CN116793674A - 一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，包括台架，台架上侧安装有T型槽台，其一端到另一端依次安装有第一轴承座、惯性力矩加载机构、多套摩擦力矩组合加载机构、液压力矩加载机构、第二轴承座、扭矩传感器、第三轴承座、被测伺服机构、第四轴承座以及限位机构；第一轴承座、惯性力矩加载机构、摩擦力矩组合加载机构、第二轴承座上连接后主轴，第三轴承座、被测伺服机构、第四轴承座上连接前主轴，前、后主轴在扭矩传感器处传动连接；第一轴承座、摩擦力矩组合加载机构、第二轴承座、扭矩传感器、第三轴承座、第四轴承座以及限位机构与T型槽台连接。本发明兼容不同伺服机构产品，能够组合加载摩擦负载、惯性负载、主动阻力负载。

Description

一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置

技术领域

本发明属负载模拟器技术领域，具体涉及一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置。

背景技术

负载模拟器要求模拟惯性、摩擦、主动加载三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、摩擦和主动加载的组合力，常值负载用于研究性试验。

被试作动器性能稳定性试验加载装置用于检测被试作动器在负载条件下的性能稳定性和可靠性，特别是被试作动器的零位稳定性；提供作动器长时间工作的测试条件，通过对伺服阀长时间工作条件下产品性能的测试，从而保证产品工作时间内的可靠性。

目前的被试作动器静动态试验台，没有能够达到40000NM测试力矩同时高频率扫频测试的要求，且现有试验台大多只能测试一个或者一类规格的被试作动器，不具备通用性。因此，研发高负载高稳定性的试验加载装置有重要意义。

发明内容

实现本发明目的的技术解决方案为一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，可以兼容不同伺服机构产品，提供可调节的加载摩擦负载、惯性负载及主动阻力负载，提高了测试时的稳定性。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，包括台架，所述台架的上侧安装有T型槽台，台架一端到另一端依次安装有第一轴承座、惯性力矩加载机构、多套摩擦力矩组合加载机构、液压力矩加载机构、第二轴承座、扭矩传感器、第三轴承座、被测伺服机构、第四轴承座以及限位机构；第一轴承座、惯性力矩加载机构、摩擦力矩组合加载机构、第二轴承座上连接后主轴，第三轴承座、被测伺服机构、第四轴承座上连接前主轴，前主轴和后主轴在扭矩传感器位置处传动连接；第一轴承座、摩擦力矩组合加载机构、第二轴承座、扭矩传感器、第三轴承座、第四轴承座以及限位机构与T型槽台的T型槽连接。

进一步地：所述台架由底板、侧板、盖板焊接形成，底板通过地脚螺栓固定在地基上，台架安装第一被测伺服机构、第二被测伺服机构的下方为中空部分，中空部分采用加强筋支撑结构。

进一步地：所述惯性力矩加载机构包括连接曲臂、安装座、胀紧套、螺柱、螺母、砝码、螺栓及螺母，所述胀紧套嵌套在连接曲臂内侧，连接曲臂通过胀紧套与后主轴连接，安装座通过螺栓、螺母与连接曲臂紧固连接，所述安装座上设有孔，通过孔贯穿安装螺柱，螺柱通过螺纹固定在安装座的孔上，砝码安装在螺柱上，在安装座上呈对称分布，两端通过螺母固定在安装座上。

进一步地：所述摩擦力矩组合加载机构为对称结构，包括制动器座、摩擦片、油缸体、制动块、活塞、底座和端盖；底座与T型槽台固定连接，制动器座上部与端盖连接，底部与底座固定连接，油缸体内嵌于制动器座两侧内并通过螺纹紧固，活塞安装在油缸体内部，一端与油腔接触，另一端与内侧制动块接触，制动块与内侧摩擦片螺纹连接，油缸体中通液压油为摩擦片提供正压力，通过正压力两侧摩擦片抱紧后主轴。

进一步地：所述制动块为方形，内部开有作为冷却管路的四个通道孔，在制动块的中间有突起，摩擦片上有与凸起对应的凹槽，以使制动块与摩擦片同轴并贴合。

进一步地：所述摩擦片和制动块上开有螺纹孔和沉头螺纹套，螺纹孔内安装有弹簧和螺栓，弹簧套接在螺栓上，弹簧、螺栓将摩擦片和制动块连接在一起。

进一步地：所述摩擦片由铍青铜加工制成，摩擦力矩组合加载机构为3套。

进一步地：所述液压力矩加载机构包括活塞杆、缸体和支撑底座：活塞杆伸出端铰接有后曲臂，后曲臂通过胀紧套与后主轴连接，活塞杆另一端连接缸体，缸体与支撑底座铰接固定，支撑底座与台架机构底部连接，在试验加载装置零位位置时，活塞杆处于中位，且缸体与曲臂成垂直状态。

进一步地：所述被测伺服机构下端固定在弹性支撑机构上，弹性支撑机构固定在所述台架机构上；被测伺服机构上端固定连接有前曲臂，前曲臂通过胀紧套与前主轴连接。

进一步地：所述限位机构为凸字形，凸起部分与前主轴轴端平面接触，限制前主轴转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.惯性力矩加载机构通过胀紧套与后主轴连接，不同于现有的大多数负载试验台用销轴固定方式，胀紧套固定为主轴留出转动自由度，便于试验装置的安装和零位校准，通过增减砝码数量调节惯量，操作简单方便，惯性力矩加载机构整体安装在台体内部，降低了台体高度，同时提高了试验台的固有频率，使得试验台更加稳定；

2.液压力矩加载机构选用液压缸加载，不同于液压马达在运转过程中会产生较大间隙，液压缸具有大扭矩小间隙加载性能，液压缸零位安装长度及位置经过设计，确保在试验装置零位位置时，液压缸活塞杆处于中位，且缸体与曲臂成垂直状态，使得在±15^°运转范围内近似实现对称加载效果，为被试作动器提供更符合实际的力矩加载条件；

3.摩擦力矩加载机构由三组摩擦机构组成，三组摩擦机构同时工作时，可提供大摩擦力矩，摩擦片材质选用硬度低于主轴同时耐磨性好的铍青铜，三组摩擦机构并排安装在T型槽台上，与单个摩擦机构的设计方案相比，该设计方案具有减小占用空间、降低主轴高度以及在单个摩擦机构失效情况下仍可进行摩擦加载试验的优势，三组摩擦机构结构完全相同，两侧的摩擦片分别由两个液压缸驱动，可以自由调节摩擦加载力矩。因此可以实现负载模拟器上的摩擦力矩加载连续可调；

4.试验装置的传动部件，使得在能够达到40000NM力矩加载条件下，传动部件的转动惯量低至10Kg·m²，低惯量能够更好的模拟被试作动器的实际加载条件，故惯量越低越好，经过优化，本发明将传动部件的惯量降至最低，实现轻量化、高强度、高稳定性试验性能。

附图说明

图1为伺服作动器性能稳定性试验加载装置轴侧示意图。

图2为伺服作动器性能稳定性试验加载装置结构示意图。

图3为惯性力矩加载机构示意图。

图4为摩擦力矩加载机构示意图。

图5为液压力矩加载机构示意图。

图6为被试作动器不同安装工位部件示意图，其中(a)为第一工位部件位置示意图，(b)为第二工位部件位置示意图。

图7为弹性支撑机构结构示意图。

图中：1台架机构，2惯性力矩加载机构，3摩擦力矩组合加载机构，4液压力矩加载机构，5扭矩传感器，6第一被测伺服机构，7第二被测伺服机构，8限位机构，9连接曲臂，10安装座，螺柱11，砝码12，第一螺母13，第一螺栓14，第二螺母15，制动器座16，摩擦片17，油缸体18，制动块19，活塞20，底座21，端盖22，弹簧23，第三螺母24，第一固定螺栓25，第二固定螺栓26，第二螺栓27，后曲臂28，支撑底座29，第一工位部件30，第二工位部件31。

具体实施方式

本发明的目的是检测被试作动器在负载条件下的性能稳定性和可靠性，对作动器进行阻力矩、摩擦力矩、惯性力矩加载的一种性能稳定性试验加载装置，结合1和2，该装置由台架机构1、惯性力矩加载机构2、摩擦力矩组合加载机构3、液压力矩加载机构4、被测伺服机构6-7和限位机构8组成。其中，台架结构1整体由钢板焊接成型，T型槽台与台面螺纹连接，传动部分由前主轴、后主轴、扭矩传感器5及四个轴承座及前后曲臂组成，前主轴和后主轴在扭矩传感器5位置传动连接(该T型槽台、扭矩传感器及前后曲臂为公知结构，在此不再累述)，传动部件使得在能够达到40000NM力矩加载条件下，传动部件的转动惯量低至10Kg·m²，低惯量能够更好的模拟被试作动器的实际加载条件，故惯量越低越好，本发明将传动部件的惯量降至最低，实现轻量化、高强度、高稳定性试验性能。惯性力矩加载机构2通过胀紧套与后主轴连接，摩擦力矩组合加载机构3共有三套，通过底座安装在T型槽台上，与后主轴保持同轴，液压力矩加载机构4上接口与曲臂铰接，曲臂通过胀紧套与后主轴连接，下接口与支撑座铰接，支撑座与台架底板螺纹连接，第一被测伺服机构6和第二被测伺服机构7上接口与曲臂铰接，曲臂通过胀紧套与前主轴连接，下接口与支撑座铰接，支撑座与弹性板螺纹连接，限位机构8通过螺纹安装在T型槽台上。

所述台架机构1主体采用焊接形式，由底板、侧板、盖板及筋板焊接成型，底板通过地脚螺栓固定于地面，盖板通过螺纹与T型槽台连接，筋板提高台架的固有频率，使其满足试验要求。台架机构1左端惯性力矩加载机构2安装位置处的前后板采用螺纹连接形式固定，台架右端第一被测伺服机构6和第二被测伺服机构7安装位置处的中空部分，采用加强筋支撑结构，提高台架的刚度及强度。

结合图3，惯性力矩加载机构整体安装在台体内部，其上端与后主轴连接，由连接曲臂9、安装座10、胀紧套、螺柱11、第一螺母13、砝码12、第一螺栓14及第二螺母15组成，所述胀紧套嵌套在连接曲臂9内侧，连接曲臂9通过胀紧套与后主轴连接，保证惯性力矩加载机构的轴向及径向的固定，只安装连接曲臂9时，满足试验装置所需的最小惯性力矩。安装座10通过第一螺栓14、第二螺母15与连接曲臂9紧固连接，所述安装座10上设有孔，通过孔贯穿安装螺柱11，螺柱11通过螺纹固定在安装座10的孔上，砝码12安装在螺柱11上，在安装座10上呈对称分布，两端通过第一螺母13固定在安装座10上，通过增加砝码，改变惯性力矩，实现不同惯性力矩加载。惯性力矩加载机构通过胀紧套与后主轴连接，不同于现有的大多数负载试验台用销轴固定方式，胀紧套固定为主轴留出转动自由度，便于试验装置的安装和零位校准，通过增减砝码数量调节惯量，操作简单方便。惯性力矩加载机构整体安装在台体内部，降低了台体高度，同时提高了试验台的固有频率，使得试验台更加稳定。

结合图4，所述摩擦力矩组合加载机构3安装在台架机构1上，由制动器座16、摩擦片17、油缸体18、制动块19、活塞20、底座21、端盖22、弹簧23、第三螺母24、第一固定螺栓25、第二固定螺栓26及固定第二螺栓27组成；底座21与T型槽台通过第二固定螺栓26螺纹连接，制动器座16与底座21通过第三螺母24、第一固定螺栓25螺纹固定连接，油缸体18内嵌于制动器座16内通过螺纹紧固，活塞20安装在油缸体18内部，一端与油腔接触，另一端与内侧制动块19接触，制动块19与内侧摩擦片17螺纹连接，油缸体18中通液压油，为摩擦片17提供正压力，以提供摩擦片17与轴之间的摩擦力。摩擦力矩加载机构3为对称结构，通过油压给活塞20正压力，压力传递至摩擦片17，两侧摩擦片17同时抱紧后主轴，利用摩擦片17与后主轴之间的摩擦力实现对被测伺服机构6-7的加载。所述摩擦片17由耐磨材料铍青铜加工制成，在其中间开有沉头孔(螺纹孔)和沉头螺纹套，保证调整螺钉的调整作用；制动块19为方形，内部开有四个通道孔，作为冷却管路，其外侧上下开有螺纹孔和沉头螺纹套，调整螺钉从中穿过，在制动块19的中间有突起，摩擦片17上有与凸起对应的凹槽，以使制动块19与摩擦片17同轴并贴合，螺纹孔内的弹簧23套接在固定第二螺栓27上，用弹簧23、固定第二螺栓27将摩擦片17和制动块19连接在一起，弹簧23用于在不加载时将制动块19顶回，防止制动块19抱住摩擦片17。摩擦力矩组合加载机构为三套，加载可提供测试所需的最大摩擦力矩，同时该设计减小了机构的体积和重量。两侧的摩擦片分别由两个液压缸驱动，可以自由调节摩擦加载力矩。因此可以实现负载模拟器上的摩擦力矩加载连续可调。

结合图5，液压力矩加载机构选用液压缸加载，不同于液压马达在运转过程中会产生较大间隙，液压缸具有大扭矩小间隙加载性能，液压缸零位安装长度及位置经过设计，确保在试验装置零位位置时，液压缸活塞杆处于中位，且缸体与曲臂成垂直状态，使得在±15^°运转范围内近似实现对称加载效果，为被试作动器提供更符合实际的力矩加载条件；所述液压力矩加载机构4一端为活塞杆伸出端，与后曲臂28铰接固定，后曲臂28通过胀紧套与后主轴连接，另一端为缸体底端，与支撑底座29铰接固定，支撑底座29与台架机构1底板螺纹连接，液压力矩加载机构为主动加载机构，装有位移传感器、力传感器及多种液压阀，提供试验所需的加载力矩，需要指出的是液压力矩加载机构4本身结构为公知结构，保护的点在于与后主轴的连接方式。

所述第一被测伺服机构6和第二被测伺服机构7安装在所述台架机构1上，上端通过前曲臂及支撑座分别与前主轴和弹性板连接固定，前曲臂通过胀紧套与前主轴紧固；本发明中所述被测伺服机构涉及多个不同长度、出力大小及外轮廓尺寸的伺服机构，可实现多个被测伺服机构的性能测试试验。所述第一被测伺服机构6和第二被测伺服机构7包括多个规格的被试作动器，所述被测伺服机构下端固定在弹性支撑机构上，弹性支撑机构固定在所述台架机构1上；前曲臂通过胀紧套与前主轴紧固；前曲臂与弹性支撑机构用于固定被试作动器，弹性支撑机构可采用现有的公知结构。

所述限位机构8安装在T型槽台上，为凸字形，与前主轴轴端平面接触，限制前主轴转动，实现零位限位功能。所述限位机构8与T型槽台通过T型螺母紧固，上端与前主轴平面接触，对试验装置起到限位作用，校准试验装置零位。在试验装置运动时，需撤下限位机构。

此试验装置能够实现40000NM大扭矩的试验工况，轴上惯性低至10Kg·m²，且试验台整体具备120Hz以上的固有频率，即该试验装置具备高负载、低惯性及高稳定性等性能。此外，该试验装置被试接口设计成可调节形式，弹性支撑机构具有两套支撑座，可以满足不同规格的被试作动器的性能测试。

实施例

该实施例提供一种弹性支撑机构，结合图7，该支承刚度调节机构包括下梯形槽板，所述下梯形槽板上设置多道等间距梯形槽，通过梯形槽安装有多个工位部件，所述下梯形槽板比工位部件至少长一个梯形槽间距；所述工位部件沿梯形槽水平方向，可固定在水平方向不同位置，通过安装在不同道的梯形槽内，调节纵向位置；所述工位部件包括底板、弹性板夹具和弹性板；所述底板、弹性板夹具安装在梯形槽内，并设有和弹性板匹配的腔体，所述弹性板的一端穿过弹性板夹具的腔体固定在底板上。通过将弹性板夹具和弹性板在横向位置移动，从而调整被试伺服机构安装底座在横向的安装工位，该弹性支撑机构和曲臂配合即可以固定力矩较大的被试作动器，又可固定力矩较小的被试作动器，实现在一个试验装置上进行不同类型被试作动器的测试试验，如图6，弹性支撑机构通过第一工位部件30和第二工位部件31安装有不同尺寸的被试作动器。

本发明是用液压缸提供主动加载力矩，摩擦加载机构提供摩擦力矩，惯性负载机构提供惯性力矩，三种负载力矩组合模拟被试作动器实际加载情况，测试作动器的性能。三种力矩加载的范围大，覆盖多种型号的被试作动器，且考虑到作动器长度的跨度，安装接口设计成两种方式，能够确保作动器的安装。本发明可以实现多种型号的被试作动器的主动加载力矩、摩擦力矩及惯性力矩的组合或单独加载测试试验。

最后应说明的是：显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，包括台架，其特征在于：所述台架的上侧安装有T型槽台，台架一端到另一端依次安装有第一轴承座、惯性力矩加载机构、多套摩擦力矩组合加载机构、液压力矩加载机构、第二轴承座、扭矩传感器、第三轴承座、被测伺服机构、第四轴承座以及限位机构；第一轴承座、惯性力矩加载机构、摩擦力矩组合加载机构、第二轴承座上连接后主轴，第三轴承座、被测伺服机构、第四轴承座上连接前主轴，前主轴和后主轴在扭矩传感器位置处传动连接；第一轴承座、摩擦力矩组合加载机构、第二轴承座、扭矩传感器、第三轴承座、第四轴承座以及限位机构与T型槽台的T型槽连接。

2.根据权利要求1所述的一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，其特征在于：所述台架由底板、侧板、盖板焊接形成，底板通过地脚螺栓固定在地基上，台架安装第一被测伺服机构、第二被测伺服机构的下方为中空部分，中空部分采用加强筋支撑结构。

3.根据权利要求1所述的一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，其特征在于：所述惯性力矩加载机构包括连接曲臂、安装座、胀紧套、螺柱、螺母、砝码、螺栓及螺母，所述胀紧套嵌套在连接曲臂内侧，连接曲臂通过胀紧套与后主轴连接，安装座通过螺栓、螺母与连接曲臂紧固连接，所述安装座上设有孔，通过孔贯穿安装螺柱，螺柱通过螺纹固定在安装座的孔上，砝码安装在螺柱上，在安装座上呈对称分布，两端通过螺母固定在安装座上。

4.根据权利要求1所述的一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，其特征在于：所述摩擦力矩组合加载机构为对称结构，包括制动器座、摩擦片、油缸体、制动块、活塞、底座和端盖；底座与T型槽台固定连接，制动器座上部与端盖连接，底部与底座固定连接，油缸体内嵌于制动器座两侧内并通过螺纹紧固，活塞安装在油缸体内部，一端与油腔接触，另一端与内侧制动块接触，制动块与内侧摩擦片螺纹连接，油缸体中通液压油为摩擦片提供正压力，通过正压力两侧摩擦片抱紧后主轴。

5.根据权利要求4所述的一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，其特征在于：所述制动块为方形，内部开有作为冷却管路的四个通道孔，在制动块的中间有突起，摩擦片上有与凸起对应的凹槽，以使制动块与摩擦片同轴并贴合。

6.根据权利要求5所述的一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，其特征在于：所述摩擦片和制动块上开有螺纹孔和沉头螺纹套，螺纹孔内安装有弹簧和螺栓，弹簧套接在螺栓上，弹簧、螺栓将摩擦片和制动块连接在一起。

7.根据权利要求6所述的一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，其特征在于：所述摩擦片由铍青铜加工制成，摩擦力矩组合加载机构为3套。

8.根据权利要求1所述的一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，其特征在于：所述液压力矩加载机构包括活塞杆、缸体和支撑底座：活塞杆伸出端铰接有后曲臂，后曲臂通过胀紧套与后主轴连接，活塞杆另一端连接缸体，缸体与支撑底座铰接固定，支撑底座与台架机构底部连接，在试验加载装置零位位置时，活塞杆处于中位，且缸体与曲臂成垂直状态。

9.根据权利要求1所述的一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，其特征在于：所述被测伺服机构下端固定在弹性支撑机构上，弹性支撑机构固定在所述台架机构上；被测伺服机构上端固定连接有前曲臂，前曲臂通过胀紧套与前主轴连接。

10.根据权利要求1所述的一种伺服作动器性能稳定性试验加载装置，其特征在于：所述限位机构为凸字形，凸起部分与前主轴轴端平面接触，限制前主轴转动。