CN107727341A - 一种机电作动器刚度测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种机电作动器刚度测试装置及方法，通过提高试验台体本身的刚度，防止被测机电作动器未变形前试验台本身变形，并且设置双导轨以防止试验台本身刚度弱对刚度试验产生不利影响。对称布局丝杠Ⅱ、丝杠Ⅰ在被测件两侧的对称手动加载方式，避免因主动加载控制力太大而对被测机电作动器本身产生破坏。使用位移测量精度高的激光传感器Ⅰ、激光传感器Ⅱ，并将激光传感器Ⅰ、激光传感器Ⅱ放置在一条平行线上，使测量精度更高，利用具有自锁功能的T型大螺距螺纹的丝杠Ⅱ、丝杠Ⅰ配合丝杠连接齿轮Ⅰ、丝杠连接齿轮Ⅱ、加力齿轮、加力齿轮力臂实现加载力，通过拉压力传感器与被测机电作动器本身内的直接串联，使加载力测试更准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种机电作动器刚度测试装置及方法，尤其适用机电作动器刚度试验。
背景技术
机电作动器有其非常突出的优点，所以发展速度快，应用也迅速扩大，现在发现机电作动器刚度对其系统控制有一定的影响。
机电作动器刚度用于控制系统参数确定，多数的刚度为理论值，但作动器本身实际刚度与理论会有偏差。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种机电作动器刚度测试装置及方法，解决了试验刚度值与理论刚度值不符的问题，显著减小了作动器本身实际刚度与理论会有偏差。
本发明解决的技术方案为：一种机电作动器刚度测试装置，包括：丝杠锁紧螺母(1)、丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、加力齿轮(3)、加力齿轮力臂(4)、丝杠Ⅱ(5)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)、滑动板锁紧螺母Ⅰ(7)、滑动板锁紧螺母Ⅱ(8)、导轨(9)、激光传感器Ⅰ(10)、激光传感器Ⅱ(11)、激光传感器连接平台(12)、作动器支耳支座Ⅰ(13)、定位导轨(14)、试验台体(15)、丝杠Ⅰ(16)、拉压力传感器(17)、导轨底座(18)、滑动板(19)、丝杠锁紧螺母Ⅱ(20)、被测机电作动器(31)、被测机电作动器后支耳(32)、被测机电作动器丝杠(30)、被测机电作动器前支耳(35)、侧板Ⅰ(32)、侧板Ⅱ(32)；
定位导轨(14)安装在试验台体(15)上，导轨底座(18)安装在定位导轨(14)上，激光传感器连接平台(12)安装定位导轨(14)上，导轨(9)安装在导轨底座(18)上，激光传感器Ⅰ(10)和激光传感器Ⅱ(11)安装激光传感器连接平台(12)上；
拉压力传感器(17)的两端分别安装在待测作动器的前支耳和丝杠上，待测作动器的前支耳安装在滑动板(19)上，滑动板(19)底部能在导轨(9)上滑动，滑动板(19)的两端设有能够穿过丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)的通孔，；
滑动板锁紧螺母Ⅰ(7)安装在丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)上且位于滑动板上的通孔两侧，用于锁紧活动板(19)相对于待测作动器的位置；丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)上均有外螺纹，丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)中心设有螺纹孔，丝杠连接齿轮Ⅰ(2)安装在丝杠Ⅰ(16)的两端上，丝杠连接齿轮Ⅱ(6)安装在丝杠Ⅱ(5)的两端上；丝杠锁紧螺母(1)安装在丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)上且位于丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)外侧，能够对丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)起限位作用；
加力齿轮(3)安装在试验台体(15)的两侧，且与丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)齿轮连接，加力齿轮力臂(4)安装在加力齿轮(3)上；作动器支耳支座Ⅰ(13)安装在试验台体(15)，用于固定待测作动器的后支耳；
激光传感器Ⅱ(11)的激光初射方向指向作动器支耳支座Ⅰ(13)；
激光传感器Ⅰ(10)的激光初射方向指向滑动板(19)；
试验时不加载的一端应是放松状态。
激光传感器Ⅱ(11)的测量范围满足-20mm～+20mm、精度满足要求为±0.02％、分辨率满足要求为0.0015％
丝杠Ⅱ(5)导程应满足大于4mm，丝杠锁紧螺母(1)、丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、加力齿轮(3)、加力齿轮力臂(4)可实现轻松拆卸，
加力齿轮(3)与丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)的传动比为5～10。
导轨(9)的抗扭转能力为理论值的5倍以上
试验台体(15)、丝杠Ⅰ(16)、滑动板(19)、丝杠锁紧螺母(1)、杠锁紧螺母Ⅱ(20)在承受最大载荷的情况下其变形应小于0.09mm.
通过调整滑动板(19)、导轨底座(18)可满足不同被测机电作动器的零位的试验。
一种机电作动器刚度测试方法，步骤如下：
(1)通过转动加力齿轮(3)带动丝杠连接齿轮Ⅰ(2)和丝杠连接齿轮Ⅱ(6)旋转，使丝杠Ⅰ(16)、丝杠Ⅱ(5)作直线位移，实现对连接在滑动板(19)上的被测机电作动器加载力，
(2)对步骤(1)被测机电作动器加载力同时，用激光传感器测量被测机电作动器变形的位移量的过程，以完成对连接在试验台上的被测机电作动器的刚度测试。
激光传感器Ⅱ(11)的测量范围为-20mm～+20mm、精度要求为±0.02％、分辨率满足要求为0.0015％
加力齿轮(3)与丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)的传动比为5～10。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明使用两根旋向不同的丝杠均布在被测件两侧，通过齿轮和螺母备紧的方式加载使加载更平稳；通过提高试验台刚度，对称布局两根丝杠在被测件两侧的方式加载，使用两根丝杠均布在被测件两侧，通过螺母备紧的方式加载；两根丝杠分别为左旋和右旋的T型大螺距自锁螺纹，两个螺母各自通过一对齿轮副实现单个加载端操作并实现平稳加载。避免因主动加载控制不利影对被测作动器产生破坏。
(2)本发明刚度试验台设置双导轨，被侧作动器一端固定在台体，另一端固定在滑动板上，避免被测件承受扭矩而影响位移测量精度。本发明刚度试验台设置双导轨，增强滑动板承受扭矩的强度，当被侧件一端固定在台体，另一端固定在滑动板上时，最大限度的避免被测件承受扭矩。
(3)本发明双激光传感器测量位移，并将激光传感器固定在与被测作动器平行的平台上，使测量精度更高，使用测量精度高的两个激光传感器，将两个激光传感器放置在一条线上，再将激光传感器固定在与被测件平行的平台上，使测量精度更高。通过两个激光传感器的变化值和拉压力传感器的读数，计算刚度值。
(4)本发明通过增加齿轮啮合，获得一个传动比，使加载更省力，且不会因为主动加载失误而产生过载的情况。
(5)本发明齿轮内螺纹与丝杠外螺纹为T型大螺距自锁螺纹，通过旋转齿轮实现力的加载。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明的被测作动器测点图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，
本发明提出一种机电作动器刚度测试装置及方法(如图1所示)，通过提高试验台体(15)本身的刚度，防止被测机电作动器未变形前试验台本身变形，并且设置双导轨(9)以防止试验台本身刚度弱对刚度试验产生不利影响。对称布局丝杠Ⅱ(5)、丝杠Ⅰ(16)在被测件两侧的对称手动加载方式，避免因主动加载控制力太大而对被测机电作动器本身产生破坏。使用位移测量精度高的激光传感器Ⅰ(10)、激光传感器Ⅱ(11)，并将激光传感器Ⅰ(10)、激光传感器Ⅱ(11)放置在一条平行线上，使测量精度更高，利用具有自锁功能的T型大螺距螺纹的丝杠Ⅱ(5)、丝杠Ⅰ(16)配合丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)、加力齿轮(3)、加力齿轮力臂(4)实现加载力，通过拉压力传感器与被测机电作动器本身内的直接串联，使加载力测试更准确。
本发明的一种机电作动器刚度测试装置，包括：丝杠锁紧螺母(1)、丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、加力齿轮(3)、加力齿轮力臂(4)、丝杠Ⅱ(5)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)、滑动板锁紧螺母Ⅰ(7)、滑动板锁紧螺母Ⅱ(8)、导轨(9)、激光传感器Ⅰ(10)、激光传感器Ⅱ(11)、激光传感器连接平台(12)、作动器支耳支座Ⅰ(13)、定位导轨(14)、试验台体(15)、丝杠Ⅰ(16)、拉压力传感器(17)、导轨底座(18)、滑动板(19)、丝杠锁紧螺母Ⅱ(20)、被测机电作动器(31)、被测机电作动器后支耳(32)、被测机电作动器丝杠(30)、被测机电作动器前支耳(35)、侧板Ⅰ(33)、侧板Ⅱ(34)，如图2所示；
侧板Ⅰ(33)与侧板Ⅱ(34)平行放置，侧板Ⅰ(33)固定在机电作动器后支耳(32)上，侧板Ⅱ(34)固定在丝杠(30)上，激光传感器Ⅱ(11)出射的激光打在侧板Ⅰ(33)上，激光传感器Ⅰ(10)出射的激光打在侧板Ⅱ(34)上，被测机电作动器(31)的一端连接被测机电作动器后支耳(32)，另一端为丝杠(30)，拉压力传感器(17)两端连载丝杠(30)与被测机电作动器前支耳(35)；
定位导轨(14)安装在试验台体(15)上，导轨底座(18)安装在定位导轨(14)上，激光传感器连接平台(12)安装定位导轨(14)上，导轨(9)安装在导轨底座(18)上，激光传感器Ⅰ(10)和激光传感器Ⅱ(11)安装激光传感器连接平台(12)上，如图2所示；
拉压力传感器(17)的两端分别安装在待测作动器的前支耳和丝杠上，待测作动器的前支耳安装在滑动板(19)上，滑动板(19)底部能在导轨(9)上滑动，滑动板(19)的两端设有能够穿过丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)的通孔，；
滑动板锁紧螺母Ⅰ(7)安装在丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)上且位于滑动板上的通孔两侧，用于锁紧活动板(19)相对于待测作动器的位置；丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)上均有外螺纹，丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)中心设有螺纹孔，丝杠连接齿轮Ⅰ(2)安装在丝杠Ⅰ(16)的两端上，丝杠连接齿轮Ⅱ(6)安装在丝杠Ⅱ(5)的两端上；丝杠锁紧螺母(1)安装在丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)上且位于丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)外侧，能够对丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)起限位作用；
加力齿轮(3)安装在试验台体(15)的两侧，且与丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)齿轮连接，加力齿轮力臂(4)安装在加力齿轮(3)上；作动器支耳支座Ⅰ(13)安装在试验台体(15)，用于固定待测作动器的后支耳；
激光传感器Ⅱ(11)的激光初射方向指向作动器支耳支座Ⅰ(13)；
激光传感器Ⅰ(10)的激光初射方向指向滑动板(19)，试验时不加载的一端应是放松状态。
优选方案为：激光传感器Ⅱ(11)的测量范围满足-20mm～+20mm、精度满足要求为±0.02％、分辨率满足要求为0.0015％，只有在测量位移的工具精度足够高时才能更准确的测量被测作动器的微观变形。
丝杠Ⅱ(5)螺距满足3～5mm，丝杠锁紧螺母(1)、丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、加力齿轮(3)、加力齿轮力臂(4)可实现轻松拆卸，
优选加载力矩为,
[(E×Ph)/η]/2π＝H其中
E-----最大加载力
Ph-----丝杠螺距
η-----丝杠的效率，取30％
π--------3.1415926
H----最大拧紧力矩
试验证明丝杠的导程加大后力矩虽然变大了些，但使用寿命大大的增加了。
加力齿轮(3)与丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)的传动比优选为5～10，通过增加齿轮啮合，获得一个传动比，使加载更省力，且不会因为主动加载失误而产生过载的情况。
导轨(9)的抗扭转能力为理论值的8～15倍，导轨的抗扭转能力越强，试验时对被测机电作动器的不利影响就越小，试验时也就越安全可靠，
试验台体(15)、丝杠Ⅰ(16)、滑动板(19)、丝杠锁紧螺母(1)、
优选方案为：杠锁紧螺母Ⅱ(20)在承受最大载荷的情况下其变形小于0.09mm。
通过调整滑动板(19)、导轨底座(18)可满足不同被测机电作动器的零位的试验，在导轨的行程范围内通过调整滑动板实现被测机电作动器的零位调整，不在导轨的行程范围内通过调整导轨底座配合调节滑动板实现被测机电作动器的零位调整。
通过表1的数据记录完成同台多组刚度试验，并跟理论刚度对比，取均值来完成刚度试验，优选的压力传感器预设值见表中。
表1 刚度测试表格
本发明的工作原理是通过转动加力齿轮(3)带动丝杠连接齿轮Ⅰ(2)和丝杠连接齿轮Ⅱ(6)旋转，使丝杠Ⅰ(16)、丝杠Ⅱ(5)作直线位移，实现对连接在滑动板(19)(丝杠锁紧螺母(1)、丝杠锁紧螺母Ⅱ锁紧滑动板(20))上的被测机电作动器加载力，并同时用激光传感器测量被测机电作动器变形的位移量的过程，以完成对连接在试验台上的被测机电作动器的刚度试验
本发明使用两根旋向不同的丝杠均布在被测件两侧，通过齿轮和螺母备紧的方式加载使加载更平稳；通过提高试验台刚度，对称布局两根丝杠在被测件两侧的方式加载，使用两根丝杠均布在被测件两侧，通过螺母备紧的方式加载；两根丝杠分别为左旋和右旋的T型大螺距自锁螺纹，两个螺母各自通过一对齿轮副实现单个加载端操作并实现平稳加载，避免因主动加载控制不利影对被测作动器产生破坏。本发明对被测机电作动器多次试验后发现实验一致性好，且接近理论值，试验台操作方便，可用于多种零位不同的机电作动器。
Claims (10)
1.一种机电作动器刚度测试装置，其特征在于包括：丝杠锁紧螺母(1)、丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、加力齿轮(3)、加力齿轮力臂(4)、丝杠Ⅱ(5)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)、滑动板锁紧螺母Ⅰ(7)、滑动板锁紧螺母Ⅱ(8)、导轨(9)、激光传感器Ⅰ(10)、激光传感器Ⅱ(11)、激光传感器连接平台(12)、作动器支耳支座Ⅰ(13)、定位导轨(14)、试验台体(15)、丝杠Ⅰ(16)、拉压力传感器(17)、导轨底座(18)、滑动板(19)、丝杠锁紧螺母Ⅱ(20)、被测机电作动器(31)、被测机电作动器后支耳(32)、被测机电作动器丝杠(30)、被测机电作动器前支耳(35)、侧板Ⅰ(32)、侧板Ⅱ(32)；；
定位导轨(14)安装在试验台体(15)上，导轨底座(18)安装在定位导轨(14)上，激光传感器连接平台(12)安装定位导轨(14)上，导轨(9)安装在导轨底座(18)上，激光传感器Ⅰ(10)和激光传感器Ⅱ(11)安装激光传感器连接平台(12)上；
拉压力传感器(17)的两端分别安装在待测作动器的前支耳和丝杠上，待测作动器的前支耳安装在滑动板(19)上，滑动板(19)底部能在导轨(9)上滑动，滑动板(19)的两端设有能够穿过丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)的通孔，；
滑动板锁紧螺母Ⅰ(7)安装在丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)上且位于滑动板上的通孔两侧，用于锁紧活动板(19)相对于待测作动器的位置；丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)上均有外螺纹，丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)中心设有螺纹孔，丝杠连接齿轮Ⅰ(2)安装在丝杠Ⅰ(16)的两端上，丝杠连接齿轮Ⅱ(6)安装在丝杠Ⅱ(5)的两端上；丝杠锁紧螺母(1)安装在丝杠Ⅱ(5)和丝杠Ⅰ(16)上且位于丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)外侧，能够对丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6) 起限位作用；
加力齿轮(3)安装在试验台体(15)的两侧，且与丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)齿轮连接，加力齿轮力臂(4)安装在加力齿轮(3)上；作动器支耳支座Ⅰ(13)安装在试验台体(15)，用于固定待测作动器的后支耳；
激光传感器Ⅱ(11)的激光初射方向指向作动器支耳支座Ⅰ(13)；
激光传感器Ⅰ(10)的激光初射方向指向滑动板(19)。
2.根据权利要求1所述的一种机电作动器刚度测试装置，其特征在于：激光传感器Ⅱ(11)的测量范围为-20mm～+20mm、精度要求为±0.02％、分辨率满足要求为0.0015％。
3.根据权利要求1所述的一种机电作动器刚度测试装置，其特征在于：丝杠Ⅱ(5)导程大于4mm，丝杠锁紧螺母(1)、丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、加力齿轮(3)、加力齿轮力臂(4)可实现轻松拆卸。
4.根据权利要求1所述的一种机电作动器刚度测试装置，其特征在于：加力齿轮(3)与丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)的传动比为5～10。
5.根据权利要求1所述的一种机电作动器刚度测试装置，其特征在于：导轨(9)的抗扭转能力为理论值的5倍以上。
6.根据权利要求1所述的一种机电作动器刚度测试装置，其特征在于：试验台体(15)、丝杠Ⅰ(16)、滑动板(19)、丝杠锁紧螺母(1)、杠锁紧螺母Ⅱ(20)在承受最大载荷的情况下其变形应小于0.09mm。
7.根据权利要求1所述的一种机电作动器刚度测试装置，其特征在于：通过调整滑动板(19)、导轨底座(18)能够满足不同被测机电作动器的零位的试验。
8.一种机电作动器刚度测试方法，其特征在于步骤如下：
(1)通过转动加力齿轮(3)带动丝杠连接齿轮Ⅰ(2)和丝杠连接齿轮Ⅱ(6)旋转，使丝杠Ⅰ(16)、丝杠Ⅱ(5)作直线位移，实现对连接在滑动板(19)上的被测机电作动器加载力，
(2)对步骤(1)被测机电作动器加载力同时，用激光传感器测量被测机电作动器变形的位移量的过程，以完成对连接在试验台上的被测机电作动器的刚度测试。
9.根据权利要求8所述的一种机电作动器刚度测试方法，其特征在于：激光传感器Ⅱ(11)的测量范围为-20mm～+20mm、精度要求为±0.02％、分辨率满足要求为0.0015％。
10.根据权利要求8所述的一种机电作动器刚度测试方法，其特征在于：加力齿轮(3)与丝杠连接齿轮Ⅰ(2)、丝杠连接齿轮Ⅱ(6)的传动比为5～10。
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