CN109724816A - 一种基于曲柄滑块构型的加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机电伺服系统测试技术领域，具体涉及一种可以在同一装置上分别实现正、反操纵两种工况的加载，并且加载力矩梯度可调的基于曲柄滑块构型的加载装置；所述曲柄滑块模型包括滑块A(1)、压簧A(2)、交叉滚子导轨(3)、压簧B(4)、滑块B(5)、伺服电机(6)、丝杠(8)、浮动块(11)；其中所述浮动块(11)设于滑块A(1)和滑块B(5)之间，所述滑块A(1)与浮动滑块(11)之间设有压簧A(2)，所述浮动块(11)与滑块B(5)之间设有压簧B(4)，所述浮动块(11)上设有交叉滚子导轨(3)；所述曲柄部分包括关节轴承(7)、曲柄(9)及编码器(10)。

Description

一种基于曲柄滑块构型的加载装置

技术领域

本发明属于机电伺服系统测试技术领域，具体涉及一种基于曲柄滑块构型的加载装置。

背景技术

大功率机电伺服系统在实际应用中，需要在地面测试其正、反操纵条件下的系统特性，因此需要根据实际情况对工作对象施加预定载荷。

按照正操纵的定义可知，当舵面从零位向正(或负)舵偏偏转时，气动铰链力矩Mj与驱动舵面偏转的主动力矩Mdj方向相反，阻止舵面偏转，当舵面从正(或负)舵偏向零位偏转时，气动铰链力矩Mj与驱动舵面偏转的主动力矩Mdj方向相同，加速舵面偏转。

按照反操纵的定义可知，当舵面从零位向正舵偏偏转时，气动铰链力矩Mj与驱动舵面偏转的主动力矩Mdj方向相同，加速舵面偏转，当舵面从正(或负)舵偏向零位偏转时，气动铰链力矩Mj与驱动舵面偏转的主动力矩Mdj方向相反，阻止舵面偏转。

而现有地面测试加载装置大多为正操纵负载台，采取弹簧钢板加载方式，少数反操纵负载台也仅限于小功率机电伺服系统使用，采用力矩电机直驱方式加载。正操纵负载台多由弹簧钢板、惯量盘等组成，结构简单，但功能单一，仅限于正操纵工况测试。反操纵负载台采用力矩电机直驱的方式，加载精度高，可以同时实现正反操纵加载，但目前受限于力矩电机性能，功率较小，且控制算法复杂，易引入多余力矩。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种可以在同一装置上分别实现正、反操纵两种工况的加载，并且加载力矩梯度可调的基于曲柄滑块构型的加载装置。

本发明的技术方案是：

一种基于曲柄滑块构型的加载装置，包括曲柄滑块模型及曲柄部分。

所述曲柄滑块模型包括滑块A、压簧A、交叉滚子导轨、压簧B、滑块B、伺服电机、丝杠、浮动块；其中所述浮动块设于滑块A和滑块B之间，所述滑块A与浮动滑块之间设有压簧A，所述浮动块与滑块B之间设有压簧B，所述浮动块上设有交叉滚子导轨。

所述曲柄部分包括关节轴承、曲柄及编码器，其中所述关节轴承设于两个交叉滚子导轨之间，所述曲柄设于关节轴承上方，所述编码器设于曲柄的上端。

本发明的有益效果是：

1.本发明可以根据需要，分别进行正、反操纵条件下的加载。

2.本发明可以通过调整压簧的压缩量，进行不同力矩梯度的加载。

3.本发明可以适应中、大功率的机电伺服系统的加载测试。

附图说明

图1是基于曲柄滑块构型的加载装置结构图；

图2是联轴器与丝杠装配图；

图3是基于曲柄滑块构型的加载装置结构图工作原理图；

图4是基于曲柄滑块构型的加载装置结构系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明进一步介绍：

一种基于曲柄滑块构型的加载装置，包括曲柄滑块模型及曲柄部分。

所述曲柄滑块模型包括滑块A1、压簧A2、交叉滚子导轨3、压簧B4、滑块B5、伺服电机6、丝杠8、浮动块11；其中所述浮动块11设于滑块A1和滑块B5之间，所述滑块A1与浮动滑块11之间设有压簧A2，所述浮动块11与滑块B5之间设有压簧B4，所述浮动块11上设有交叉滚子导轨3。

所述曲柄部分包括关节轴承7、曲柄9及编码器10，其中所述关节轴承7设于两个交叉滚子导轨3之间，所述曲柄9设于关节轴承7上方，所述编码器10设于曲柄9的上端。

曲柄滑块模型如图1所示，滑块功能部分包括1.滑块A；2.压簧A；3.交叉滚子导轨；4.压簧B；5.滑块B；6.伺服电机；8.丝杠；11.浮动块组成。曲柄部分主要包括7.关节轴承；9.曲柄；10.编码器。

其中6.伺服电机驱动8.丝杠可同时使1.滑块A和5.滑块B沿Y轴左右移动，11.浮动块在1.滑块A和5.滑块B之间分别通过2.压簧和4.压簧连接，其压缩量取决于力矩梯度，而且压缩后力矩可由1.滑块A和5.滑块B内部的压力传感器检测，可以用作上位机闭环控制。11.浮动块中，在X轴方向上安装一对3.交叉滚子导轨，可自适应调节7.关节轴承在X向的位置，避免加工及安装精度对曲柄滑块机构运动的影响。3.交叉滚子导轨之间安装一个7.关节轴承与9.曲柄末端轴连接，该轴随着关节轴承运动的过程中可在其内孔中移动。

在加载时，根据正反操纵情况，伺服电机经丝杠传动机构驱动滑块移动，以此调整浮动块与滑块之间的相对位置，对曲柄产生不同方向的扭矩。当给定一定的加载梯度后，伺服电机只需调节好弹簧的初始压缩量，随后，曲柄摆动的同时，弹簧自动调整压缩量，跟随曲柄动作，过程中检测滑块力传感器的作用力，乘以曲柄的作用力力臂即可换算获得对曲柄的作用力矩，此力矩即为正、反操纵力矩。当需要缓慢加载时，由于转速低，伺服电机可采用随曲柄摆动而转动，实时调节弹簧压缩量的形式，以实现力矩的高精度跟踪。即，伺服电机驱动滑块移动，以补偿曲柄摆动时造成的弹簧形变，进而弥补此变化引起的力矩变化，使作用力F趋于定值，其中作用力F的大小为曲柄的最大摆角与加载梯度之积；当需要快速小幅值信号加载时，此时依靠弹簧作用力自动调节其长度，实现高频的力矩加载。

伺服电机驱动丝杠转动，进而驱动滑块沿Y向移动，电机所能产生绕转轴的加载力矩可有如下公式计算得出。

式中T_dN——电机额定转矩；

T_dNmax——电机最大转矩；

p——丝杠导程；

H——关节轴承中心距离曲柄转轴中心的Z向距离。

电机轴上的等效惯量可分为转动部分和平动部分，滚珠丝杠轴和联轴器可1比1的等效到电机轴上，而平动部分等效惯量计算如公式2所示，因此可以得出则电机轴等效惯量。电机在带载情况下所能达到的最大加速度如式3所示。

式中m_p——平动部分总质量；

p——滚珠丝杠导程。

伺服电机提供的额定转速为n_d，其经丝杠带动滑块水平运动的额定速度如公式4所示。此时，曲柄滑块的转速如公式5所示，可满足转速要求。同时可计算获得曲柄角加速度与电机转角加速度α之间的关系，如公式6所示。

式中n_d——电机额定转速；

n_dmax——电机最大转速。

Claims (3)

1.一种基于曲柄滑块构型的加载装置，其特征在于：包括曲柄滑块模型及曲柄部分。

2.如权利要求1所述的一种基于曲柄滑块构型的加载装置，其特征在于：所述曲柄滑块模型包括滑块A(1)、压簧A(2)、交叉滚子导轨(3)、压簧B(4)、滑块B(5)、伺服电机(6)、丝杠(8)、浮动块(11)；其中所述浮动块(11)设于滑块A(1)和滑块B(5)之间，所述滑块A(1)与浮动滑块(11)之间设有压簧A(2)，所述浮动块(11)与滑块B(5)之间设有压簧B(4)，所述浮动块(11)上设有交叉滚子导轨(3)。

3.如权利要求1或2所述的一种基于曲柄滑块构型的加载装置，其特征在于：所述曲柄部分包括关节轴承(7)、曲柄(9)及编码器(10)，其中所述关节轴承(7)设于两个交叉滚子导轨(3)之间，所述曲柄(9)设于关节轴承(7)上方，所述编码器(10)设于曲柄(9)的上端。