CN108152063B - 一种弹性直线负载模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航天器控制技术领域，具体涉及一种弹性直线负载模拟装置。本发明采用摇臂固定在扭杆一段的方法可以将直线舵机输出的力转化为扭矩，迫使杆发生扭转变形；在舵机行程相对摇臂长度很小时，舵机的输出力方向可以近似为直线；杆的扭转变形角度与所受扭矩的大小成正比关系，舵机的输出力近似为摇臂旋转角度与摇臂长度的乘积，而摇臂长度固定，因此舵机的输出力可近似为与舵机伸长量成正比关系。
Description
技术领域
本发明属于航天器控制技术领域，具体涉及一种弹性直线负载模拟装置。
背景技术
随着航天器向超声速、大航程和高精度不断发展，直线电动舵机要求具有更大的输出力、更快的运动速度、更准确的定位精度、更小的空间布局，由舵机体积微小、环境试验箱空间不足等因素的限制，舵机的加载装置需要在小空间内在舵机快速作动的情况下提供精确、稳定的直线负载。
因此，研发、设计一种弹性直线负载模拟装置以解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种弹性直线负载模拟装置，为航天器的直线执行机构提供双向直线加载测试。同时保证弹性载荷的动态性能及稳定性。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种弹性直线负载模拟装置，该装置包括：底板、滑块、前支架、压板、扭杆、摇臂支架、摇臂、大轴承挡盖、小轴承挡盖、舵机支架；
底板为三角形刚板，作为整个装置的平台；前支架、摇臂支架、滑块通过螺钉固定于底板上；用螺钉从底面穿过底板旋入滑块底部的螺纹孔中将滑块固定在底板上；
滑块带有T型槽，用以安装舵机支架，安装舵机支架的螺钉钉头在T型槽内滑动，螺钉的螺纹处安装有螺母，拧紧螺母将舵机支架固定在滑块上；
前支架用于夹紧扭杆；
压板用于将扭杆压紧在前支架上；
扭杆是截面为正方形的钢杆，其自身的变形产生扭转力矩；其一端固定在前支架上，并用压板压紧，另一端穿进摇臂上的方形孔中，随着摇臂旋转；
摇臂支架用螺钉固定在底板上，用于支撑摇臂；
摇臂通过轴承安装在摇臂支架上，绕轴承中心旋转；
大轴承挡盖将轴承外圈固定于摇臂支架上；
小轴承挡盖将轴承内圈固定在摇臂上；
舵机支架用于支撑直线舵机的尾端，通过连杆销与直线舵机尾部铰点连接，舵机支架通过螺栓固定在滑块上；
直线舵机通过自身后端的铰耳与舵机支架铰接，通过前段的铰耳与摇臂铰接；舵机伸长时推动摇臂旋转，摇臂带动扭杆绕着扭杆中心旋转，扭杆发生扭转变形，扭杆的变形产生的扭矩为舵机提供弹性直线压力；舵机收缩时，摇臂带动扭杆向反方向扭转，为舵机提供弹性直线拉力。
进一步的，如上所述的一种弹性直线负载模拟装置，舵机支架的位置相对滑块前后调节，以保证能够安装不同初始长度的舵机。
进一步的，如上所述的一种弹性直线负载模拟装置，施加在直线舵机上的直线压力大小的计算方式如下：
其中：k是直线舵机是伸长量；
l1是摇臂上从固定摇臂的轴承中心到摇臂上与直线舵机铰接孔中心的长度；
l2是扭杆的有效扭转长度；
G是扭杆材料的切变模量；
b是扭杆4的截面边长。
进一步的，如上所述的一种弹性直线负载模拟装置，施加在直线舵机上的直线拉力大小的计算方式如下：
其中：k是直线舵机是缩短量；
l1是摇臂上从固定摇臂的轴承中心到摇臂上与直线舵机铰接孔中心的长度；
l2是扭杆的有效扭转长度；
G是扭杆材料的切变模量；
b是扭杆4的截面边长。
本发明技术方案的有益效果在于：
该装置将舵机的直线输出力施加在摇臂上，将舵机输出力转换为扭矩，迫使与摇臂相连的扭杆发生扭转变形，以此为直线型舵机提供弹性模拟载荷，具有载荷输出平稳、弹性系数一致、可靠性高等特点。
附图说明
图1为弹性直线负载模拟装置三维装配示意图。
图中：1、底板；2、前支架；3、压板；4、扭杆；5、摇臂支架；6、摇臂；7、大轴承挡盖；8、小轴承挡盖；9、舵机支架；10、滑块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明一种弹性直线负载模拟装置，该装置包括：底板、滑块、前支架、压板、扭杆、摇臂支架、摇臂、大轴承挡盖、小轴承挡盖、舵机支架；
底板为三角形刚板，作为整个装置的平台；前支架、摇臂支架、滑块通过螺钉固定于底板上；用螺钉从底面穿过底板旋入滑块底部的螺纹孔中将滑块固定在底板上；
滑块带有T型槽，用以安装舵机支架，安装舵机支架的螺钉钉头在T型槽内滑动，螺钉的螺纹处安装有螺母，拧紧螺母将舵机支架固定在滑块上；
前支架用于夹紧扭杆；
压板用于将扭杆压紧在前支架上；
扭杆是截面为正方形的钢杆，其自身的变形产生扭转力矩；其一端固定在前支架上，并用压板压紧，另一端穿进摇臂上的方形孔中，随着摇臂旋转；
摇臂支架用螺钉固定在底板上，用于支撑摇臂；
摇臂通过轴承安装在摇臂支架上，绕轴承中心旋转；
大轴承挡盖将轴承外圈固定于摇臂支架上；
小轴承挡盖将轴承内圈固定在摇臂上；
舵机支架用于支撑直线舵机的尾端，通过连杆销与直线舵机尾部铰点连接，舵机支架通过螺栓固定在滑块上；舵机支架的位置相对滑块前后调节，以保证能够安装不同初始长度的舵机；
直线舵机通过自身后端的铰耳与舵机支架铰接，通过前段的铰耳与摇臂铰接；舵机伸长时推动摇臂旋转，摇臂带动扭杆绕着扭杆中心旋转，扭杆发生扭转变形，扭杆的变形产生的扭矩为舵机提供弹性直线压力；舵机收缩时，摇臂带动扭杆向反方向扭转，为舵机提供弹性直线拉力。
施加在直线舵机上的直线压力大小的计算方式如下：
其中：k是直线舵机是伸长量；
l1是摇臂上从固定摇臂的轴承中心到摇臂上与直线舵机铰接孔中心的长度；
l2是扭杆的有效扭转长度；
G是扭杆材料的切变模量；
b是扭杆4的截面边长；
施加在直线舵机上的直线拉力大小的计算方式如下：
其中：k是直线舵机是缩短量；
l1是摇臂上从固定摇臂的轴承中心到摇臂上与直线舵机铰接孔中心的长度；
l2是扭杆的有效扭转长度；
G是扭杆材料的切变模量；
b是扭杆4的截面边长。
本发明采用摇臂固定在扭杆一段的方法可以将直线舵机输出的力转化为扭矩，迫使杆发生扭转变形；在舵机行程相对摇臂长度很小时，舵机的输出力方向可以近似为直线；杆的扭转变形角度与所受扭矩的大小成正比关系，舵机的输出力近似为摇臂旋转角度与摇臂长度的乘积，而摇臂长度固定，因此舵机的输出力可近似为与舵机伸长量成正比关系。
Claims (1)
1.一种弹性直线负载模拟装置，其特征在于：
该装置包括：底板、滑块、前支架、压板、扭杆、摇臂支架、摇臂、大轴承挡盖、小轴承挡盖、舵机支架；
底板为三角形刚板，作为整个装置的平台；前支架、摇臂支架、滑块通过螺钉固定于底板上；用螺钉从底面穿过底板旋入滑块底部的螺纹孔中将滑块固定在底板上；
滑块带有T型槽，用以安装舵机支架，安装舵机支架的螺钉钉头在T型槽内滑动，螺钉的螺纹处安装有螺母，拧紧螺母将舵机支架固定在滑块上；
前支架用于夹紧扭杆；
压板用于将扭杆压紧在前支架上；
扭杆是截面为正方形的钢杆，其自身的变形产生扭转力矩；其一端固定在前支架上，并用压板压紧，另一端穿进摇臂上的方形孔中，随着摇臂旋转；
摇臂支架用螺钉固定在底板上，用于支撑摇臂；
摇臂通过轴承安装在摇臂支架上，绕轴承中心旋转；
大轴承挡盖将轴承外圈固定于摇臂支架上；
小轴承挡盖将轴承内圈固定在摇臂上；
舵机支架用于支撑直线舵机的尾端，通过连杆销与直线舵机尾部铰点连接，舵机支架通过螺栓固定在滑块上；
直线舵机通过自身后端的铰耳与舵机支架铰接，通过前段的铰耳与摇臂铰接；舵机伸长时推动摇臂旋转，摇臂带动扭杆绕着扭杆中心旋转，扭杆发生扭转变形，扭杆的变形产生的扭矩为舵机提供弹性直线压力；舵机收缩时，摇臂带动扭杆向反方向扭转，为舵机提供弹性直线拉力；
舵机支架的位置相对滑块前后调节，以保证能够安装不同初始长度的舵机；
施加在直线舵机上的直线压力大小的计算方式如下：
其中：k是直线舵机是伸长量；
l1是摇臂上从固定摇臂的轴承中心到摇臂上与直线舵机铰接孔中心的长度；
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G是扭杆材料的切变模量；
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施加在直线舵机上的直线拉力大小的计算方式如下：
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