CN106932183B - 弹性负载机构及测量弹性负载的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性负载机构，放置在试验台上，包括主轴，第一支架和第二支架，螺母，弹簧，第一弹簧套筒和第二弹簧套筒；第一支架和第二支架上对称设置通孔；第一弹簧套筒和第二弹簧套筒包括第一端、第二端，第一端外径大于通孔直径，第二端外径小于通孔直径，第二端套装在通孔中；第一弹簧套筒和第二弹簧套筒的第一端在第一支架和第二支架之间相对设置；主轴一端设置轴肩，另一端设置螺母，轴肩和螺母间依次套有第一弹簧套筒、弹簧、第二弹簧套筒，主轴带动弹簧套筒相对支架运动。本发明弹性负载机构结构简单，安装方便，在运动时，主轴对弹簧的拉力、压力转化为弹簧所受压力，使试验台整体结构可靠、稳定。

Description

弹性负载机构及测量弹性负载的方法

技术领域

本发明涉及伺服机构领域，特别是涉及一种三余度伺服阀稳定性试验系统中的弹性负载机构以及利用该弹性负载机构进行测量弹性负载的方法。

背景技术

三余度伺服阀稳定性试验系统包括弹性负载机构，摩擦负载机构，惯性负载机构。用于检测伺服阀负载条件下的稳定性和可靠性，特别是阀的零位稳定性；提供三余度伺服阀长时间工作的液压测试条件，通过对伺服阀进行长时间考核，从而保证产品工作时间内的可靠性。

根据伺服系统的要求，需要实现伺服机构长时间的工作，并且产品没有起机稳定的时间，基于可靠性的考虑，现有的伺服系统在设计上选用了高可靠三余度喷嘴挡板伺服阀。设计原理上，三余度喷嘴挡板伺服阀由于采用了故障吸收式的冗余结构，保证伺服阀在前置级1路或2路故障状态下也能正常稳定工作，可以满足系统的需要。通过多年的三余度伺服阀测试试验台研制，已形成了较完善的设计技术和研制体系，可以测试三余度伺服阀正常状态和故障状态下的静动态性能。但是，现有的三余度喷嘴挡板伺服阀测试试验台中弹簧与主轴固定的方式大多为焊接，在小空间下很难实现弹簧与主轴的焊接，对焊接的技术要求较高。在反复高强的实验条件下，弹簧与主轴的焊接连接很难保持牢固，使得试验台整体结构稳定性差。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种使试验台的整体结构更加可靠、稳定；结构简单，安装方便；可以灵活调整实验设备初始弹性负载的三余度伺服阀测试试验台的弹性负载机构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，本发明提供的一种弹性负载机构，放置在试验台上，包括主轴、支架、弹簧、弹簧套筒以及螺母，其中，

所述支架包括第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架上对称设置通孔；

所述弹簧套筒包括第一弹簧套筒和第二弹簧套筒，所述第一弹簧套筒和第二弹簧套筒包括第一端和第二端，所述第一端外径大于所述通孔直径，所述第二端外径小于所述通孔直径，所述第二端套装在所述通孔中，所述第一弹簧套筒和第二弹簧套筒的第一端在所述第一支架和第二支架之间相对设置；

所述主轴一端设置轴肩，另一端设置螺母，所述轴肩和螺母之间依次套装有第一弹簧套筒、弹簧、第二弹簧套筒，所述主轴带动两个弹簧套筒相对于支架运动。

优选地，所述第一弹簧套筒和第二弹簧套筒的第一端均设置凹槽，所述弹簧两端嵌入到所述凹槽中。

优选地，所述凹槽的深度小于等于所述第一弹簧套筒和第二弹簧套筒的第一端的厚度。

优选地，所述弹性负载机构还包括连接件，所述连接件套装在螺母和第二弹簧套筒中间的主轴上，便于螺母推动弹簧套筒的移动。

优选地，所述试验台上设置有T型槽。

优选地，所述支架还包括底板，所述底板上设置螺栓孔，螺栓穿过所述螺栓孔，将支架固定在试验台的T型槽中。

优选地，所述螺母为锁紧螺母。

根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种测量弹性负载的方法，包括：用本发明所述的弹性负载机构进行测量弹性负载，其中包括，

根据负载要求对弹簧进行设计，确定弹簧参数；

调整两个弹簧套筒之间的距离，固定螺母，调整两个支架距离并固定，确定初始弹性负载；

主轴向左运动时，轴肩带动第一弹簧套筒向左运动，压紧弹簧，弹簧向左运动，第二弹簧套筒的第一端被弹簧压紧在第二支架上，弹簧负载；

主轴向右运动时，螺母与主轴一起向右运动，第二弹簧套筒压紧弹簧，第一弹簧套筒的第一端被弹簧压紧在第一支架上，弹簧负载。

优选地，主轴向右运动时，所述螺母通过推动设置在第二弹簧套筒和螺母之间的连接块来推动第二弹簧套筒向右运动。

相对于现有技术，本发明弹性负载机构及利用该弹性负载机构测量弹性负载的方法具有以下有益效果：

1)利用本发明弹性负载机构测量弹性负载时，通过两个弹簧套筒和弹簧支架将主轴左右运动时，对弹簧施加的拉力和压力都转化为弹簧所受的压力，弹簧受拉力时，试验台的整体结构更加可靠，稳固。

2)本发明弹性负载机构设置两个支架，在测量弹性负载时，通过支架在试验台T型槽中移动来调节两支架间的距离，进而来固定弹簧套筒之间的距离，可以灵活便捷地调节实验设备所受的初始弹性负载，避免了在小空间下很难实现弹簧与主轴进行焊接固定的问题。

3)本发明弹性负载机构在工作时间上提供了可靠性。

4)本发明弹簧套筒第一端设置凹槽，弹簧两端嵌入到弹簧套筒的凹槽中，使得三余度伺服阀弹性负载机构结构简单，安装方便。

附图说明

图1是本发明三余度伺服阀弹性负载机构的主视图。

图2是本发明三余度伺服阀弹性负载机构的俯视图。

图3是本发明三余度伺服阀弹性负载机构图2中A-A处剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：

如图1、2、3所示，一种三余度伺服阀测试试验台弹性负载机构，放置在试验台上，包括主轴2、支架、弹簧3、弹簧套筒以及锁紧螺母8，其中，

所述支架包括第一支架6和第二支架7，所述第一支架6和第二支架7上对称设置通孔；

所述弹簧套筒包括第一弹簧套筒4和第二弹簧套筒5，所述第一弹簧套筒4包括第一端41和第二端43，第二弹簧套筒5包括第一端51和第二端53，所述第一弹簧套筒的第一端41和第二弹簧套筒的第一端51的外径大于所述通孔直径，所述第一弹簧套筒的第二端43和第二弹簧套筒的第二端53外径小于所述通孔直径，所述第一弹簧套筒的第二端43和第二弹簧套筒的第二端53套装在所述通孔中，所述第一弹簧套筒的第一端41和第二弹簧套筒的第一端51在所述第一支架6和第二支架7之间相对设置；

所述主轴2一端设置轴肩1，另一端设置锁紧螺母8，所述轴肩1和锁紧螺母8之间依次套装有第一弹簧套筒4、弹簧3、第二弹簧套筒5，所述主轴2带动两个弹簧套筒相对于支架运动。

本实施例中，所述第一弹簧套筒的第一端41设置凹槽42，第二弹簧套筒的第一端51设置凹槽52，弹簧两端嵌入到所述凹槽中。

本实施例中，所述凹槽42的深度小于等于所述第一弹簧套筒的第一端41的厚度，所述凹槽52的深度小于等于所述第二弹簧套筒的第一端51的厚度。

本实施例中，还包括连接件9，所述连接件9套装在锁紧螺母8和第二弹簧套筒5中间的主轴2上，便于锁紧螺母8推动第二弹簧套筒5的移动。

本实施例中，所述支架还包括支架底板和支架导板，所述支架底板上设置四个螺栓孔，螺栓61和螺栓71穿过所述螺栓孔与配套螺母配合将支架固定在试验台10的T型槽中；所述导板固定安装在所述支架两侧。

本实施例中，所述三余度伺服阀测试试验台弹性负载机构，放置在试验台的T型槽中，所述弹性负载机构的支架可在T型槽中移动，在确定支架位置后，通过螺栓将弹性负载机构的支架固定在T型槽中。

本发明还提供的一种弹性负载的测量方法，包括：利用本发明所述的弹性负载机构进行测量，其中包括，

根据负载要求对弹簧3进行设计，确定弹簧参数，所述弹簧参数包括：工作载荷、工作行程、载荷性质、弹簧类别、端部结构、弹簧材料、初算弹簧刚度、工作极限载荷、弹簧材料直径、弹簧中经、工作极限载荷、弹簧单圈刚度、工作极限载荷下的单圈变形量、有效圈数、有效圈数、弹簧节距等；

在实验开始之前，调整两个弹簧套筒之间的距离，固定锁紧螺母8，调整两个支架距离并固定，确定初始弹性负载；

所述主轴2向左运动时，轴肩1带动第一弹簧套筒4向左运动，压紧弹簧3，弹簧3向左运动，第二弹簧套筒的第一端51被弹簧3压紧在第二支架6上，弹簧3负载；

所述主轴2向右运动时，锁紧螺母8与主轴2一起向右运动，第二弹簧套筒5压紧弹簧3，第一弹簧套筒的第一端41被弹簧3压紧在第一支架7上，弹簧3负载。

进一步地，所述主轴2向右运动时，所述锁紧螺母8通过推动设置在第二弹簧套筒5和锁紧螺母8之间的连接块9来推动第二弹簧套筒5向右运动。

其中，根据弹簧的原始参数及负载要求对弹簧进行具体设计如下：

根据要求，弹性力在200-1000N之间可调，最大形变量10.5mm，则选取不同刚度的弹簧组合的方式即可模拟作动器运动中的弹性负载可调，并可以承受实验设备左右来回运动的负载力，并通过本发明的弹性负载机构将实验设备左右来回运动对弹簧所施加的拉力和压力都转化为弹簧所受的压力。

弹簧的设计方案：表1弹簧的原始设计参数：

根据要求工作载荷的范围，确定实际弹簧的工作载荷范围：100-1200，工作载荷行程：h＝10.5，最小工作载荷：P₁＝100最大工作载荷：P_n＝1200

初算弹簧刚度：

工作极限载荷：P_j＝1.25×1200＝1500

弹簧材料直径：d＝6弹簧中径：D＝30

工作极限载荷：P_j＝1530.9弹簧单圈刚度：P'_d＝471

工作极限载荷下的单圈变形量：f_j＝3.23

有效圈数：根据《机械设计手册》查得：

有效圈数：n＝4.5总圈数：n₁＝6.5

弹簧节距：

本发明通过优化设计，保证负载特性长期稳定性和可靠性。

综上所述，通过弹性负载机构将实验设备主轴左右运动对弹簧施加的拉力和压力都转化为弹簧只受的压力，避免了在小空间下很难实现弹簧与主轴进行焊接固定的问题；通过调节锁紧螺母以及固定弹性负载机构中两个支架之间的距离来调节弹簧初始距离，进而来调节实验设备所受的初始弹性负载；在弹簧受力时，试验台的整体结构更加可靠，稳固；本发明装置结构简单，弹性负载机构长时间工作，在产品工作时间内提供了稳定性和可靠性。

以上结合附图对本发明优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种弹性负载机构，放置在试验台上，其特征在于，所述弹性负载机构包括主轴、支架、弹簧、弹簧套筒以及螺母，其中，

所述支架包括第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架上对称设置通孔；

所述弹簧套筒包括第一弹簧套筒和第二弹簧套筒，所述第一弹簧套筒和第二弹簧套筒包括第一端和第二端，所述第一端外径大于所述通孔直径，所述第二端外径小于所述通孔直径，所述第二端套装在所述通孔中，所述第一弹簧套筒和第二弹簧套筒的第一端在所述第一支架和第二支架之间相对设置；

所述主轴一端设置轴肩，另一端设置螺母，所述轴肩和螺母之间依次套装有第一弹簧套筒、弹簧、第二弹簧套筒，所述主轴带动两个弹簧套筒相对于支架运动。

2.如权利要求1所述的弹性负载机构，其特征在于，所述第一弹簧套筒和第二弹簧套筒的第一端均设置凹槽，所述弹簧两端嵌入到所述凹槽中。

3.如权利要求2所述的弹性负载机构，其特征在于，所述凹槽的深度小于等于所述第一弹簧套筒和第二弹簧套筒的第一端的厚度。

4.如权利要求1或2任一项所述的弹性负载机构，其特征在于，还包括连接件，所述连接件套装在螺母和第二弹簧套筒中间的主轴上，便于螺母推动弹簧套筒的移动。

5.如权利要求1所述的弹性负载机构，其特征在于，所述试验台上设置有T型槽。

6.如权利要求5所述的弹性负载机构，其特征在于，所述支架还包括底板，所述底板上设置螺栓孔，螺栓穿过所述螺栓孔，将支架固定在试验台的T型槽中。

7.如权利要求1所述的弹性负载机构，其特征在于，所述螺母为锁紧螺母。

8.一种测量弹性负载的方法，包括：用权利要求1所述的弹性负载机构进行测量，其中包括，

根据负载要求对弹簧进行设计，确定弹簧参数；

调整两个弹簧套筒之间的距离，固定螺母，调整两个支架距离并固定，确定初始弹性负载；

主轴向左运动时，轴肩带动第一弹簧套筒向左运动，压紧弹簧，弹簧向左运动，第二弹簧套筒的第一端被弹簧压紧在第二支架上，弹簧负载；

主轴向右运动时，螺母与主轴一起向右运动，第二弹簧套筒压紧弹簧，第一弹簧套筒的第一端被弹簧压紧在第一支架上，弹簧负载。

9.如权利要求8所述的测量弹性负载的方法，其特征在于，主轴向右运动时，所述螺母通过推动设置在第二弹簧套筒和螺母之间的连接块来推动第二弹簧套筒向右运动。