CN115096580A - 一种多自由度试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度试验装置，涉及试验模拟技术领域，包括伸缩机构包括第一伸缩单元和第二伸缩单元，所述第一伸缩单元水平安装在底座侧面；所述第二伸缩单元竖直安装在第一伸缩单元的上端面；第二伸缩单元设有两个，且两个第二伸缩单元之间安装有活动轴和横向机构，活动轴上安装有连接盘，横向机构位于活动轴的上方，且横向机构与活动轴平行设置；连接盘上间隔安装有若干个调节机构；通过固定件将调节机构与被试件连接；液压机构上端通过销轴与被试件输出轴连接，液压机构安装在底座上端面。本发明通过利用液压机构和轴承座可绕X轴方向进行转动，来实现坡度的模拟；可利用连接盘等实现绕Y轴进行转动，实现侧翻的模拟。

Description

一种多自由度试验装置

技术领域

本发明属于试验模拟技术领域,具体涉及一种多自由度试验装置。

背景技术

随着时代的快速发展，人们的生活水平逐渐提高，很多领域中都会用到动力系统，例如常见的有应用到汽车、无人机等技术领域中，但是目前的动力系统（发动机、变速器、电机等）台架都是固定的，而且涉及到坡度测试的台架，投入成本极高且系统较为复杂。

中国专利CN216771051U涉及一种铰链车门试验台架，试验台架包括底座、台架支撑座、台架主体、车门倾角调节结构、铰链门开关结构；台架主体包括上框架、下框架及中间旋转盘；中间旋转盘包括上部圆盘和下部圆盘；车门倾角调节结构包括伺服电机结构、圆形法兰双轴承座；下框架两侧中心分别通过伺服电机结构和圆形法兰双轴承座安装在两个台架支撑座顶面上；两个所述台架支撑座对称安装在所述底座上；铰链门开关结构包括旋转结构，旋转结构安装在台架主体下方，旋转结构与车门把手相连，进行不同坡度、不同倾角车门的开关门力及速度的测试。但是该专利通过旋转机构实现X、Y轴方向上的旋转，但是该结构还存在旋转角度过度的问题，因此为了解决该旋转角度过度的问题，该专利又设置了X轴方向防旋转限位和Y轴方向防旋转限位的机构，使得整体结构复杂化，投入成本较高。

中国专利CN216883878U公开了一种移动式多自由度转动的并联工作台，包括万向轮、固定基座、转动系统、伸缩系统、动力系统、工作台、控制系统；通过第一电机、第二电机连接第一联轴器、第二联轴器实现第一丝杆、第二丝杆的转动，依靠第一丝杆的转动实现第一移动板的直线运动，从而带动转动板实现绕X轴方向的转动，而依靠第二丝杆的转动实现第二移动板的直线运动，从而带动工作台架实现绕Y轴方向的转动，当两台电机同时工作时，即可实现工作台沿X轴、Y轴两个方向的转动。但是该专利通过X轴转动系统和Y轴转动系统实现的X轴、Y轴两个方向的转动，而X轴转动系统和Y轴转动系统又分别由转轴、轴承座等结构共同构成，且在转动过程中，不易定位，也不能有效的实现纵向坡度模拟等功能。

因此，需要一种结构简单，便于装卸，且动力系统即可以实现输出轴Y向运动，也可以实现X方向旋转运动，同时还可以实现纵向的坡度模拟以及横向的侧翻模拟的多自由度试验装置。

发明内容

本发明针对现有多自由度运动模拟设备投入成本高以及结构复杂等技术问题，提供了一种多自由度试验装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多自由度试验装置，包括底座、连接盘、调节机构、伸缩机构、横向机构和液压机构；

所述伸缩机构包括第一伸缩单元和第二伸缩单元，所述第一伸缩单元水平安装在底座侧面；所述第二伸缩单元竖直安装在第一伸缩单元的上端面；

所述第二伸缩单元设有两个，且两个第二伸缩单元之间安装有活动轴和横向机构，活动轴上安装有连接盘，横向机构位于活动轴的上方，且横向机构与活动轴平行设置；

所述连接盘的外壁面上间隔安装有若干个调节机构；通过固定件将调节机构与被试件连接；

所述液压机构上端通过销轴与被试件输出轴连接，所述液压机构下端安装在底座上端面。

基于上述技术方案，更进一步地，所述调节机构包括第一调节部和第二调节部，第二调节部的一端与第一调节部的一端通过固定件固定连接，且第一调节部和第二调节部固定连接处设有夹角，且第一调节部的端部设有连接孔，通过穿过连接孔的固定件将第一调节部与被试件连接，固定件可选择螺栓，用来调节被试件连接端面与连接盘之间的距离和角度，使之能与市场上所有的被试件连接。

基于上述技术方案，更进一步地，所述第一伸缩单元包括第一主架和第一伸缩杆，第一主架内设第一空腔，第一伸缩杆在第一空腔内水平伸缩；所述第二伸缩单元包括第二主架和第二伸缩杆，第二主架内设有第二空腔，第二伸缩杆在第二空腔内竖直伸缩，且第一主架固定在第二主架上端。

基于上述技术方案，更进一步地，所述第一伸缩杆上设有若干个第一伸缩凸部，所述第一主架上开设有若干个第一通孔，第一伸缩凸部活动安装在第一通孔内。

基于上述技术方案，更进一步地，所述第二伸缩杆上设有若干个第二伸缩凸部，所述第二主架上开设有若干个第二通孔，第二伸缩凸部活动安装在第二通孔内。

基于上述技术方案，更进一步地，所述连接盘包括环形部和支架，支架焊接在环形部的内侧圆形空间中，支架上安装有用于旋转连接盘的旋转手柄。

基于上述技术方案，更进一步地，所述试验装置还包括定位杆，所述横向机构开设有若干个限位孔，所述环形部上开设有若干个定位孔，定位杆从上向下依次穿过限位孔和定位孔将连接盘和横向机构固定连接。

基于上述技术方案，更进一步地，所述活动轴两端通过轴承座固定在两个第二伸缩杆之间，所述轴承座固定在第二伸缩杆上。

基于上述技术方案，更进一步地，所述液压机构包括旋转套筒和液压缸，旋转套筒套接在液压缸的上端，液压缸下端固定在底座上，旋转套筒和液压缸之间设有顶杆，顶杆安装在液压缸上端，旋转套筒通过销轴固定在顶杆上端。

基于上述技术方案，更进一步地，所述试验装置还包括行走机构，行走机构至少包括四个万向轮，万向轮通过固定件安装在底座下端。

基于上述技术方案，更进一步地，第一伸缩单元设有两个，且为水平方向伸缩，对称安装在底座的两个侧面；第二伸缩单元设有两个，为竖直方向伸缩，每个第一伸缩单元上竖直安装有一个第二伸缩单元。

基于上述技术方案，更进一步地，所述支架包括横向杆和竖向杆，且横向杆和竖向杆构成十字架形状。

基于上述技术方案，更进一步地，所述第二调节部通过固定件安装在环形部上。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过利用液压机构和轴承座可以在X轴方向进行转动，进而可以调节相应的坡度；本发明通过连接盘、调节机构和定位杆结构，可以实现Y轴方向旋转；且本发明还通过万向轮和支撑机构实现了对工件的移动和固定；

（2）本发明试验装置当作为台架使用时，通过液压缸、旋转套筒的组合结构可以实现纵向的坡度模拟，同时通过连接盘、旋转手柄以及定位孔的组合结构可以实现横向的侧翻模拟。

附图说明

图1为本发明试验装置的整体结构示意图；

附图标记：1.底座；2.连接盘；21.环形部；22.支架；23.旋转手柄；3.调节机构；31.第一调节部；32.第二调节部；4.第一伸缩单元；41.第一主架；42.第一伸缩杆；5.第二伸缩单元；51.第二主架；52.第二伸缩杆；6.横向机构；7.液压机构；71.旋转套筒；72.液压缸；73.顶杆；8.活动轴；9.定位杆；10.轴承座；11.行走机构；12.支撑机构。

具体实施方式

值得说明的是，本发明中使用的原料均为普通市售产品，对其来源不做具体限定。

以下原料来源，为示例性说明：

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“水平”、“左”、“右”、“前”、“后”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示的一种多自由度试验装置，包括底座1、连接盘2、调节机构3、伸缩机构、横向机构6和液压机构7；伸缩机构包括第一伸缩单元4和第二伸缩单元5，第一伸缩单元4水平安装在底座1侧面；第二伸缩单元5竖直安装在第一伸缩单元4的上端面；第一伸缩单元4设有两个，且为水平方向伸缩，对称安装在底座1的两个侧面，且第一伸缩单元4与底座1位于同一水平面，两个第一伸缩单元4相互平行；第二伸缩单元5设有两个，为竖直方向伸缩，每个第一伸缩单元4上竖直安装有一个第二伸缩单元5，两个第二伸缩单元5相互平行，且两个第二伸缩单元5之间安装有活动轴8和横向机构6，活动轴8上安装有连接盘2，横向机构6位于活动轴8的上方，且横向机构6与活动轴8平行设置。

具体的，第一伸缩单元4包括第一主架41和第一伸缩杆42，第一主架41内设第一空腔，第一伸缩杆42在第一空腔内水平伸缩；第二伸缩单元5包括第二主架51和第二伸缩杆52，第二主架51内设有第二空腔，第二伸缩杆52在第二空腔内竖直伸缩，且第一主架41固定在第二主架51上端。活动轴8两端通过轴承座10固定在两个第二伸缩杆52之间，轴承座10固定在第二伸缩杆52上，考虑到被试件的尺寸范围很大，被试件如电机、变速器、发动机等，而其尺寸范围可以从5kw到1000kw，所以设计成伸缩式既可以满足所有被试件的尺寸需求，又可以满足闲置时对空间占用的需求。且又因试验装置更多的承载静态试验，而装置不会有各个方向的振动，所以可以用伸缩杆，且轴承座10也可以放在第二伸缩杆52上。其中，底座1包括第一伸缩板和第二伸缩板，且第一伸缩板和第二伸缩板上下叠放，第一伸缩板固定在两个第一伸缩杆42之间，第二伸缩板位于第一伸缩板上端，且第二伸缩板安装在两个第一主架41之间。底座1主要用来接油，因为测试或拆解被试件的时候会有很多油液。第一主架41和第一伸缩杆42的整体形状都是“工”字型，都设有起到加固作用的中间横梁，该中间横梁作为底座1的支撑部分。

连接盘2的外壁面上间隔安装有若干个调节机构3，通过固定件将调节机构与被试件连接，固定件可选择具有固定作用的螺丝、螺栓等部件，如图1所示的间隔设有四个调节结构3；每个调节机构3包括第一调节部31和第二调节部32，第二调节部32的一端与第一调节部31的一端通过螺栓固定连接，且第一调节部31和第二调节部32固定连接处设有夹角，第一调节部31和第二调节部32之间的角度取决于被试件的端面螺栓孔的位置，理论上这个角度是任意的，也即是夹角的取值范围可为0°-360°，且第一调节部31的端部设有连接孔，通过穿过连接孔的固定件将第一调节部31与被试件连接。具体的，连接盘2包括环形部21和支架22，支架22焊接在环形部21的内侧，支架22上安装有用于旋转连接盘2的旋转手柄23，第二调节部32通过固定件安装在环形部21上。支架22包括横向杆和竖向杆，且横向杆和竖向杆构成十字架形状，旋转手柄23固定在十字架中心位置。其中，第二调节部32绕着第二调节部32和连接盘2的连接点旋转，第一调节部31绕着第一调节部31和第二调节部32的连接点旋转；而根据实际情况，可以将第一调节部31和第二调节部32的长度进行适应性调整，进而连接不同的被试件，具体是被试件连接端设有若干螺栓孔，用螺栓等具有连接固定作用的固定件穿过被试件连接端的螺栓孔和第一调节部31端头的连接孔，进而将被试件与连接盘2连接在一起。

液压机构7安装在底座1上，具体是液压机构7安装固定在两个第一伸缩杆42之间的第一伸缩板上，且液压机构7包括旋转套筒71和液压缸72，旋转套筒71套接在液压缸72的上端，具体的，旋转套筒71和液压缸72之间设有顶杆73，顶杆73安装在液压缸72上端，旋转套筒71通过销轴固定在顶杆73上端，液压缸72下端固定在底座1上，液压机构7上端通过销轴与被试件输出轴连接，具体的，液压缸72下端固定在第一伸缩板上，在安装被试件的时候，可以暂用省力的万向轮，通过万向轮的前后移动，进而确定各个伸缩单元的位置。试验装置还包括行走机构11，行走机构11至少包括四个万向轮，万向轮通过固定件安装在底座1下端，在底座1下方还可设有便于拆卸和移动的支撑机构12，支撑机构12至少包括四个支撑架，支撑架间隔分布在第一伸缩板下端。支撑架与底座1是相互独立的，此目的用于区分固定台架的不灵活。而该装置中的支撑机构12可以自由移动，当进行试验时可以通过支撑架固定，以减轻万向轮的负载。

试验装置还包括定位杆9，横向机构6开设有若干个限位孔，环形部21上开设有若干个定位孔，定位杆9从上向下依次穿过限位孔和定位孔将连接盘2和横向机构6固定连接。固定件可选择具有固定作用的部件，比如螺丝、螺栓等部件。

本装置的工作原理为：在图1中，采用绕X方向旋转来模拟坡度，采用绕Y方向旋转来模拟侧翻，而Y方向具体是指万向轮前进或后退的方向，与Y方向横向垂直的为X方向；但是具体的X、Y方向可以根据商用车来定义的，在一些乘用车上发动机，变速器可能横置，此时XY方向置换一下即可，即绕X方向模拟侧翻、绕Y方向模拟坡度。

用于模拟坡度的绕X方向旋转的工作原理为：液压机构7有液压缸72和旋转套筒71通过一个销子来连接，且旋转套筒71可以转动；当模拟坡度时，可以通过液压缸72的举升和下降，旋转套筒71会跟着转动，该旋转套筒71和被试件，如发动机、变速器等的输出轴之间可以隔着一块橡胶垫，用于减少磨损，另一端的轴承座10同时也会随之转动，从而实现坡度的模拟，这种情况下可以观察内部润滑油的状态。其中，转动的范围为水平夹角±45度，可满足市场上所有的车辆或工程机械、装甲车等。具体的，被试件如电机、变速器、发动机等都设有输出轴，该输出轴可能会被诸如法兰等套住。此处将输出轴穿过旋转套筒71，而为了保护输出轴，可以在输出轴底部和旋转套筒71间加一个橡胶皮套或皮垫；在液压机构7工作的时候，液压缸72上端的顶杆73会上下运动，因为旋转套筒71和顶杆73之间通过销轴连接，旋转套筒71在上下运动的时候也可以绕着销轴转动。从而实现了绕X轴的转动，实现坡度模拟。

用于模拟侧翻的绕Y方向旋转的工作原理：通过转动连接盘2背面的旋转手柄23，进而驱动连接盘2转动，从而可以实现被试件的周向运动，此外，连接盘2的轮圈上有定位孔，这个可以根据需要，可以根据常用的侧翻角度，来打定位孔，以便使用。转动旋转手柄23，连接盘2会带着被试件转动，可以模拟侧翻的工况。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种多自由度试验装置，其特征在于：包括底座（1）、连接盘（2）、调节机构（3）、伸缩机构、横向机构（6）和液压机构（7）；

所述伸缩机构包括第一伸缩单元（4）和第二伸缩单元（5），所述第一伸缩单元（4）水平安装在底座（1）侧面；所述第二伸缩单元（5）竖直安装在第一伸缩单元（4）的上端面；

所述第二伸缩单元（5）设有两个，且两个第二伸缩单元（5）之间安装有活动轴（8）和横向机构（6），活动轴（8）上安装有连接盘（2），横向机构（6）位于活动轴（8）的上方，且横向机构（6）与活动轴（8）平行设置；

所述连接盘（2）上间隔安装有若干个调节机构（3）；通过固定件将调节机构（3）与被试件连接；

所述液压机构（7）上端通过销轴与被试件输出轴连接，所述液压机构（7）下端安装在底座（1）上。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度试验装置，其特征在于：所述调节机构（3）包括第一调节部（31）和第二调节部（32），第二调节部（32）的一端与第一调节部（31）的一端通过固定件固定连接，且第一调节部（31）和第二调节部（32）固定连接处设有夹角，且第一调节部（31）的端部设有连接孔，通过穿过连接孔的固定件将第一调节部（31）与被试件连接。

3.根据权利要求1所述的一种多自由度试验装置，其特征在于：所述第一伸缩单元（4）包括第一主架（41）和第一伸缩杆（42），第一主架（41）内设第一空腔，第一伸缩杆（42）在第一空腔内水平伸缩；所述第二伸缩单元（5）包括第二主架（51）和第二伸缩杆（52），第二主架（51）内设有第二空腔，第二伸缩杆（52）在第二空腔内竖直伸缩，且第一主架（41）固定在第二主架（51）上端。

4.根据权利要求3所述的一种多自由度试验装置，其特征在于：所述第一伸缩杆（42）上设有若干个第一伸缩凸部，所述第一主架（41）上开设有若干个第一通孔，第一伸缩凸部活动安装在第一通孔内。

5.根据权利要求3所述的一种多自由度试验装置，其特征在于：所述第二伸缩杆（52）上设有若干个第二伸缩凸部，所述第二主架（51）上开设有若干个第二通孔，第二伸缩凸部活动安装在第二通孔内。

6.根据权利要求3所述的一种多自由度试验装置，其特征在于：所述活动轴（8）两端通过轴承座（10）固定在两个第二伸缩杆（52）之间，所述轴承座（10）固定在第二伸缩杆（52）上。

7.根据权利要求1所述的一种多自由度试验装置，其特征在于：所述连接盘（2）包括环形部（21）和支架（22），支架（22）焊接在环形部（21）的内侧，支架（22）上安装有用于旋转连接盘（2）的旋转手柄（23）。

8.根据权利要求7所述的一种多自由度试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括定位杆（9），所述横向机构（6）开设有若干个限位孔，所述环形部（21）上开设有若干个定位孔，定位杆（9）从上向下依次穿过限位孔和定位孔将连接盘（2）和横向机构（6）固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种多自由度试验装置，其特征在于：所述液压机构（7）包括旋转套筒（71）和液压缸（72），旋转套筒（71）套接在液压缸（72）的上端，液压缸（72）下端固定在底座（1）上，且旋转套筒（71）和液压缸（72）之间设有顶杆（73），顶杆（73）安装在液压缸（72）上端，旋转套筒（71）通过销轴固定在顶杆（73）上端。

10.根据权利要求1所述的一种多自由度试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括行走机构（11），行走机构（11）至少包括四个万向轮，万向轮通过固定件安装在底座（1）下端。

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