CN109724815B - 一种基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩拟加载系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天伺服技术领域，具体涉及一种保证电动舵机在反操纵力矩条件下安全可靠的工作的基于绳传动的曲柄‑压簧型反操纵力矩拟加载系统；包括曲柄(1)、传动绳(2)、力传感器(3)、滚轮(4)、滑块(5)、导轨(6)、丝杠(7)、弹簧(8)、伺服电机(9)、限位块(10)、台体(11)、舵机轴(12)、导向杆(13)、固定支座(14)及滚轮基座(15)；鉴于因传动环节惯量过大而导致多余力矩难于消除的影响，现采用绳传递力的加载方式；依据弹簧可实现线性加载的特点，通过电机实时调节压簧组件的压缩量，实现对曲柄的不同力矩梯度的加载。

Description

一种基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩拟加载系统

技术领域

本发明属于航天伺服技术领域，具体涉及一种基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩拟加载系统。

背景技术

飞行器借助舵以产生飞行时所需的力和力矩，舵面由于受到空气压力而产生作用于电动舵机的负载扭矩。当舵面从零位向正(或负)舵偏偏转时，负载力矩与电动舵机的主动力矩方向相同，加速舵面偏转，即起正反馈作用；当舵面从正(或负)舵偏向零位偏转时，负载力矩与电动舵机的主动力矩方向相反，阻止舵面偏转，即起负反馈作用。这种现象，我们称作反操纵工况。

近年来，电动舵机在飞行器中的应用愈发广泛，它具有体积小、功率密度大、维护方便、可靠性高等优点。舵反操纵力矩对电动舵机有重要影响，如果舵机抗反操纵力矩能力较差，将会影响舵机系统的稳定性。在产品交付前，应依托反操纵力矩模拟加载系统对电动舵机的抗反操纵力矩性能进行验证。

目前国内大功率机电伺服系统尚无成熟的反操纵特性试验数据，以往的相关技术多为小型飞行器上的小功率舵机反操纵特性研究。为了保证电动舵机在反操纵力矩条件下安全可靠的工作，特研制了一种反操纵力矩模拟加载系统，以模拟舵对舵机轴的反操纵力矩负载。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种保证电动舵机在反操纵力矩条件下安全可靠的工作的基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩拟加载系统。

本发明的技术方案是：

一种基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩拟加载系统，包括曲柄、传动绳、力传感器、滚轮、滑块、导轨、丝杠、弹簧、伺服电机、限位块、台体、舵机轴、导向杆、固定支座及滚轮基座；其中曲柄通过舵机轴安装于台体上，曲柄可绕舵机轴转动，限位块用于限制曲柄转动范围；传动绳一端固定在曲柄末端，另一端绕过滚轮后固定于导向杆顶部，传动绳从滑块、导向杆内部穿过；滚轮安装于滚轮基座上，滚轮基座一侧连接有力传感器，力传感器通过固定支座安装于台体上；弹簧安装于滑块和导向杆顶部之间，导向杆穿插于弹簧内部，且可相对于滑块移动；滑块可沿导轨滑动，导轨安装于台体上；伺服电机安装于台体上，伺服电机输出端通过丝杠带动滑块沿导轨滑动。

所述伺服电机驱动丝杠，进而带动滑块沿导轨滑动，使得弹簧产生的弹力经由传动绳作用于曲柄，从而产生作用于舵机轴的反操纵力矩。

本发明的有益效果是：

1、鉴于因传动环节惯量过大而导致多余力矩难于消除的影响，现采用绳传递力的加载方式；

2、依据弹簧可实现线性加载的特点，通过电机实时调节压簧组件的压缩量，实现对曲柄的不同力矩梯度的加载。

附图说明

图1是基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩模拟加载系统结构图；

图2是基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩模拟加载系统结构原理图；

图3是基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩模拟加载系统结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明提出的一种进行进一步的介绍：

一种基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩拟加载系统，包括曲柄1、传动绳2、力传感器3、滚轮4、滑块5、导轨6、丝杠7、弹簧8、伺服电机9、限位块10、台体11、舵机轴12、导向杆13、固定支座14及滚轮基座15；其中曲柄1通过舵机轴12安装于台体11上，曲柄1可绕舵机轴12转动，限位块10用于限制曲柄1转动范围；传动绳2一端固定在曲柄1末端，另一端绕过滚轮4后固定于导向杆13顶部，传动绳2从滑块5、导向杆13内部穿过；滚轮4安装于滚轮基座15上，滚轮基座15一侧连接有力传感器3，力传感器3通过固定支座14安装于台体11上；弹簧8安装于滑块5和导向杆13顶部之间，导向杆13穿插于弹簧8内部，且可相对于滑块5移动；滑块5可沿导轨6滑动，导轨6安装于台体11上；伺服电机9安装于台体11上，伺服电机9输出端通过丝杠7带动滑块5沿导轨6滑动。

所述伺服电机9驱动丝杠7，进而带动滑块5沿导轨6滑动，使得弹簧8产生的弹力经由传动绳2作用于曲柄1，从而产生作用于舵机轴12的反操纵力矩。

实施例

当给定某一力矩梯度后，根据曲柄1绕舵机轴12的摆角δ，计算弹簧8的初始变形量；控制伺服电机9动作，通过带动滑块5滑动，实现弹簧8初始变形量的调节；弹簧8在形变后产生弹力，弹力通过传动绳2进行传递，产生作用于曲柄1末端的拉力F反操纵力，进而转化为作用于舵机轴12的力矩M反操纵力矩。其中，力传感器3测量传动绳2作用于滚轮4的水平方向力FN，通过几何换算后得到拉力F；根据胡克定律，水平方向力FN等于弹簧8线性系数KS与自身变形量的乘积；曲柄1绕舵机轴12的摆角δ可通过安装码盘等手段测得。

Claims (2)

1.一种基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩拟加载系统，其特征在于：包括曲柄(1)、传动绳(2)、力传感器(3)、滚轮(4)、滑块(5)、导轨(6)、丝杠(7)、弹簧(8)、伺服电机(9)、限位块(10)、台体(11)、舵机轴(12)、导向杆(13)、固定支座(14)及滚轮基座(15)；其中曲柄(1)通过舵机轴(12)安装于台体(11)上，曲柄(1)可绕舵机轴(12)转动，限位块(10)用于限制曲柄(1)转动范围；传动绳(2)一端固定在曲柄(1)末端，另一端绕过滚轮(4)后固定于导向杆(13)顶部，传动绳(2)从滑块(5)、导向杆(13)内部穿过；滚轮(4)安装于滚轮基座(15)上，滚轮基座(15)一侧连接有力传感器(3)，力传感器(3)通过固定支座(14)安装于台体(11)上；弹簧(8)安装于滑块(5)和导向杆(13)顶部之间，导向杆(13)穿插于弹簧(8)内部且可相对于滑块(5)移动；滑块(5)可沿导轨(6)滑动，导轨(6)安装于台体(11)上；伺服电机(9)安装于台体(11)上，伺服电机(9)输出端通过丝杠(7)带动滑块(5)沿导轨(6)滑动。

2.如权利要求1所述的一种基于绳传动的曲柄-压簧型反操纵力矩拟加载系统，其特征在于：所述伺服电机(9)驱动丝杠(7)，进而带动滑块(5)沿导轨(6)滑动，使得弹簧(8)产生的弹力经由传动绳(2)作用于曲柄(1)，从而产生作用于舵机轴(12)的反操纵力矩。

Images