受竖向力，利用键槽传动旋转激励；在线性激振台6的顶端与减速器12的壳体之间设置弹簧11，弹簧11在运动转换装置5的外围均匀分布，与运动转换装置5形成并联形式。

图6示出了本实施例系统的振动控制方式：由质量块导向台2、激振控制模块3、减速器10、运动转换装置5、以及附加弹簧11共同组成振动控制系统，用于被动/主动/半主动旋转式执行器的振动控制系统的振动控制实验，本实施例中以减速器10替代变向增扭装置4与运动转换装置5和大扭矩有限转角执行器9同轴相连，大扭矩有限转角执行器9为被动执行器、主动执行器或为半主动执行器，本实施例中系统用于模拟一种悬架振动系统，如汽车四分之一悬架振动等，其质量块导向台2作为簧上质量可上下往复振动；以一种半主动振动控制系统为例：若质量块导向台2下端表面的振幅Α超过了设定值ε₂或者质量块导向台2下端表面的振动速度峰值ν>m，则通过激振控制模块3的反馈信号可对大扭矩有限转角执行器9的阻尼力进行实时调整，衰减系统的振动，最后通过采集的数据，可推算得大扭矩有限转角执行器9在一定负载与激励下实现最佳减振效果时的阻尼力大小。本实施例可模拟工程实际条件进行测试，测试结果对实际工程应用具有重要的意义。

Claims (7)

1.一种往复式旋转激励台架系统，其特征在于：

由两侧立柱以及连接在两侧立柱之间的顶部水平梁构成龙门架(1)；

质量块导向台(2)设置在水平梁上，所述质量块导向台(2)是以水平梁为支承，并且可沿竖向导柱(2a)升降，在质量块导向台(2)的顶部台面与水平梁之间设置有限位杆(2b)，所述质量块导向台(2)的底部台面位于水平梁的下方；

在所述质量块导向台(2)的底部台面的底面设置激振控制模块(3)，所述激振控制模块(3)的底面与变向增扭装置(4)刚性连接；

所述变向增扭装置(4)的输入轴竖直向下，并与位于变向增扭装置(4)底部的运动转换装置(5)相连接，所述运动转换装置(5)的底部端面固定在线性激振台(6)的顶端；所述变向增扭装置(4)的输出端与水平光轴(7)的一端通过柔性联轴器相连，所述水平光轴(7)的另一端依次与扭矩传感器(8)以及大扭矩有限转角执行器(9)的旋转轴相连接，所述大扭矩有限转角执行器(9)的壳体固定在所述龙门架(1)的一侧立柱上；

由所述线性激振台(6)、运动转换装置(5)以及变向增扭装置(4)构成往复式旋转激励系统，所述往复式旋转激励系统是由所述运动转换装置(5)将线性激振台(6)形成的竖向往复线性激励转变为竖向往复旋转激励，由所述变向增扭装置(4)将所述竖向往复旋转激励转换为水平往复旋转激励，并且所述水平往复旋转激励的扭矩大小和转动行程能够在所述变向增扭装置(4)中分别得到增加和减小；由所述激振控制模块(3)中的内置力传感器和内置位移传感器同时测量所述往复式旋转激励系统的振动幅值与线性激振力。

2.根据权利要求1所述的往复式旋转激励台架系统，其特征在于：所述运动转换装置(5)的结构设置为：以滚珠丝杆组件为输入端，以连接套筒为输出端；在所述连接套筒的底端固联有底盘(5b)，滚珠丝杆中螺母固定设置在所述底盘(5b)上，与所述螺母配合设置的丝杆呈竖向，丝杆的底端固定设置在线性激振台(6)的顶端；在所述连接套筒的顶端固联有顶盘(5a)，在所述顶盘(5a)中设置与所述变向增扭装置(4)的输入轴的轴端相匹配的台阶和键槽，利用所述台阶承受竖向力，利用所述键槽传动旋转激励。

3.根据权利要求1所述往复式旋转激励台架系统，其特征在于：设置所述往复式旋转激励台架系统的输入与输出的关系式如式①和式②：

其中：

M为变向增扭装置(4)的输出旋转激励；

F为线性激振台(6)的竖向激振力；

d为运动转换装置(5)中滚珠丝杆的直径；

α为运动转换装置(5)中滚珠丝杆的导程角；

β为运动转换装置(5)中滚珠丝杆的当量摩擦角；

i为变向增扭装置(4)输入轴与输出轴的变速比；

θ为变向增扭装置(4)的输出端转角；

L为线性激振台(6)的竖向位移；

s为运动转换装置(5)中滚珠丝杆的导程；

利用式①确立变向增扭装置(4)的输出旋转激励M与竖向激振力F的关系；

利用式②确立变向增扭装置(4)的输出转角θ与线性激振台(6)的竖向位移L的关系。

4.根据权利要求1所述的往复式旋转激励台架系统，其特征在于：所述运动转换装置(5)设置为齿轮齿条结构，所述齿轮齿条结构中的齿轮安装于变向增扭装置(4)的输入轴的轴端，所述齿轮齿条结构中齿条的驱动端固定设置在线性激振台(6)的顶端，由所述齿轮齿条机构将线性激振台(6)形成的往复线性激励转换为往复旋转激励。

5.根据权利要求1所述的往复式旋转激励台架系统，其特征在于：所述质量块导向台(2)、激振控制模块(3)以及所述往复式旋转激励系统共同组成激振安全控制系统，用于防止实验过程中可能出现的振动过大以及过载行为。

6.一种往复式旋转激励台架系统，其特征在于：

由两侧立柱以及连接在两侧立柱之间的顶部水平梁构成龙门架(1)；

质量块导向台(2)设置在水平梁上，所述质量块导向台(2)是以水平梁为支承，并且可沿竖向导柱(2a)自由升降，所述质量块导向台(2)的底部台面位于水平梁的下方；

在所述质量块导向台(2)的底部台面的底面设置激振控制模块(3)，所述激振控制模块(3)的底面与大扭矩有限转角执行器(9)的壳体刚性连接；

所述大扭矩有限转角执行器(9)的旋转轴竖直向下，并与位于大扭矩有限转角执行器(9)底部的减速器(10)的输出轴相连接，所述减速器(10)的壳体与所述导向台(2)的底部台面固定连接；

设置运动转换装置(5)，是以滚珠丝杆组件为输入端，以连接套筒为输出端；在所述连接套筒的底端固联有底盘，滚珠丝杆中螺母固定设置在所述底盘上，与所述螺母配合设置的丝杆呈竖向，丝杆的底端固定设置在线性激振台(6)的顶端；在所述连接套筒的顶端固联有顶盘，在所述顶盘中设置与所述减速器(10)的输入轴的轴端相匹配的台阶和键槽，利用所述台阶承受竖向力，利用所述键槽传动旋转激励；

在所述线性激振台(6)的顶端与减速器(12)的壳体之间设置弹簧(11)，所述弹簧(11)在运动转换装置(5)的外围均匀分布，与所述运动转换装置(5)形成并联形式。

7.根据权利要求6所述的往复式旋转激励台架系统，其特征在于：由所述质量块导向台(2)、激振控制模块(3)、减速器(10)、运动转换装置(5)、以及附加弹簧(11)共同组成振动控制系统，用于被动/主动/半主动旋转式执行器的振动控制系统的振动控制实验。