CN109374326B - 含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，通过在第二转轴上套接套筒，再由一个电机驱动第二转轴转动或锁死，另一个电机驱动套筒沿第二转轴滑动，本发明可以在不同的间隙大小、不同转速及相对水平面不同的倾角条件下，运动副元素之间的力学特性的变化规律。本实验台可以实现圆柱副、移动副和旋转副的切换并开展相关非线性动力学特性测试。
Description
技术领域
本发明涉及精密机械动力学性能领域，尤其涉及一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台。
背景技术
随着现代科技的不断发展，越来越多的领域对精密设备的要求越来越高。尤其是在一些例如航空航天领域中，对其运动部件的运动精度和动力学性能提出了更高的要求，运动副间隙是影响航天设备动力性能的主要原因之一。建立间隙运动副模型需要考虑的因素众多，如何使建立的间隙运动副模型更真实、精确地反映实际成为当前研究亟待解决的问题因此，有必要对间隙运动副的建模及含间隙运动副空间机械的动力学特性进行研究，针对间隙运动副，国内外学者进行了结构分析和运动学及动力学建模，并对含间隙运动副的典型机构进行了动力学仿真及相关的实验研究，通过大量的工作研究了间隙运动副的动力学特性及其对整体机构动力学性能的影响。但是，先前的研究一方面主要集中在平面运动副上，对于三维运动副的接触模式和运动状态研究较少；另一方面没有深入研究间隙运动副多种影响因素对其运动特性的影响。对间隙在系统中的作用、影响进行全面的认识，并在此基础上找到克服或削弱间隙负面作用的方法，使空间机械得到更好的动力学性能。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，本发明旨在深入研究间隙圆柱副多种因素对其运动特性的影响，设计了一台含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，通过改变副元素速度、间隙大小及水平面夹角，来深入研究间隙在系统中的作用及对机构动力学特性的影响，并在此基础上找到克服或削弱间隙负面作用的方法。
本发明所采用的技术方案如下：一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，包括工作机架、联轴器、第一转轴、第二转轴、套筒、压力传感器、第一电机安装座、第一电机、滑道、直齿道、微动开关、底座、升降台、第一电机调速器、第二电机调速器、第二电机、水平倾角调节手柄、垂直倾角调节手柄、电机正反转电路；
所述第一转轴的两端支承在工作机架上，第二转轴的一端也支承在工作机架上，第二转轴的另一端支承在升降台的移动端，升降台放置于底座上，底座固定在工作机架上，底座的两侧各旋接有一根水平倾角调节手柄，两根水平倾角调节手柄的端面抵牢升降台的固定端两侧，底座的底部旋接有垂直倾角调节手柄，垂直倾角调节手柄抵牢升降台的移动端底面，通过垂直倾角调节手柄实现升降台的移动端的垂直移动；
滑道和直齿道均固定安装在工作机架上，第一电机安装座滑动套接在滑道上，第一电机固定安装在第一电机安装座上，第一电机的转轴上安装齿轮，齿轮与直齿道相啮合；在直齿道的长度方向的两侧均安装一个微动开关，两个微动开关接入电机正反转电路，其中一个作为正转开关，另一个作为反转开关；电机正反转电路控制第一电机正反转；
套筒为内径可调的套筒，套筒套设在第二转轴上，压力传感器的一端固定在套筒上，压力传感器的另一端固定在第一电机安装座；
第二电机安装在机架上，第二电机通过传动机构驱动第一转轴转动；
第一电机与第一电机调速器相连，第二电机与第二电机调速器相连。
进一步的，所述压力传感器与压力显示屏连接。
进一步的，所述套筒为一侧壁断开的管状体，管状体断开处的两端向外延伸有调节块，两个调节块上均开有通孔，螺钉穿过一侧的通孔，从另一侧的通过穿出，与螺母旋接，通过螺钉和螺母旋接松紧来调节套筒的内径。
进一步的，所述传动机构是带传动机构、轴传动机构或齿轮传动机构。
进一步的，所述带传动机构优选同步带传动。
进一步的，所述第一转轴的两端均通过带座轴承支承在工作机架上，第二转轴的一端也通过带座轴承支承在工作机架上。
进一步的，还包括启动按钮、制动按钮、电源开关；启动按钮、制动按钮、电源开关均接在综合测试实验台的总电源线上。
本发明的有益效果如下：
1、只需通过调节两个电机调速器来调节两个电机的转速来实现圆柱副和移动副的反复运动，不断观察实验数据，操作简便。
2、相较于市面上的很多机构，本发明在结构上进行了简化，且实验效果也不减。
3、两个电机各提供一个方向上的力，使实验能更为丰富，能采集更为全面的实验数据。
4、可事先查阅类似相关研究参考，结合实际情况，采用可调速的控制器，可以根据用户需求调节速度的大小以得到更为精确的数据。
5、本发明可以在不同的间隙大小、不同转速及相对水平面不同的倾角条件下，运动副元素之间的力学特性的变化规律。
附图说明
图1是本发行实施例的轴测图；
图2是本发明实施例的主视图；
图3是本发明实施例的右视图；
图4是本发明实施例的后视图；
图5为套筒的侧视图；
图中：工作机架1、带座轴承2、从动带轮3、联轴器4、第一转轴5、第二转轴6、套筒7、压力传感器8、第一电机安装座9、第一电机10、滑道11、直齿道12、微动开关13、底座14、升降台15、压力显示屏16、第一电机调速器17、启动按钮18、制动按钮19、第二电机调速器20、电源开关21、同步带22、主动带轮23、第二电机24、水平倾角调节手柄25、垂直倾角调节手柄26、通孔27。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有的实施方式。相反，它们仅是与如所附中权利要求书中所详述的，本发明的一些方面相一致的装置的例子。本说明书的各个实施例均采用递进的方式描述。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-5所示，本发明提供一种间隙圆柱副的非线性动力学试验台，包括工作机架1、带座轴承2、从动带轮3、联轴器4、第一转轴5、第二转轴6、套筒7、压力传感器8、第一电机安装座、第一电机10、滑道11、直齿道12、微动开关13、底座14、升降台15、压力显示屏16、第一电机调速器17、启动按钮18、制动按钮9、第二电机调速器20、电源开关21、圆带22、主动带轮23、第二电机24、水平倾角调节手柄25、垂直倾角调节手柄26；
所述第一转轴5的两端均通过带座轴承2支承在工作机架1上，第二转轴6的一端也通过带座轴承2支承在工作机架1上，第二转轴6的另一端通过轴瓦支承在升降台15的移动端，升降台15放置于底座14上，底座14固定在工作机架1上，底座14的两侧各旋接有一根水平倾角调节手柄25，两根水平倾角调节手柄25的端面抵牢升降台15的固定端两侧，底座14的底部旋接有垂直倾角调节手柄26，垂直倾角调节手柄26抵牢升降台15的移动端底面，通过垂直倾角调节手柄26实现升降台15的移动端的垂直移动；
滑道11和直齿道12均固定安装在工作机架1上，第一电机安装座9滑动套接在滑道11上，第一电机10固定安装在第一电机安装座9上，第一电机10的转轴上安装齿轮，齿轮与直齿道12相啮合；在直齿道12的长度方向的两侧均安装一个微动开关13，两个微动开关接入电机正反转电路，其中一个作为正转开关，另一个作为反转开关，实现第一电机10及第一电机安装座9的往返运动，行程大约26cm；电机正反转电路与第一电机10相连，控制电机正反转；电机正反转电路主要由两个交流接触器构成，两个交流接触器和两个微动开关，实现电机的正反转，详细的正反转电路是公知常识，网上很多，这里不再赘述。
如图5所示，套筒7为内径可调的套筒，即套筒7为一侧壁断开的管状体，管状体断开处的两端向外延伸有调节块，两个调节块上均开有通孔27，螺钉穿过一侧的通孔27，从另一侧的通过穿出，与螺母旋接，通过螺钉和螺母旋接松紧来调节套筒7的内径。套筒7套设在第二转轴6上，压力传感器8的一端固定在套筒7上，压力传感器8的另一端固定在第一电机安装座9，用于采集运动副工作过程中产生的径向力的数值。
第二电机24安装在机架上，第二电机24通过传动机构驱动第一转轴5转动；所述传动机构是带传动机构、轴传动机构或齿轮传动机构；所述带传动机构优选同步带传动。本实施例中的方案是：第二电机24的输出轴上安装的主动带轮23，从动带轮3安装在第一转轴5，主动带轮23和从动带轮3通过同步带22相连。
第一电机10与第一电机调速器17相连，可根据实际情况和用户需求调节第一电机10的运转速度大小以控制套筒7在第二转轴6上水平移动速度；第二电机24与第二电机调速器20相连，可根据实际情况和用户需求调节第二电机24的运转速度大小通过传动系统来控制第二转轴6的自转速度。第一电机调速器17和第二电机调速器20可以采用英威腾CHE100-0R7G-S2型变频器，当然不限于此。
所述压力传感器8与压力显示屏16连接，用于显示压力值。
进一步的，还包括启动按钮18、制动按钮19、电源开关21；启动按钮18、制动按钮19、电源开关21均接在综合测试实验台的总电源线上。
本发明的工作过程如下：
当用于检测圆柱副的非线性运动力学特性时，第二电机24运转带动固定在其输出轴上的主动带轮23，通过主动带轮23、同步带22与从动带轮3组成的传动系统带动第一转轴5转动，第一转轴5与第二转轴6通过联轴器4实现同步转动。第一电机10与第一电机安装座9固定连接，第一电机10运转带动固定在其输出轴上的齿轮，齿轮在直齿道12上与其啮合平移带动第一电机10及第一电机安装座9同步平移，从而实现套筒7在第二转轴6的平移滑动。当第一电机10上输出轴上的齿轮啮合平移到了直齿道12的一侧就会碰撞到一侧的微动开关13，第一电机10就会实现反转，第一电机10往另一个方向开始转动。通过第一电机调速器17和第二电机调速器20，同时实现第二转轴6的转动和套筒7在第二转轴上平移滑动。另外，通过两侧的水平倾角调节手柄25可以调节第二转轴6与套筒7的水平倾角；通过垂直倾角调节手柄26可以调节第二转轴6与套筒7的垂直角；通过套筒7上的螺钉和螺母可以调节第二转轴6与套筒7之间的间隙。
当用于检测移动副的非线性运动力学特性时，只需要使第二电机24锁死不转，这样，第二转轴6也锁死不转，套筒7只在第二转轴6上移动。
当用于检测旋转副的非线性运动力学特性时，只需要使第二电机24转动、第一电机10锁死，这样，第二转轴6只与套筒7发生相对转动，形成旋转副。
综上，简言之，当第一电机10和第二电机24同时启动时，运动副之间呈现圆柱副关系；当第一电机10启动、第二电机24锁死时，运动副之间呈现移动副关系；当第二电机24启动、第一电机10锁死时，运动副之间呈现旋转副关系。
本发明结构简单，操作方便，性能可靠，可以通过本发明研究在不同的间隙条件下及不同运动状态下，套筒7与第二转轴6之间的力学特性变化规律。为制造精密机械提供更完善的数据储备，对精密仪器的运动部件的运动精度和动力学性能进行更精确的研究，对空间结构的行为控制和性能设计有着重要的理论意义和实际工程应用价值。
本发明只采用了两个电机，第一电机10、第二电机24各提供不同方向的动力，而且可以根据所需对电机进行调速来观察其力学变化性能。本发明实验简单有效，实验数据可靠。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (7)
1.一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，其特征在于，包括工作机架、联轴器、第一转轴、第二转轴、套筒、压力传感器、第一电机安装座、第一电机、滑道、直齿道、微动开关、底座、升降台、第一电机调速器、第二电机调速器、第二电机、水平倾角调节手柄、垂直倾角调节手柄、电机正反转电路；
所述第一转轴的两端支承在工作机架上，第二转轴的一端也支承在工作机架上，第二转轴的另一端支承在升降台的移动端，升降台放置于底座上，底座固定在工作机架上，底座的两侧各旋接有一根水平倾角调节手柄，两根水平倾角调节手柄的端面抵牢升降台的固定端两侧，底座的底部旋接有垂直倾角调节手柄，垂直倾角调节手柄抵牢升降台的移动端底面，通过垂直倾角调节手柄实现升降台的移动端的垂直移动；
滑道和直齿道均固定安装在工作机架上，第一电机安装座滑动套接在滑道上，第一电机固定安装在第一电机安装座上，第一电机的转轴上安装齿轮，齿轮与直齿道相啮合；在直齿道的长度方向的两侧均安装一个微动开关，两个微动开关接入电机正反转电路，其中一个作为正转开关，另一个作为反转开关；电机正反转电路控制第一电机正反转；
套筒为内径可调的套筒，套筒套设在第二转轴上，压力传感器的一端固定在套筒上，压力传感器的另一端固定在第一电机安装座；
第二电机安装在机架上，第二电机通过传动机构驱动第一转轴转动；
第一电机与第一电机调速器相连，第二电机与第二电机调速器相连。
2.根据权利要求1所述的一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，其特征在于，所述压力传感器与压力显示屏连接。
3.根据权利要求1所述的一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，其特征在于，所述套筒为一侧壁断开的管状体，管状体断开处的两端向外延伸有调节块，两个调节块上均开有通孔，螺钉穿过一侧的通孔，从另一侧的通过穿出，与螺母旋接，通过螺钉和螺母旋接松紧来调节套筒的内径。
4.根据权利要求1所述的一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，其特征在于，所述传动机构是带传动机构、轴传动机构或齿轮传动机构。
5.根据权利要求4所述的一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，其特征在于，所述带传动机构包括同步带。
6.根据权利要求1所述的一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，其特征在于，所述第一转轴的两端均通过带座轴承支承在工作机架上，第二转轴的一端也通过带座轴承支承在工作机架上。
7.根据权利要求1所述的一种含间隙运动副机构非线性动力学特性综合测试实验台，其特征在于，还包括启动按钮、制动按钮、电源开关；启动按钮、制动按钮、电源开关均接在综合测试实验台的总电源线上。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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