CN208223808U - 一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置，其特征在于，包括工作台、第一绳轮组件、第二绳轮组件、第一导向轮组件、第二导向轮组件、配重块、第一钢索、第二钢索、步进电机、减速器、步进电机驱动器、力矩仪组件、张力仪、角度传感器组件、A/D转换器、单片机控制装置。本实用新型通过两角度传感器实时采集第一钢索在不同预紧载荷及负载作用下形变对应的第一与第二绳轮组件上转角值，分别研究静态载荷作用下的第一钢索弹性形变、蠕变及动态载荷作用下的传动误差变化规律，以便在装配中根据第一钢索张力变化规律分别对其弹性形变及蠕变引起的误差进行有效补偿，提高装配效率。

Description

一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置

技术领域

本实用新型涉及一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置。

背景技术

钢索因其具有柔性、抗拉强度高、抗震性好、组成系统结构紧凑等优点已被广泛应用于舰船、矿业、机器人、军工、航天及民用等领域进行运动的控制。对用于一般民用场合的钢索，对其传动精度要求并不是很高，只要满足应用功能即可，然而对于航天、军工及机器人等高精密控制领域，则要求相对较高。根据钢索连接方式及其传动特点，索驱轮系主要分为单侧和双侧两种传动类型。相对于双侧索驱轮系来讲，因单侧索驱轮系以钢索单侧连接并由前轮牵引后轮方式进行传动，其回转误差不为零，从而导致两绳轮转速不同步而产生传动误差。因此，为提高单侧索驱轮系传动精度，对其装配质量则提出了较高要求。

空间机构对接锁是串联单侧索驱轮系传动的一种驱动装置。在该装置中，两组绳轮分别通过钢索以单侧串接方式组成了一个闭环传动结构，其中，每一组绳轮中，只有一个为主动轮，而其它被动牵引。锁系对接同步性是涉及航天器交会对接的一项关键技术，受空间环境条件制约，其主要是通过锁系的装配使串联绳轮转角相对于其基准角偏差的最大值满足同步性指标要求来保证。然而，在装配过程中，受预紧力作用下钢索弹性形变、蠕变、运动形变及复杂索驱工况条件等因素影响，锁系运动同步性精度不易保证。由于在这方面缺少深入系统的研究，而没形成一个有效性指导文件，致使锁系装配主要靠经验，凭手工操作来保证，从而影响了装配效率、提高了装配成本。本研究装置就是针对这种现状开发一种针对单侧索驱轮系钢索传动特性研究的精密装置。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置，进行静态张力作用下索驱轮系弹性形变及蠕变规律研究，也可进行动态张力作用下其传动误差规律研究。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置，包括工作台、第一绳轮组件、第二绳轮组件、第一导向轮组件、第二导向轮组件、配重块、第一钢索、第二钢索、步进电机、减速器、步进电机驱动器、力矩仪组件、张力仪、角度传感器组件、A/D转换器、单片机控制装置；

工作台上设有用于穿绕第一钢索的第一绳轮组件、第一导向轮组件、第二导向轮组件、第二绳轮组件，第二绳轮组件通过第二钢索连接工作台下方的配重块，第一绳轮组件通过力矩仪组件连接减速器，减速器与步进电机连接，步进电机连接步进电机驱动器，第一绳轮组件和第二绳轮组件的轮轴上分别设有角度传感器组件，张力仪设置在第一钢索上，力矩仪组件、张力仪、角度传感器组件通过A/D转换器与单片机控制装置电连，步进电机驱动器与单片机控制装置电连；

第一绳轮组件与第二绳轮组件的结构相同，包括绳轮支撑座、绳轮、连接法兰、绳轮轮轴，绳轮与连接法兰固定连接后安装在绳轮轮轴上，绳轮上设有开口，开口对侧的绳轮外周设有多道绳槽，绳槽的长度不大于绳轮圆周的2/3，在开口与绳槽之间的轮壁内设有穿绳孔，第一钢索和第二钢索的两端固定连接螺杆接头，第一钢索两端穿过绳轮的穿绳孔安装锁紧螺母分别与第一、二绳轮组件固定连接，第二钢索一端穿过绳轮的穿绳孔安装锁紧螺母与第二绳轮组件固定连接，另一端与配重块固定连接；

第一导向轮组件与第二导向轮组件的结构相同，包括导向轮底座、导向轮支架、导向轮支撑板、导向轮，导向轮底座上连接导向轮支架，导向轮支架呈直角形，导向轮支架立板与导向轮支撑板连接，导向轮支撑板上设有多个导向轮，用于第一钢索运动导向；

力矩仪组件包括力矩仪，力矩仪两端设有联轴器。

角度传感器组件包括角度传感器，角度传感器通过支架支撑，角度传感器一端设有联轴器。

所述的减速器为蜗轮减速器。

第二绳轮组件、第一导向轮组件及第二导向轮组件均可周向调节0-60°。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型涉及的绳轮组件与导向轮组件的底座都设计为可调式结构，通过角度调整，可满足周向与直线布置的两种索驱轮系结构类型的钢索传动特性研究，具有结构简单，装调方便，适用范围广，灵活性好等一系列特点。

本实用新型通过两角度传感器实时采集第一钢索在不同预紧载荷及负载作用下第一与第二绳轮组件转角值的变化，研究第一钢索静态及动态的弹性形变、蠕变及其运动形变规律，以便在装配中根据第一钢索张力变化规律分别对其弹性形变、蠕变及运动形变引起的传动误差进行有效补偿，提高装配效率。

附图说明

图1是本实用新型装置组成结构简图。

图2第一绳轮组件结构简图。

图3第二绳轮组件结构简图。

图4绳轮结构简图。

图5第二绳轮连接示意图。

图6导向轮组件结构简图。

图7力矩仪组件结构简图。

图8角度传感器组件结构简图。

图中：步进电机1、步进电机底座2、力矩仪组件3、第一锁绳轮紧螺母4、第一绳轮组件5、第一角度传感器组件6、第一钢索7、第一导向轮组件8、第一导线9、张力仪10、第二导线11、第二导向轮组件12、第二钢索13、配重块14、工作台15、第二角度传感器组件16、第二绳轮组件17、第二绳轮锁紧螺母18、第三导线19、A/D转换器20、单片机控制装置21、第四导线22、步进电机驱动器23、第五导线24、第六导线25、减速器26、第一联轴器27、第一绳轮轮轴28、第一连接法兰29、第一绳轮30、第一绳轮支撑座31、第二绳轮32、第二连接法兰33、第二绳轮支撑底座34、第二绳轮轮轴35、第一弧形槽36、绳槽37、开口38、穿绳孔39、辐板孔40、第二直槽41、导向轮支撑板42、导向轮43、第二弧形槽44、导向轮底座45、第一直槽46、导向轮支架47、导向轮销轴48、第三联轴器49、力矩仪50、第四联轴器51、支架52、第二联轴器53、角度传感器54。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进一步说明：

如图1，所示，一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置，包括工作台、第一绳轮组件5，第二绳轮组件17，第一导向轮组件8，第二导向轮组件12，步进电机1，步进电机驱动器23(SH-20403)，减速器26，力矩仪组件3(LJKY-11)，第一钢索7，第二钢索13，配重块14，张力仪10(HD-1T旁压式)，第一角度传感器组件6(WDD35D-4)，第二角度传感器组件16(WDD35D-4)，A/D转换器20(PCF8591)，单片机控制装置21(STC89S52)。

第一绳轮组件5、第二绳轮组件17与第一导向轮组件8、第二导向轮组件12分别通过螺钉固接在工作台15上，步进电机1通过第一联轴器27与减速器26连接，减速器26连接力矩仪组件3(第三联轴器49、力矩仪50，第四联轴器51)，力矩仪组件3连接第一绳轮组件5的第一绳轮轮轴28，第一钢索7通过第一绳轮锁紧螺母4与第一绳轮组件5的第一绳轮30固定连接，经第一导向轮组件8、第二导向轮组件12，通过第二绳轮锁紧螺母18与第二绳轮组件17上第二绳轮32连接；第二钢索13一端通过第二绳轮锁紧螺母18与第二绳轮组件17上第二绳轮32连接，另一端经工作台15上开有的通孔与配重块14连接，这样各组成零部件依次构成串接关系。第一绳轮组件5的第一绳轮轮轴28连接第一角度传感器组件6，第二绳轮组件17的第二绳轮轮轴35连接第二角度传感器组件16。张力仪10设置在第一钢索7上，力矩仪组件3、张力仪10(HD-1T旁压式)、第一、第二角度传感器组件(6、16)通过A/D转换器20与单片机控制装置21电连，步进电机底座2通过螺栓固接在工作台15上，单片机控制装置21连接步进电机驱动器23，步进电机驱动器23驱动步进电机1。减速器26为蜗轮蜗杆类型，能实现运动自锁。

如图2所示，第一绳轮组件5包括第一绳轮支撑座31、第一绳轮30、第一连接法兰29、第一绳轮轮轴28，第一绳轮30与第一连接法兰29螺栓固定连接后安装在第一绳轮轮轴28上。

图4-5所示，第二绳轮组件17的结构，包括第二绳轮支撑座34、第二绳轮32、第二连接法兰33、第二绳轮轮轴35，第二绳轮支撑底座34通过定位销固接在工作台15上，第二绳轮支撑底座34中心开有用于穿引第二钢索的通孔，第二绳轮支撑底座34上开有的第一弧形槽36用于周向60°调节。

第一绳轮30与第二绳轮32结构相同，绳轮上设有开口38，开口38对侧的绳轮外周设有多道绳槽37，绳槽37的长度不大于绳轮圆周的2/3，在开口38与绳槽37之间的轮壁内设有穿绳孔39。第一钢索7和第二钢索13的两端固定连接螺杆接头，钢索穿过绳轮的穿绳孔39安装锁紧螺母实现钢索与绳轮的固定连接。绳轮通过辐板孔40与连接法兰连接。

如图6图所示，第一导向轮组件与第二导向轮组件的结构相同，包括导向轮底座45、导向轮支架47、导向轮支撑板42、导向轮43，导向轮底座45用销轴固接在工作台15上。导向轮底座45上连接导向轮支架47，导向轮支架47呈直角形，导向轮支架47与导向轮支撑板42通过螺栓连接。导向轮支撑板42上设有多个导向轮43，导向轮43通过导向轮销轴48安装在导向轮支撑板42上，用于第一钢索7运动导向；导向轮支架47上的第一直槽46，第二直槽41分别用于调节导向轮支撑板42的横向及纵向安装高度，导向轮支架47通过螺钉与导向轮底座45固接；导向轮底座45上第二弧形槽44用于周向角度60°调节。

图7中，力矩仪50两端为第三联轴器49，第四联轴器51，分别用于实现与减速器26和第一绳轮组件5上第一绳轮轮轴28固定连接。

图8中，角度传感器组件包括角度传感器54，支架52及第二联轴器53。

本装置驱动力经由具有大减速比带自锁功能的减速器提供，因此可开展大转矩及负载作用下的钢索弹性形变、蠕变及运动形变研究，通过两角度传感器实时采集第一钢索在不同预紧载荷及负载作用下第一与第二绳轮组件转角值的变化，研究第一钢索弹性形变、蠕变及其运动形变规律，以便在装配中根据第一钢索张力变化规律分别对其弹性形变及蠕变引起误差进行有效补偿，提高装配效率。相对于通用的采用杠杆施加力的方式，具有结构简单，适用范围广特点；同时，钢索形变是用两角度传感器采集的两绳轮转角值来表示，结构新颖，计算方便，相对于其它采集方法具有较高的采集精度，尤其在用于索驱轮系传动特性研究时，直接以两绳轮角度差值来反映钢索形变对传动误差影响，减少了尺寸换算带来的误差，从而相应提高了研究成果精度。

上面所述仅是本实用新型的基本原理，并非对本实用新型作任何限制，凡是依据本实用新型对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。

Claims (5)

1.一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置，其特征在于，包括工作台、第一绳轮组件、第二绳轮组件、第一导向轮组件、第二导向轮组件、配重块、第一钢索、第二钢索、步进电机、减速器、步进电机驱动器、力矩仪组件、张力仪、角度传感器组件、A/D转换器、单片机控制装置；

工作台上设有用于穿绕第一钢索的第一绳轮组件、第一导向轮组件、第二导向轮组件、第二绳轮组件，第二绳轮组件通过第二钢索连接工作台下方的配重块，第一绳轮组件通过力矩仪组件连接减速器，减速器与步进电机连接，步进电机连接步进电机驱动器，第一绳轮组件和第二绳轮组件的轮轴上分别设有角度传感器组件，张力仪设置在第一钢索上，力矩仪组件、张力仪、角度传感器组件通过A/D转换器与单片机控制装置电连，步进电机驱动器与单片机控制装置电连；

第一绳轮组件与第二绳轮组件的结构相同，包括绳轮支撑座、绳轮、连接法兰、绳轮轮轴，绳轮与连接法兰固定连接后安装在绳轮轮轴上，绳轮上设有开口，开口对侧的绳轮外周设有多道绳槽，绳槽的长度不大于绳轮圆周的2/3，在开口与绳槽之间的轮壁内设有穿绳孔，第一钢索和第二钢索的两端固定连接螺杆接头，第一钢索两端穿过绳轮的穿绳孔安装锁紧螺母分别与第一、二绳轮组件固定连接，第二钢索一端穿过绳轮的穿绳孔安装锁紧螺母与第二绳轮组件固定连接，另一端与配重块固定连接；

第一导向轮组件与第二导向轮组件的结构相同，包括导向轮底座、导向轮支架、导向轮支撑板、导向轮，导向轮底座上连接导向轮支架，导向轮支架呈直角形，导向轮支架立板与导向轮支撑板连接，导向轮支撑板上设有多个导向轮，用于第一钢索运动导向。

2.根据权利要求1所述的一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置，其特征在于，所述的力矩仪组件包括力矩仪，力矩仪两端设有联轴器。

3.根据权利要求1所述的一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置，其特征在于，所述的角度传感器组件包括角度传感器，角度传感器通过支架支撑，角度传感器一端设有联轴器。

4.根据权利要求1所述的一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置，其特征在于，所述的减速器为蜗轮减速器。

5.根据权利要求1所述的一种单侧索驱轮系钢索传动特性研究装置，其特征在于，所述的第二绳轮组件、第一导向轮组件及第二导向轮组件均可周向调节0-60°。