CN116399573A - 一种用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构 - Google Patents

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张高峰
李�诚
王锐
庄鹏翔
王曌凯
冯新宇
王恒丰
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Abstract

本发明公开了一种用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，置于负载模拟台台架的空缺空间中，包括连接曲臂、胀紧套、安装座和多个质量块，所述胀紧套嵌套在连接曲臂内侧，所述连接曲臂固定在安装座上，所述安装座上设有孔，通过孔贯穿安装有螺杆，所述质量块安装在螺杆上，在安装座上呈对称分布，端部通过螺母进行紧固，通过拆卸质量块模拟负载台所需要的惯性负载，该机构初始状态处于竖直位置，不给处于零位位置的作动器施加初始的惯性负载，安装被试作动器之前，松开胀紧套，惯性负载在重力作用下，便自动恢复到竖直位置。本发明解决模拟负载台惯性力矩可调节加载的要求。

Description

一种用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构
技术领域
本发明属于惯量加载机构试验技术，具体涉及一种用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构。
背景技术
负载模拟台要求模拟惯性、摩擦、位置、常值四种负载力矩的单独施加和组合施加情况，其中经常性试验用负载为惯性、摩擦和位置的组合力矩，常值负载用于研究性试验。
负载模拟台是一种重要的半实物仿真设备，国内外有很多的专家学者对模拟负载台做了很多的研究工作，研制性能优良的模拟负载台具有重要的意义。其中惯性加载式的机构为许多学者的研究对象，主要技术是利用惯量盘和质量块等方式来模拟惯性负载。经国内外学者的长期研究，电液负载模拟器被成功用于飞行器舵机加载试验中，取得了许多有价值的研究成果。
目前，惯量加载主要有机械加载和模拟加载，机械加载主要采用增减机械配重块的形式实现；模拟加载主要采用液压马达或电机实现。其中，模拟加载时，对加载元件的控制精度及响应速度有很高要求，成本较高，难度较大；机械加载时，受限于连接件的强度及空间尺寸，对惯量的加载范围有一定限制，同时机械加载的加载梯度受配重块尺寸影响较大，在初始位置时容易因加工及装配偏差导致出现偏心力矩。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，解决模拟负载台惯性力矩可调节加载的要求。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，置于负载模拟台台架的空缺空间中，包括连接曲臂、胀紧套、安装座和多个质量块，所述胀紧套嵌套在连接曲臂内侧，所述连接曲臂固定在安装座上，所述安装座上设有孔，通过孔贯穿安装有螺杆，所述质量块安装在螺杆上，在安装座上呈对称分布，端部通过螺母进行紧固，通过拆卸质量块模拟负载台所需要的惯性负载，该机构初始状态处于竖直位置，不给处于零位位置的作动器施加初始的惯性负载，安装被试作动器之前，松开胀紧套，惯性负载在重力作用下，便自动恢复到竖直位置。
进一步地，所述连接曲臂内侧为阶梯孔形式。
进一步地，所述安装座包括顶板和竖板组成，一截面为T形。
进一步地，所述连接曲臂底部通过六根对称布置的铰制孔螺栓与安装座顶板连接。
进一步地，所述铰制孔螺栓满足剪切强度和挤压强度的要求为：
Figure BDA0004192657310000021
σp＝Fs/dshmin≤[σp]MPa
式中，Fs为螺栓受的横向载荷；ds为螺栓剪切面直径；m为螺栓剪切面数目；hmin为螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度；τ为螺栓许用剪应力，σp为螺栓许用挤压应力。
进一步地，所述m为1，hmin为0.025m。
进一步地，所述铰制孔螺栓为M48铰制孔螺栓，ds为42mm。
进一步地，所述安装座的竖板开有8个直径为40mm的孔用来安装螺杆，8个孔4行2列分布，所述质量块上开有一对对称且直径为40mm的孔，套在螺杆上。
进一步地，所述质量块最大提供5.5万牛米的负载扭矩。
进一步地，放置该机构的空缺空间两侧安装有肋板。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.分体式加载，灵活性高：胀紧套为可拆卸连接，当模拟负载台不需要惯量加载时，整套机构可以直接卸下，需要加载惯量时，胀紧套胀紧能够保证传动轴与惯量机构紧密连接，有效传递惯性力矩；
2.大惯量且可调范围大：与传统惯量盘的加载方式不同，加载方式采用可拆卸质量块进行加载，能够实现惯量在一定范围内可调，质量块最大能够提供5.5万牛米的负载扭矩；
3.安全性好：惯量加载机构置于台架的空缺空间中，空缺空间安装了两块肋板对惯量加载机构起到了保护作用，肋板是可拆卸螺栓连接，当拆掉肋板时，能够方便地对惯量加载机构进行调节，当安装上肋板时，能够对惯量加载机构和人员起到保护作用；
4.加载方式优越：安装座与连接曲臂通过螺栓连接，结构可靠，方便拆卸维护，安装座上穿插螺杆，使质量块能够对称的有效的分布在安装座上，相比较于传统的在轴两端添加负载和利用惯量盘的方式添加负载，该加载方式具有灵活性高的优点，相比于其他惯量加载方式具有较大优势；
5.分体式安装：惯量加载机构采用了分体式安装，安装座可进行拆卸和更换，安装座通过螺栓即可和连接曲臂安装在一起，更换其他类型的安装座可以灵活地更改惯性负载。
附图说明
图1为负载模拟台惯量加载机构立体图。
图2为负载模拟台惯量加载机构整体图。
图3为负载模拟台惯量加载机构左视图。
图4为负载模拟台惯量加载机构剖面图。
图5为负载模拟台惯量加载机构俯视图。
其中，1-连接曲臂，2-胀紧套，3-螺栓M42X140，4-六角螺母M42，5-安装座，6-六角螺母M36，7-螺杆M36，8-质量块，9-主轴，10-惯量加载机构，11-肋板。
具体实施方式
下面结合附图并举实例，对本发明进行详细描述。
本发明属于惯量加载机构试验技术，用于负载模拟台上进行惯性力矩加载且能实现惯性力矩值在一定范围内可调，其包括连接曲臂1，胀紧套2，螺栓M42X1403，六角螺母M424，安装座5，六角螺母M366，螺杆M367，质量块8，如图1～图5所示。
连接曲臂1内侧与胀紧套2外环直接接触，连接曲臂1内部为阶梯孔形式，对涨紧套2起到定位作用。连接曲臂1通过六根对称布置的M42铰制孔螺栓与安装座5连接。
胀紧套2通过螺栓进行胀紧，使包容面间产生压力和摩擦力实现惯性负载的传送，胀紧套2这种拆卸方便的连接方式，可保证任意被试作动器安装三角关系时，惯性机构初始状态可以处于竖直位置，不给处于零位位置的作动器施加初始的惯性负载。只需在安装被试作动器之前，松开胀紧套2，惯性负载在重力作用下，便自动恢复到竖直位置。当惯性负载成为被试作动器主要负载来源时，连接安装座和连接曲臂的铰制孔螺栓通过径向力和力臂的配合来传递负载扭矩。该方式的使用使得惯量加载机构具有自调节的功能。
安装座5上开有8个直径为40mm的孔用来安装螺杆，通过螺栓与连接曲臂1进行连接，由于需要传递力矩，此螺栓已进行剪切强度与挤压强度的校核。当铰制孔螺栓通过接触面的挤压来传递力矩时，其需要分别满足剪切强度和挤压强度的要求：
Figure BDA0004192657310000041
σp＝Fs/dshmin≤[σp]MPa
式中，Fs为螺栓受的横向载荷，根据惯性负载最大传递55000N.m负载扭矩和等效力臂0.25m，得到横向载荷为220000N；ds为螺栓剪切面直径；m为螺栓剪切面数目，本方案中为1；hmin为螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，本方案中为0.025m；[τ]为螺栓许用剪应力，[σp]为螺栓许用挤压应力，本方案所选螺栓为12.9级，根据计算公式，许用剪应力为432MPa，许用挤压应力为864MPa(计算方法参考哈工大机械设计基础第5版199页，在此不再累述)；本方案中选择的为M48铰制孔螺栓，ds为42mm，代入上述计算公式，得切应力为154MPa，挤压应力为206MPa，均满足许用应力，符合设计要求。
质量块8上开有一对对称且直径为40mm的孔，用于套在螺杆上，端部通过螺母进行紧固，质量块在安装座上呈对称分布，用于提供模拟负载台所需要的惯性负载。
惯量加载方式采用可拆卸质量块8，质量块8最大可提供5.5万牛米的负载扭矩，且能够根据加载需要进行调节，将安装座拆下可以做到小惯量加载，将安装座装上能够通过调整质量块8的个数进而调节惯量的范围，可调范围大。相比较于传统的在轴两端添加负载和利用惯量盘的方式添加负载，该加载方式具有灵活性高的优点，相比于其他惯量加载方式具有较大优势。
惯量加载机构置于台架的空缺空间中，空缺空间安装了两块肋板11对惯量加载机构起到了保护作用。肋板是可拆卸螺栓连接，当拆掉肋板11时，能够方便地对惯量加载机构进行调节，当安装上肋板11时，能够对惯量加载机构和人员起到保护作用，安全性高。惯量加载机构采用了分体式安装，安装座5可进行拆卸和更换，安装座通过螺栓即可和连接曲臂安装在一起，更换其他类型的安装座可以灵活地更改惯性负载。
本发明惯量加载机构的安装方式为：
1.将胀紧套2套在主轴9上。
2.将连接曲臂1套在胀紧套2外，并使胀紧套2与连接曲臂1嵌合。
3.将连接曲臂1的孔与安装座5的孔对齐，通过螺栓3和螺母4进行连接。
4.将螺杆7插入到安装座5的孔内，两端长度对称。
5.将质量块8通过孔插入到螺杆7上，并用螺母6从两端进行紧固夹紧。
6.待整个机构完全竖直时，通过螺栓使胀紧套胀紧，使包容面间产生压力和摩擦力实现惯性负载的传送。
7.将肋板11装在惯量加载机构10两边，起保护作用。
本发明是负载模拟台上的一部分，要求模拟负载台在惯性、摩擦、位置、常值四种负载力矩的组合施加情况下，通过调整质量块的多少进而实现惯量大小的改变，可保证任意被试作动器安装三角关系时，惯性机构初始状态可以处于竖直位置，不给处于零位位置的作动器施加初始的惯性负载。只需在安装被试作动器之前，松开胀紧套，惯性负载在重力作用下，便自动回复到竖直位置。当惯性负载成为被试作动器主要负载来源时，连接安装座和曲臂的铰制孔螺栓通过径向力和力臂的配合来传递负载扭矩。

Claims (10)

1.一种用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，置于负载模拟台台架的空缺空间中，其特征在于，包括连接曲臂、胀紧套、安装座和多个质量块，所述胀紧套嵌套在连接曲臂内侧，所述连接曲臂固定在安装座上，所述安装座上设有孔，通过孔贯穿安装有螺杆，所述质量块安装在螺杆上，在安装座上呈对称分布，端部通过螺母进行紧固，通过拆卸质量块模拟负载台所需要的惯性负载，该机构初始状态处于竖直位置，不给处于零位位置的作动器施加初始的惯性负载，安装被试作动器之前，松开胀紧套，惯性负载在重力作用下，便自动恢复到竖直位置。
2.根据权利要求1所述的用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，其特征在于，所述连接曲臂内侧为阶梯孔形式。
3.根据权利要求1所述的用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，其特征在于，所述安装座包括顶板和竖板组成，一截面为T形。
4.根据权利要求3所述的用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，其特征在于，所述连接曲臂底部通过六根对称布置的铰制孔螺栓与安装座顶板连接。
5.根据权利要求4所述的用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，其特征在于，所述铰制孔螺栓满足剪切强度和挤压强度的要求为：
Figure FDA0004192657290000011
σp＝Fs/dshmin≤[σp]MPa
式中，Fs为螺栓受的横向载荷；ds为螺栓剪切面直径；m为螺栓剪切面数目；hmin为螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度；τ为螺栓许用剪应力，σp为螺栓许用挤压应力。
6.根据权利要求5所述的用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，其特征在于，所述m为1，hmin为0.025m。
7.根据权利要求5所述的用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，其特征在于，所述铰制孔螺栓为M48铰制孔螺栓，ds为42mm。
8.根据权利要求3所述的用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，其特征在于，所述安装座的竖板开有8个直径为40mm的孔用来安装螺杆，8个孔4行2列分布，所述质量块上开有一对对称且直径为40mm的孔，套在螺杆上。
9.根据权利要求1-8任一所述的用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，其特征在于，所述质量块最大提供5.5万牛米的负载扭矩。
10.根据权利要求9所述的用于负载模拟台的分体式大惯量可调节惯量加载机构，其特征在于，放置该机构的空缺空间两侧安装有肋板。
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