CN203310604U - 一种三自由度工装机构 - Google Patents

Abstract

一种三自由度工装机构，包括：调整螺栓、z轴调整垫铁、x-y轴交叉复合导轨、底座、工件安装平台、y轴驱动连接板、x轴丝杠、x轴丝杠螺母、x轴连接座、x轴丝杠支撑、x轴驱动连接板、x轴联轴节、x轴减速器、x轴电机、拉紧螺栓、压紧螺钉、垫片、平垫圈、弹簧垫圈、螺母、y轴电机、y轴减速器、y轴联轴节、y轴丝杠左固定支撑、y轴丝杠螺母、y轴驱动连接板、y轴丝杠右固定支撑、y轴丝杠、y轴安装支架和底盘。本实用新型结构简单，体积小，可实现亚跨超风洞的设备、部件在x轴、y轴和z轴三个坐标轴的运动，有效减少了试验准备时间，提高了试验效率。

Description

一种三自由度工装机构

技术领域

本实用新型涉及一种三自由度工装机构，属于实验空气动力学领域。

背景技术

风洞试验技术有很多种，不同的试验状态、不同的试验技术需要配备不同的试验设备或者部件。能否快速、准确的运输、装配和定位试验设备、部件是体现风洞试验技术水平、提高试验效率的一个重要方面。

目前，国内外大多数风洞，通常采用单自由度（x轴）、双自由度（x、y轴）工装机构，双自由度工装机构是单自由度工装机构的双层叠加，高度较大，加工、装配困难，运动精度低；至于高度方向（z轴）的变化，多采用人工加垫片的方法，准备时间较长，劳动强度较大，同时随着大口径亚跨超风洞投入使用，设备、部件日益大型化，存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的：克服现有技术的不足，提供一种亚跨超风洞的三自由度工装机构，实现亚跨超风洞中的试验设备、部件在x轴、y轴和z轴三个自由度的运动，大大减少了试验准备，有效提高了试验效率。

本实用新型的技术解决方案：

一种三自由度工装机构，所述三自由度工装机构可以在x轴、y轴和z轴三个方向进行调节，该三自由度工装机构包括：调整螺栓、z轴调整垫铁、x-y轴交叉复合导轨、底座、工件安装平台、y轴驱动连接板、x轴丝杠、x轴丝杠螺母、x轴连接座、x轴丝杠支撑、x轴驱动连接板、x轴联轴节、x轴减速器、x轴电机、拉紧螺栓、压紧螺钉、垫片、平垫圈、弹簧垫圈、螺母、y轴电机、y轴减速器、y轴联轴节、y轴丝杠左固定支撑、y轴丝杠螺母、y轴驱动连接板、y轴丝杠右固定支撑、y轴丝杠、y轴安装支架和底盘；

z轴调整垫铁包括固定件部分和活动件部分，固定件部分和活动件部分之间呈锥面配合，调整螺栓穿过z轴调整垫铁固定件部分，与所述活动件部分螺纹连接，调整螺栓位于z轴调整垫铁固定件部分内的部分无螺纹，调整螺栓的旋转运动转换为活动件部分的直线运动，压紧螺钉通过垫片与调整螺栓的螺纹端螺纹连接，固定调整螺栓和z轴调整垫铁的相对位置；

底盘上表面四个角对称放置四个所述z轴调整垫铁，将矩形底座放置在四个z轴调整垫铁的活动件部分之上，通过拉紧螺栓、平垫圈、弹簧垫圈和螺母实现底盘、z轴调整垫铁和底座的连接与所述三自由度工装机构z轴方向的调节；

在底座的上表面四个角，对称放置四个x-y轴交叉复合导轨，将工件安装平台安装在四个x-y轴交叉复合导轨上，沿底座的长边方向，在两个x-y轴交叉复合导轨的滑块上，每个滑块上均安装两块y轴驱动连接板，将y轴丝杠螺母安装在两块y轴驱动连接板之间，并与一块y轴驱动连接板固定连接在一起；

y轴丝杠与y轴丝杠螺母啮合连接在一起，通过两块y轴驱动连接板，形成螺纹传动，将y轴丝杠的旋转运动转化成y轴丝杠螺母的直线运动；

y轴丝杠一端安装在y轴丝杠左固定支撑上，y轴丝杠的另一端安装在y轴丝杠右固定支撑上；

y轴安装支架安装在底座上，将y轴电机与y轴减速器直连后，装在y轴安装支架上；通过y轴联轴节连接y轴减速器伸出的轴伸与y轴丝杠伸出的轴伸，进行传动；

沿底座的短边方向，在两个x-y轴交叉复合导轨的滑块上，在每个滑块上安装两块x轴驱动连接板，将x轴减速器和x轴电机直连后，安装在一块x轴驱动连接板上，在另一块x轴驱动连接板上装有x轴丝杠支撑来固定支撑x轴丝杠；

x轴连接座安装在工件安装平台的下表面，x轴丝杠与x轴丝杠螺母啮合连接在一起，形成螺纹传动，x轴丝杠螺母与x轴连接座连接在一起，x轴丝杠的一端装在x轴丝杠支撑上，x轴丝杠的小轴伸伸入两块x轴驱动连接板之间，并通过x轴联轴节与x轴减速器的轴伸相连接，进行传动；

所述y轴丝杠采用两端固定—固定的支撑方式。

所述x轴丝杠采用一端固定—一端自由的支撑方式。

x-y轴交叉复合导轨包括上下两层导轨和滑块，滑块位于上下两层导轨之间，且可以沿导轨滑动。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型采用x-y轴交叉复合导轨实现x轴，y轴运动的导向，有效降低了机构的整体高度，减少了加工、装配中的环节，尤其是加工、装配中的累积误差被有效降低，与以前采用的层层累加的单层导向结构相比，机构运动精度高，结构简单，体积小，造价低，加工周期短。

(2)本实用新型采用调整螺栓、z轴调整垫铁、拉紧螺栓、平垫圈、弹簧垫圈和螺母等组成z轴移动模块来实现机构在高度方向的位移，结构简单，锁紧方法明确，调节方法方便，性价比好。

(3)本实用新型可以实现x轴、y轴和z轴运动，有效减少了试验准备，提高了试验效率，降低了劳动强度。

(4)本实用新型能够满足亚跨超风洞的试验设备、部件的运动、装配与定位等多种试验准备需求，安装、拆卸方便。

附图说明：

图1为本实用新型一种三自由度工装机构的结构示意图；

图2为本实用新型三自由度工装机构的A-A剖面图；

图3为本实用新型三自由度工装机构的I部分局部放大图；

图4为本实用新型三自由度工装机构的II部分局部放大图；

具体实施方式：

本实用新型提供了一种三自由度工装机构，如图1、图2所示，包括：调整螺栓1、z轴调整垫铁2、x-y轴交叉复合导轨3、底座4、工件安装平台5、y轴驱动连接板6、x轴丝杠7、x轴丝杠螺母8、x轴连接座9、x轴丝杠支撑10、x轴驱动连接板11、x轴联轴节12、x轴减速器13、x轴电机14、拉紧螺栓15、压紧螺钉16、垫片17、平垫圈18、弹簧垫圈19、螺母20、y轴电机21、y轴减速器22、y轴联轴节23、y轴丝杠左固定支撑24、y轴丝杠螺母25、y轴驱动连接板26、y轴丝杠右固定支撑27、y轴丝杠28、y轴安装支架29和底盘30；x-y轴交叉复合导轨3包括上下两层导轨和滑块，滑块位于上下两层导轨之间，且可以沿导轨滑动；

本实用新型可分为三个功能部分：z轴移动部分、y轴移动部分以及x轴移动部分。其中，调整螺栓1、z轴调整垫铁2、底座4、拉紧螺栓15、压紧螺钉16、垫片17、平垫圈18、弹簧垫圈19、螺母20和底盘30组成z轴移动部分；x-y轴交叉复合导轨3、底座4、y轴驱动连接板6、y轴电机21、y轴减速器22、y轴联轴节23、y轴丝杠左固定支撑24、y轴丝杠螺母25、y轴驱动连接板26、y轴丝杠右固定支撑27、y轴丝杠28和y轴安装支架29组成y轴移动部分；x-y轴交叉复合导轨3、工件安装平台5、x轴丝杠7、x轴丝杠螺母8、x轴连接座9、x轴丝杠支撑10、x轴驱动连接板11、x轴联轴节12、x轴减速器13和x轴电机14组成x轴移动部分；

本实用新型三自由度工装机构可以在x轴、y轴和z轴三个方向分别进行调节。z轴调整垫铁2包括固定件部分和活动件部分，固定件部分和活动件部分之间呈锥面配合，调整螺栓1穿过z轴调整垫铁2固定件部分，与所述活动件部分螺纹连接，调整螺栓1位于z轴调整垫铁2固定件部分内的部分无螺纹，调整螺栓1的旋转运动转换为活动件部分的直线运动，压紧螺钉16通过垫片17与调整螺栓1的螺纹端螺纹连接，固定调整螺栓1和z轴调整垫铁2的相对位置；

底盘30上表面四个角对称放置四个所述z轴调整垫铁2，将矩形底座4放置在四个z轴调整垫铁的活动件部分之上，通过拉紧螺栓15、平垫圈18、弹簧垫圈19和螺母20实现底盘30、z轴调整垫铁2和底座4的连接与所述三自由度工装机构z轴方向的调节，如图4所示。

调整螺栓1与z轴调整垫铁2固定件部分形成螺纹传动，调整螺栓1又与z轴调整垫铁2活动件部分是一个整体，z轴调整垫铁2固定件部分与活动件部分成一个锥面配合，旋转调整螺栓1，将带动z轴调整垫铁2活动件部分与底座4一起直线运动，由于锥面移动效应，实现机构在高度方向（z轴）的变化；

在底座4的上表面四个角，对称放置四个x-y轴交叉复合导轨3，将工件安装平台5安装在四个x-y轴交叉复合导轨3上，沿底座4的长边方向，在两个x-y轴交叉复合导轨3的滑块上，每个滑块上均安装两块y轴驱动连接板6，将y轴丝杠螺母25安装在两块y轴驱动连接板6之间，并与一块y轴驱动连接板6固定连接在一起；

y轴丝杠28与y轴丝杠螺母25啮合连接在一起，通过两块y轴驱动连接板6，形成螺纹传动，将y轴丝杠28的旋转运动转化成y轴丝杠螺母25的直线运动；

y轴丝杠28一端安装在y轴丝杠左固定支撑24上，y轴丝杠28的另一端安装在y轴丝杠右固定支撑27上；

y轴安装支架29安装在底座4上，将y轴电机21与y轴减速器22直连后，装在y轴安装支架29上；通过y轴联轴节23连接y轴减速器22伸出的轴伸与y轴丝杠28伸出的轴伸，进行传动；

y轴电机21带动y轴减速器22旋转，从而带动y轴丝杠28旋转，y轴丝杠28与y轴丝杠螺母25之间形成螺旋传动，将y轴丝杠28的旋转运动转化为y轴丝杠螺母25的直线运动，y轴丝杠螺母25安装在y轴驱动连接板6上，与x-y轴交叉复合导轨3和工件安装平台5一起运动，实现机构在侧向方向y轴的变化；

如图3所示，沿底座4的短边方向，在两个x-y轴交叉复合导轨3的滑块上，在每个滑块上安装两块x轴驱动连接板11，将x轴减速器13和x轴电机14直连后，安装在一块x轴驱动连接板11上，在另一块x轴驱动连接板11上装有x轴丝杠支撑10来固定支撑x轴丝杠7；

x轴连接座9安装在工件安装平台5的下表面，x轴丝杠7与x轴丝杠螺母8啮合连接在一起，形成螺纹传动，x轴丝杠螺母8与x轴连接座9连接在一起，x轴丝杠7的一端装在x轴丝杠支撑10上，x轴丝杠7的小轴伸伸入两块x轴驱动连接板11之间，并通过x轴联轴节12与x轴减速器13的轴伸相连接，进行传动；

x轴电机14带动x轴减速器13旋转，从而带动x轴丝杠7旋转，x轴丝杠7与x轴丝杠螺母8之间形成螺旋传动，将x轴丝杠7的旋转运动转化为x轴丝杠螺母8的直线运动，x轴丝杠螺母8通过x轴连接座9带动工件安装平台5一起运动，实现机构在轴向方向x轴的变化。

y轴丝杠28采用两端固定—固定的支撑方式，x轴丝杠7采用一端固定—一端自由的支撑方式。

本实用新型三自由度工装机构可通过吊车，直接放至亚跨超风洞试验区内指定地面位置，通过地脚螺栓安装。

拆卸时，拆除地脚螺栓，然后使用吊车将机构吊至另外的所需位置。

本实用新型采用x-y轴交叉复合导轨3实现x轴，y轴运动的导向，有效降低了机构的整体高度，减少了加工、装配中的环节，尤其是加工、装配中的累积误差被有效降低，与以前采用的层层累加的单层导向结构相比，使得机构运动精度高，结构简单，体积小，造价低，加工周期短。

经过试验段内芯更换实际使用测试，该实用新型实施例能够满足亚跨超风洞的试验设备、部件的运动、装配与定位等多种试验准备需求，可以实现x轴、y轴和z轴运动，安装、拆卸方便，更换一次试验段内芯的时间仅为40分钟，比起以往的2小时试验准备时间大大减少，提高了试验效率。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。

Claims (4)

1.一种三自由度工装机构，其特征在于所述三自由度工装机构可以在x轴、y轴和z轴三个方向进行调节，该三自由度工装机构包括：调整螺栓(1)、z轴调整垫铁(2)、x-y轴交叉复合导轨(3)、底座(4)、工件安装平台(5)、y轴驱动连接板(6)、x轴丝杠(7)、x轴丝杠螺母(8)、x轴连接座(9)、x轴丝杠支撑(10)、x轴驱动连接板(11)、x轴联轴节(12)、x轴减速器(13)、x轴电机(14)、拉紧螺栓(15)、压紧螺钉(16)、垫片(17)、平垫圈(18)、弹簧垫圈(19)、螺母(20)、y轴电机(21)、y轴减速器(22)、y轴联轴节(23)、y轴丝杠左固定支撑(24)、y轴丝杠螺母(25)、y轴驱动连接板(26)、y轴丝杠右固定支撑(27)、y轴丝杠(28)、y轴安装支架(29)和底盘(30)；

z轴调整垫铁(2)包括固定件部分和活动件部分，固定件部分和活动件部分之间呈锥面配合，调整螺栓(1)穿过z轴调整垫铁(2)固定件部分，与所述活动件部分螺纹连接，调整螺栓(1)位于z轴调整垫铁(2)固定件部分内的部分无螺纹，调整螺栓(1)的旋转运动转换为活动件部分的直线运动，压紧螺钉(16)通过垫片（17）与调整螺栓(1)的螺纹端螺纹连接，固定调整螺栓(1)和z轴调整垫铁(2)的相对位置；

底盘(30)上表面四个角对称放置四个所述z轴调整垫铁(2)，将矩形底座(4)放置在四个z轴调整垫铁的活动件部分之上，通过拉紧螺栓(15)、平垫圈(18)、弹簧垫圈(19)和螺母(20)实现底盘(30)、z轴调整垫铁(2)和底座(4)的连接与所述三自由度工装机构z轴方向的调节；

在底座(4)的上表面四个角，对称放置四个x-y轴交叉复合导轨(3)，将工件安装平台(5)安装在四个x-y轴交叉复合导轨(3)上，沿底座(4)的长边方向，在两个x-y轴交叉复合导轨(3)的滑块上，每个滑块上均安装两块y轴驱动连接板(6)，将y轴丝杠螺母(25)安装在两块y轴驱动连接板(6)之间，并与一块y轴驱动连接板(6)固定连接在一起；

y轴丝杠(28)与y轴丝杠螺母(25)啮合连接在一起，通过两块y轴驱动连接板(6)，形成螺纹传动，将y轴丝杠(28)的旋转运动转化成y轴丝杠螺母(25)的直线运动；

y轴丝杠(28)一端安装在y轴丝杠左固定支撑(24)上，y轴丝杠(28)的另一端安装在y轴丝杠右固定支撑(27)上；

y轴安装支架(29)安装在底座(4)上，将y轴电机(21)与y轴减速器(22)直连后，装在y轴安装支架(29)上；通过y轴联轴节(23)连接y轴减速器(22)伸出的轴伸与y轴丝杠(28)伸出的轴伸，进行传动；

沿底座(4)的短边方向，在两个x-y轴交叉复合导轨(3)的滑块上，在每个滑块上安装两块x轴驱动连接板(11)，将x轴减速器(13)和x轴电机(14)直连后，安装在一块x轴驱动连接板(11)上，在另一块x轴驱动连接板(11)上装有x轴丝杠支撑(10)来固定支撑x轴丝杠（7）；

x轴连接座(9)安装在工件安装平台(5)的下表面，x轴丝杠(7)与x轴丝杠螺母(8)啮合连接在一起，形成螺纹传动，x轴丝杠螺母(8)与x轴连接座(9)连接在一起，x轴丝杠(7)的一端装在x轴丝杠支撑(10)上，x轴丝杠(7)的小轴伸伸入两块x轴驱动连接板(11)之间，并通过x轴联轴节(12)与x轴减速器(13)的轴伸相连接，进行传动。

2.根据权利要求1所述一一种三自由度工装机构，其特征在于：所述y轴丝杠(28)采用两端固定—固定的支撑方式。

3.根据权利要求1所述一种三自由度工装机构，其特征在于：所述x轴丝杠(7)采用一端固定—一端自由的支撑方式。

4.根据权利要求1所述一种三自由度工装机构，其特征在于：x-y轴交叉复合导轨(3)包括上下两层导轨和滑块，滑块位于上下两层导轨之间，且可以沿导轨滑动。

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