CN109969427A - 一种具有变性补偿功能的负载模拟平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有变形补偿功能的负载模拟平台，该平台包括承重平台、轴向加载单元、径向加载单元及调整单元，能够模拟舵机在实际工作情况下所受的载荷，检测舵机的工作性能。承重平台采用模块重组的方式，便于安装与运输，底部调整减震装置能够调平和减震。轴向加载单元能够舵机输出端面施加扭矩，并且补偿自身产生的弹性变形。径向加载单元两支撑点为球副，能够补偿加载过程中产生的角偏移，伺服电动缸输出拉力或压力，通过施加垂直于轴向加载单元的作用力，实现对舵机输出端面的弯矩加载。调整单元用于辅助舵机的安装，在未加载前，调整舵机的安装位置。该平台能够对舵机输出端面施加高动态弯矩与扭矩的复合载荷，并准确控制载荷的大小。

Description

一种具有变性补偿功能的负载模拟平台

技术领域

本发明设计一种负载模拟平台，具体说，涉及一种具有变形补偿功能的高动态复合加载平台。

背景技术

飞行器在空中的飞行轨迹是由舵机带动舵面的偏摆校正航向来实现的。舵机作为飞行器姿态控制的主要部件，其性能的好坏决定着飞行器在飞行过程中的动态品质。在实际情况下即使舵机的在静载荷下有着优异的性能，其动刚度特性也可能存在一定程度的缺陷，达不到使用的要求。动刚度对飞行过程中的稳定性有着重要的影响，当动刚度过差，会导致舵面的颤振，进而导致飞行器的振动，其振幅大，频率高，极易发生危险，因此舵机动刚度对飞行器的稳定性与准确性尤为重要。在实验室条件下对舵机施加动态载荷，模拟舵机在飞行过程中舵机轴所受到的动态负载，对舵机系统的实际工作性能进行测量和验证，是舵机产品质量检验和飞控系统动态半物理仿真实验必备程序，因此舵机的负载模拟实验尤为重要。

负载模拟平台需要能够提供高输出、高动态的扭矩与弯矩，模拟舵机在飞行过程中受到的真实负载。舵机质量的测试需要高精度高效率的设备，因此负载平台输出的弯矩和扭矩的大小需要实时准确的控制和检测，实现对舵机的动态特性和静态特性的自动测试，避免传统的手工测试的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有变形补偿功能的负载模拟平台，以实现对舵机动刚度和静刚度的性能测试。

本发明实施例提供了一种具有变形补偿功能的负载模拟平台，其特征在于，该负载模拟平台包括承重平台、轴向加载单元、径向加载单元及调整单元。该负载模拟平台能够对舵机输出端面施加高输出、高动态的扭矩和弯矩，具有补偿负载模拟平台自身因转矩和弯矩造成的弹性变形，持续地对舵机输出端面施加载荷的功能。承重平台采用模块重组的方式，由多块承重板拼接而成，为负载平台提供实验基础；轴向加载单元安装在承重平台上，且通过工装轴与舵机输出端面连接，沿输出端面轴向施加扭矩；径向加载单元安装在承重平台上，且通过前端关节轴承与工装轴连接，通过伺服电动缸施加垂直于工装轴的作用力，实现对舵机输出端面的弯矩加载；调整单元安装于承重平台侧边，支撑板安装在调整单元的顶部，在未加载载荷前，舵机放置于支撑板上，用于辅助将舵机安装于承重平台上。

进一步，承重平台包括6块承重板、3块加强筋板、2个直角连接固件、多个调平减震装置；承重板之间采用螺栓组连接的方式，能够提高运输和安装的灵活性；加强筋板和直角加固件与承重板的侧边相连接，提高承重平台的刚度；调整减震装置包括双头螺柱、螺母、支撑底座；支撑底座与承重板通过双头螺柱连接，支撑底座承载承重板重力的同时能够调整其水平高度，支撑底座的底部复合材料能够减轻承重平台在负载时产生的振动。

进一步，轴向加载单元包括扭矩电机、圆光栅、膜片联轴器、扭矩传感器、扭矩传感器法兰、UPU挠性补偿轴、工装轴法兰、工装轴、延长轴、传感器底座、限位支座、补偿轴支撑座、电机垫板、接近传感器；扭矩电机与电机垫板连接，电机垫板固定在承重板上；电机输出轴穿过圆光栅与膜片联轴器连接，连接方式采用平键连接；圆光栅与膜片联轴器的位置相对固定，膜片联轴器另一端与扭矩传感器通过双平键连接；扭矩传感器固定在传感器底座上，另一端与扭矩传感器法兰的内孔通过双平键连接；扭矩传感器法兰盘与UPU挠性补偿轴法兰盘通过螺栓组连接，扭矩传感器法兰的突出U型结构能够对轴向加载单元起到机械限位的作用；限位支座固定在支撑板上，能够将轴向加载单元转动角度限制在±45°，其竖直表面安装有接近传感器；UPU挠性补偿轴的两端为虎克铰，中间部分采用花键连接方式，键与键槽之间能够相对滑动，补偿轴向加载单元内部因扭矩产生的弹性变形；补偿轴支撑座固定在承重板上，在非工作期间辅助支撑补偿轴；UPU挠性补偿轴的法兰盘与工装轴法兰通过螺栓组连接；工装轴的轴头部分与工装轴法兰的内孔相连接，靠近舵机的端面与延长轴的法兰盘连接；延长轴另一端与舵机输出端面相连接。

进一步，径向加载单元包括前端关节轴承、销轴、伺服电动缸、拉压力传感器、活塞杆、推力杆、轴承座、活塞档销、后端关节轴承、底座支架、电动缸支撑座；底座支架固定在承重板上，后端关节轴承安装在底座支架上；销轴穿过后端关节轴承内圈和伺服电动缸尾铰，顶端用螺母锁紧；伺服电动缸固定在底座支架上，伺服电动缸推杆与拉压力传感器相连；拉压力传感器另一端与活塞杆通过螺纹连接；活塞杆插入推力杆的内孔，在行程范围内，活塞杆和推力杆能够相对滑动，能够起到便于安装的作用；电动缸支撑座与固定在承重板上表面，在非工作期间辅助支撑伺服电动缸；活塞挡销穿过活塞杆的顶端孔和推力杆的滑槽，约束活塞杆与推力杆的相对滑动范围，活塞挡销的顶部采用螺母锁紧，其竖直方向位置与推力杆相对固定；推力杆与轴承座连接，杆上开有注油孔；轴承座与前端关节轴承外圈连接，关节轴承的内圈与工装轴的轴颈连接。

进一步，调整单元包括水平调整装置、竖直调整装置、支撑板、调整平台支架；舵机支撑板安装在竖直调整装置上；竖直调整装置安装在水平调整装置的上表面，通过调整剪叉的位置改变舵机竖直方向的位置；水平调整装置依靠旋转把手带动梯形丝杠的的转动，进而调整舵机水平的位置；调整平台支架固定在承重板的侧边，工作表面用于固定水平调整装置。

附图说明

图1是本发明一种具有变形补偿功能的负载模拟平台整体结构的轴侧视图；

图2是本发明一种具有变形补偿功能的负载模拟平台整体结构的正视图；

图3是轴向加载单元和承重平台的侧视图；

图4是径向加载单元和承重平台的侧视图；

图5是后端关节轴承在A-A平面的剖视图；

图6是调整单元的轴侧视图；

图7是承重平台的调整减震装置的正视图；

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1至图7所示，图1是本发明一种具有变形补偿功能的负载模拟平台整体结构的轴侧视图，图2是本发明一种具有变形补偿功能的负载模拟平台整体结构的正视图，图3是轴向加载单元和承重板的侧视图，图4是径向加载单元和承重板的侧视图，图5是后端关节轴承在A-A平面的剖视图，图6是调整单元的轴侧视图，图7是承重平台的调整减震装置的正视图。

本实例提供了一种具有变形补偿功能的负载模拟平台，参图1～图7所示，该负载模拟平台包括承重平台、轴向加载单元、径向加载单元、调整单元。舵机45通过该负载模拟平台，模拟舵机在飞行过程中受到的真实载荷，检测舵机的性能。连接部分所用螺钉及螺栓强度等级均为12.9级。轴向加载单元与舵机45相连，直接将扭矩传递到舵机输出端面；径向加载单元连接到轴向加载单元，通过轴向加载单元将拉力转换为弯矩。调整单元安装在承重平台侧边，连接方式采用螺栓连接，舵机45放置在调整单元上上。承重平台承载整体装置的重量，能够减震并使地面受力均匀，防止地面因受力过大而压溃。

在本实施例中，参图1、图2和图7所示，承重平台包括承重板1至承重板6、3块加强筋板8、2个直角加固件7、16个调整减震装置；所述承重板1至承重板5的长边依次通过螺栓组连接，所述承重板6的长边与所述承重板2的短边通过螺栓组连接；所述直角加固件7分别与所述承重板6的左右短边通过螺栓组及螺钉连接；所述直角加固件7的另一边分别与所述承重板1、所述承重板3的短边通过螺栓组及螺钉连接；所述加强筋板8分别与所述承重板1至承重板5的短边通过螺钉连接。所述调整减震装置包括所述双头螺柱9、所述六角头螺母11及所述支撑底座10；所述双头螺柱9穿过承重板的四个边角通孔，底端与所述支撑底座10通过螺纹锁紧，顶端与所述六角头螺母11锁紧；所述支撑底座10上表面贴紧承重板下表面，所述六角头螺母11贴紧承重板上表面，调整减震装置与承重板的位置相对固定；调整减震装置底部为复合材料，能够减轻对地面的冲击载荷。

在本实施例中，参图1、图2、图3所示，轴向加载单元由扭矩电机12、圆光栅13、膜片联轴器14、扭矩传感器15、扭矩传感器法兰16、UPU挠性补偿轴17、工装轴法兰18、工装轴20、延长轴21、传感器底座23、限位支座24、补偿轴支撑座26、电机垫板22、接近传感器25组成；所述扭矩电机12与所述电机垫板22相连接，所述电机垫板22与所述承重板5上表面通过螺钉固定；所述扭矩电机12输出轴与所述膜片联轴器14的右端内孔通过键连接；所述圆光栅13安装在所述膜片联轴器14的轴颈处，与所述膜片联轴器14的位置相对固定，用于实时检测电机轴的转动角度；所述膜片联轴器14的左端内孔与所述扭矩传感器15的右端伸出轴连接，在准确传递转速的同时能够补偿轴向加载单元由自身弹性变形引起的轴向、径向及角向偏差；所述扭矩传感器15的左端伸出轴与所述扭矩传感器法兰16的内孔连接，用于实时检测所述扭矩电机12的输出扭矩；所述传感器底座23下表面固定在所述承重板3的工作面，上表面与所述扭矩传感器15通过螺栓连接；所述限位支座24固定在所述承重板3的工作面，其C型结构能够限制电机轴的转动角度，所述接近传感器25安装在所述限位支座24的竖直表面，能够在电机轴转角接近极限时发出信号，控制其转动角度；所述扭矩传感器法兰16与所述UPU挠性补偿轴17的右端法兰盘通过螺栓组连接，所述扭矩传感器法兰盘16轴身凸出U型结构能够对轴向加载单元起到轴向限位的作用；所述UPU挠性补偿轴17左右两端为虎克铰，能够补偿左右两端产生的偏角，减小因角偏移过大而产生的附加动载荷，补偿轴中间部分采用花键连接的方式，键槽与键能够相对滑动，在保证传动扭矩的同时能够轴向窜动，补偿加载过程中的轴向位移，所述UPU挠性补偿轴17的左端法兰盘与所述工装轴法兰18连接；所述工装轴法兰18与所述工装轴20通过双平键连接，所述工装轴法兰18的左端面与第一套筒19的右端面固定，第一套筒19的左端面固定在所述工装轴20的轴肩处；所述工装轴20的法兰盘与所述延长轴21的右端法兰盘通过螺栓组连接；所述延长轴21的左端面法兰盘与舵机45输出端面连接，径向加载单元施加的拉力通过所述延长轴能21够对舵机45施加弯矩，实现弯矩与扭矩复合加载的功能。

在本实施例中，参图1、图2、图4和图5所示，径向加载单元包括底座支架27、伺服电动缸31、拉压力传感器32、活塞杆33、推力杆34、活塞档销35、轴承座37、前端关节轴承38、后端关节轴承42、销轴43、电动缸支撑座44；所述底座支架27固定在所述承重板6上，所述后端关节轴承42安装在所述底座支架27上；所述销轴43穿过所述伺服电动缸31的尾铰孔和所述后端关节轴承42的内圈，用六角头螺母30锁紧，所述销轴43的顶端装有开口销29，能够防止六角头螺母30因松动导致脱落；所述后端关节关节轴承42内圈左右两端由第二套筒40固定，外圈左右两端由挡圈41固定，挡圈41通过锥头螺钉28固定在所述底座支架27上，所述前端关节轴承38和所述后端关节轴承42能够防止负载平台由弹性变形而产生附加载荷，减小弹性变形带来的负面影响；所述伺服电动缸31推杆与所述拉压力传感器32的右端螺纹孔连接；所述拉压力传感器32能够实时检测所述伺服电动缸输出拉力，其左端螺纹孔与所述活塞杆33连接；所述电动缸支撑座44安装在所述承重板2上表面，在所述伺服电动缸31非工作期间，保持其水平位置；所述活塞杆33插入所述推力杆34内孔，杆与孔之间能够相对滑动，能够起到便于安装的作用，不必调整所述伺服电动缸31的推杆长度；所述推力杆34的左端面与所述轴承座37端面通过螺栓组连接，所述推力杆34的轴身部分开有滑槽和注油孔，所述活塞杆33的滑动行程是由滑槽的长度决定的，注油孔便于添加润滑油，润滑油能够减少相对滑动的摩擦力；所述活塞挡销35穿过所述活塞杆34前端通孔，用六角头螺母36锁紧，所述活塞挡销35能够将所述活塞杆34约束在滑动行程范围内；所述前端关节轴承38安装在所述轴承座37上，其内圈由所述工装轴19的轴肩和第一套筒20固定，外圈由轴承端盖39固定；径向加载单元左右两支撑点采用球关节的形式，能够补偿负载平台由弹性变形带来的角偏差。

在本实施例中，参图1、图2和图6所示，调整单元水平调整装置48、竖直调整装置47、支撑板46、调整平台支架50。所述调整平台支架50通过螺栓组与承重平台1的侧边相连接；所述水平方向调整装置48固定在所述调整平台支架50上表面，通过旋转与所述水平调整装置48连接把手49来实现所述舵机水平面内位置的调整；所述竖直调整装置47与所述水平48调整装置上表面连接，通过旋转与竖直方向调整装置47所连接把手49来带动剪叉的移动，实现舵机45竖直方向位置的调整；所述支撑板46固定在所述竖直调整单元47上表面，其伸出部分与所述舵机45下表面连接，在未施加载荷前，调整舵机45的安装位置。

本发明提供一种具有补偿功能的负载模拟平台，具有如下增有益效果：

1)该负载模拟平台能够提供高动态、高输出的扭矩和弯矩，同时准确检测扭矩、弯矩及电机轴的转动角度，能满足不同型号舵机的测试要求。

2)该负载模拟平台承重板采用可拼接方式，单块平台质量轻、体积小，平台整体的强度高，负载能力强，同时便于安装与运输，降低安装与运输成本。

3)该负载模拟平台能够补偿自身因扭矩和弯矩产生的弹性变形，防止因变形产生的附加载荷，保护零件不受附加载荷的冲击，提高零件的使用寿命，提高平台在传动过程中的稳定性。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (4)

1.一种具有变形补偿功能的负载模拟平台，其特征在于，该负载模拟平台包括承重平台、轴向加载单元、径向加载单元及调整单元；

该负载模拟平台能够对舵机输出端面施加高输出、高动态的扭矩和弯矩，具有补偿负载模拟平台自身因转矩和弯矩造成的弹性变形，持续地对舵机输出端面施加载荷的功能；承重平台采用模块重组的方式，由多块承重板拼接而成，为负载平台提供实验基础；轴向加载单元安装在承重平台上，且通过工装轴与舵机输出端面连接，沿输出端面轴向施加扭矩；径向加载单元安装在承重平台上，且通过前端关节轴承与工装轴连接，通过伺服电动缸施加垂直于工装轴的作用力，实现对舵机输出端面的弯矩加载；调整单元安装于承重平台侧边，支撑板安装在调整单元的顶部，在未加载载荷前，舵机放置于支撑板上，用于辅助将舵机安装于承重平台上；

轴向加载单元包括扭矩电机、圆光栅、膜片联轴器、扭矩传感器、扭矩传感器法兰、UPU挠性补偿轴、工装轴法兰、工装轴、延长轴、传感器底座、限位支座、补偿轴支撑座、电机垫板、接近传感器；

扭矩电机与电机垫板连接，电机垫板固定在承重板上；电机输出轴穿过圆光栅与膜片联轴器连接，连接方式采用平键连接；

圆光栅与膜片联轴器的位置相对固定，膜片联轴器另一端与扭矩传感器通过双平键连接；扭矩传感器固定在传感器底座上，另一端与扭矩传感器法兰的内孔通过双平键连接；

扭矩传感器法兰盘与UPU挠性补偿轴法兰盘通过螺栓组连接，扭矩传感器法兰的突出U型结构能够对轴向加载单元起到机械限位的作用；

限位支座固定在支撑板上，能够将轴向加载单元转动角度限制在±45°，其竖直表面安装有接近传感器；

UPU挠性补偿轴的两端为虎克铰，中间部分采用花键连接方式，键与键槽之间能够相对滑动，补偿轴向加载单元内部因扭矩产生的弹性变形；补偿轴支撑座固定在承重板上，在非工作期间辅助支撑补偿轴；UPU挠性补偿轴的法兰盘与工装轴法兰通过螺栓组连接；

工装轴的轴头部分与工装轴法兰的内孔相连接，靠近舵机的端面与延长轴的法兰盘连接；

延长轴另一端与舵机输出端面相连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有变形补偿功能的负载模拟平台，其特征在于，承重平台包括6块承重板、3块加强筋板、2个直角连接固件、多个调平减震装置；承重板之间采用螺栓组连接的方式，加强筋板和直角加固件与承重板的侧边相连接；

调整减震装置包括双头螺柱、螺母、支撑底座；支撑底座与承重板通过双头螺柱连接，支撑底座承载承重板重力的同时能够调整其水平高度。

3.根据权利要求1所述的一种具有变形补偿功能的负载模拟平台，其特征在于，径向加载单元包括前端关节轴承、销轴、伺服电动缸、拉压力传感器、活塞杆、推力杆、轴承座、活塞档销、后端关节轴承、底座支架、电动缸支撑座；

底座支架固定在承重板上，后端关节轴承安装在底座支架上；销轴穿过后端关节轴承内圈和伺服电动缸尾铰，顶端用螺母锁紧；

伺服电动缸固定在底座支架上，伺服电动缸推杆与拉压力传感器相连；拉压力传感器另一端与活塞杆通过螺纹连接；活塞杆插入推力杆的内孔，在行程范围内，活塞杆和推力杆能够相对滑动；

电动缸支撑座与固定在承重板上表面，在非工作期间辅助支撑伺服电动缸；

活塞挡销穿过活塞杆的顶端孔和推力杆的滑槽，约束活塞杆与推力杆的相对滑动范围，活塞挡销的顶部采用螺母锁紧，其竖直方向位置与推力杆相对固定；

推力杆与轴承座连接，杆上开有注油孔；轴承座与前端关节轴承外圈连接，关节轴承的内圈与工装轴的轴颈连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有变形补偿功能的负载模拟平台，其特征在于，调整单元包括水平调整装置、竖直调整装置、支撑板、调整平台支架；

舵机支撑板安装在竖直调整装置上；竖直调整装置安装在水平调整装置的上表面，通过调整剪叉的位置改变舵机竖直方向的位置；水平调整装置依靠旋转把手带动梯形丝杠的的转动，进而调整舵机水平的位置；调整平台支架固定在承重板的侧边，工作表面用于固定水平调整装置。