CN208751852U - 一种扭杆式舵机力矩加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于飞行器技术领域，具体涉及一种扭杆式舵机力矩加载装置，包括加载台和安装于加载台上的舵机、扭矩传感器、角度传感器、主轴、扭杆和用于调节扭杆的受扭长度的调节机构；扭矩传感器用于测量舵机的输出扭矩，其连接在舵机与主轴之间；角度传感器用于测量舵机的舵偏角，其与所述主轴连接；扭杆的一端与主轴连接，另一端固定支撑于调节机构上。本实用新型所提供的扭杆式舵机力矩加载装置，基于弹性元件在受扭矩情形下的受力特性，通过简单的机械弹性结构实现对舵机的加载，技术难度低，能够实现可调节的变刚度加载，制造周期短，成本低，使用方便。

Description

一种扭杆式舵机力矩加载装置

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种力矩加载装置，具体涉及一种扭杆式舵机力矩加载装置。

背景技术

舵机是用来控制飞行器舵面转角的驱动装置，飞行器的各种运动都要靠舵机带动舵面偏转来实现。舵机负载模拟系统是飞行器研制过程中研究和测试舵机特性的专用力矩加载设备，舵机负载模拟系统是通过加载系统的扭矩来模拟真实负载空气舵面气动力所产生的铰链力矩。根据舵偏角和气动力矩的数学关系推出一个近似的关系式，利用这个关系式设计加载元件的转角与力矩的关系。

目前，根据加载方式的不同，负载模拟器可以分为机械式、电液式和电动式。最早的机械式加载，比如加入重量块来模拟力和惯量或者加入弹簧来模拟扭转力矩。机械式负载模拟器具有加载精度不受多余力矩影响、体积小、重量轻、制造及维护成本低等优点，但是不能实现变刚度（变铰链力矩系数）加载，所以使用不便。

随后由于液压技术和控制理论的发展，出现了电液式负载模拟器，这种负载模拟器将加载装置从机械式的被动加载提升了很大层次，提供了大力矩、大功率的加载方法，更加科学实用。但同时也由于采用液压加载的方法受到性能、环境、维护等因素的制约。

随着力矩电机技术的进步，电动式负载模拟器已经可以实现大扭矩、高精度的负载模拟，并且由于电动式负载模拟器与电液式负载模拟器相比具有成本低、系统简单、污染小、易于维护、可靠性高等优点，但是有一定的技术难度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种扭杆式舵机力矩加载装置，其采用机械式加载，通过加入扭杆来模拟力矩，实现了可调节的变刚度加载，成本低，使用方便。

本实用新型采用以下技术方案：本实用新型提供了一种扭杆式舵机力矩加载装置，包括加载台和安装于所述加载台上的舵机、扭矩传感器、角度传感器、主轴、扭杆和用于调节所述扭杆的受扭长度的调节机构；所述扭矩传感器用于测量舵机的输出扭矩，其连接在所述舵机与所述主轴之间；所述角度传感器用于测量舵机的舵偏角，其与所述主轴连接；所述扭杆的一端与所述主轴连接，另一端固定支撑于所述调节机构上。当主轴受舵机驱动旋转时，主轴带动扭杆扭转，起到加载作用。

作为本实用新型结构上的改进，还包括舵机支架、舵机连接轴、第一联轴器和第二联轴器，所述舵机支架安装于所述加载台上，所述舵机设于所述舵机支架上且舵机的舵机轴与穿设过所述舵机支架的舵机连接轴连接，所述舵机连接轴与所述第一联轴器连接，所述第一联轴器与所述扭矩传感器连接；所述扭矩传感器与所述主轴之间通过所述第二联轴器连接。

作为本实用新型结构上的改进，所述主轴通过安装于所述加载台上的主轴支座支撑于加载台上方，所述主轴支座包括两个相对设置的L形主轴支架，所述L形主轴支架上开设有轴承孔，所述轴承孔内安装有轴承，所述主轴的两端分别转动连接在所述轴承内。

优选地，所述主轴上传动连接有齿轮机构，所述齿轮机构与所述角度传感器连接。

进一步地，所述调节机构包括丝杆、滑块、扭杆调节架、转动把手、第一固定座、第二固定座和两个平行的导轨，所述第一固定座和第二固定座通过两个平行的导轨连接，所述丝杆设于两个平行的导轨之间，所述转动把手与所述丝杆连接，所述滑块贯穿所述丝杆和两个导轨，所述扭杆调节架固定于所述滑块顶部，所述扭杆一端通过第一夹紧头与所述主轴连接，另一端贯穿所述扭杆调节架且通过第二夹紧头锁紧固定。

采用上述技术方案，包括以下有益效果：本实用新型所提供的扭杆式舵机力矩加载装置，基于弹性元件在受扭矩情形下的受力特性，通过简单的机械弹性结构实现对舵机的加载，技术难度低，能够实现可调节的变刚度加载，制造周期短，成本低，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型所提供扭杆式舵机力矩加载装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型所提供扭杆式舵机力矩加载装置的正视图；

图3为本实用新型所提供第一夹紧头的结构示意图。

图中：

1、舵机；2、舵机支架；3、第一联轴器；4、扭矩传感器；5、第二联轴器；6、L形主轴支架；7、主轴；8、第一齿轮；9、第二齿轮；10、第一夹紧头；10.1、第一插接孔；10.2、径向锁紧孔；10.3、第二插接孔；10.4、径向紧固孔；11、第二夹紧头；13、扭矩调节架；14、扭杆；15、导轨；16、转动把手；17、安装架；18、支撑柱；19、滑块；20、第一固定座；21、丝杆；22、舵机连接轴；23、第二固定座；24、角度传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例一：

本实施例提供了一种扭杆式舵机力矩加载装置，参阅图1和2，包括加载台和安装于加载台上的舵机1、扭矩传感器4、角度传感器24、主轴7、扭杆14和用于调节扭杆14的受扭长度的调节机构；扭矩传感器4用于测量舵机1的输出扭矩，其连接在舵机1与主轴7之间；角度传感器24用于测量舵机1的舵偏角，其与主轴7连接；所述扭杆的一端与所述主轴连接，另一端固定支撑于所述调节机构上。

本实施例所提供的扭杆式舵机力矩加载装置，将舵机1通过主轴7与扭杆14连接，加载时，舵机轴的偏转通过主轴带动扭杆产生相应的扭转变形，由此产生一个与舵偏角成比例的力矩模拟铰链力矩，实现对舵机轴加载，其中，扭矩传感器安装于舵机与主轴之间，用于测量舵机的输出扭矩，实时显示舵机加载力矩，由于舵机加载是连续的过程，因此必须选择连续动态力矩传感器；角度传感器与主轴连接，用于测量舵机的舵偏角，也为了测量扭杆的扭转角度，其需要具有摩擦阻力小，测量精度高的特点；调节机构用于调节扭杆的受扭长度，进而实现加载刚度的变化。

实施例二：

在实施例一的基础上，本实施例所提供的扭杆式舵机力矩加载装置，还包括舵机支架2、舵机连接轴22、第一联轴器3和第二联轴器5，所述舵机支架2安装于所述加载台上，所述舵机1设于所述舵机支架2上且舵机1的舵机轴与穿设过所述舵机支架2的舵机连接轴22连接，所述舵机连接轴22与所述第一联轴器3连接，所述第一联轴器3与所述扭矩传感器4连接；所述扭矩传感器4与所述主轴7之间通过所述第二联轴器5连接。

优选地，舵机支架2为L形支架，通过T形螺栓和螺母将舵机支架固定在加载台的安装架17上，第一联轴器3连接舵机连接轴和扭矩传感器，用于调整舵机连接轴与扭矩传感器轴的安装误差，传导扭矩同时可以补偿安装及运转时两轴间的相对位移，本实施例中，优选地，第一联轴器和第二联轴器可以采用膜片联轴器。

具体地，所述主轴通过安装于所述加载台上的主轴支座支撑于加载台上方，所述主轴支座包括两个相对设置的L形主轴支架6，所述L形主轴支架6上开设有轴承孔，所述轴承孔内安装有轴承，所述主轴的两端分别转动连接在所述轴承内，此处轴承主要起到支撑作用。主轴支座的两L形主轴支架6分别通过T形螺栓和螺母固定于加载台的安装架17上。

为了准确检测出舵机偏角，在所述主轴7上传动连接有齿轮机构，所述齿轮机构与所述角度传感器24连接，具体地，齿轮机构包括第一齿轮8和第二齿轮9，第一齿轮8与主轴7传动连接，第二齿轮9与所述第一齿轮8啮合，角度传感器24与所述第二齿轮9传动连接，为了有利于提高角度传感器测量的灵敏度，齿轮的传动比大于1；角度传感器24安装于主轴支座的其中一L形主轴支架6上。通过与主轴传动连接的齿轮机构，将舵机转动角度准确地传送至角度传感器24，由角度传感器检测出舵机偏角。

在其它一些实施例中，为了能够有效实现可调的变刚度加载，优选地，调节机构包括丝杆21、滑块19、扭杆调节架13、转动把手16、第一固定座20、第二固定座23和两个平行的导轨15，所述第一固定座20和第二固定座23通过两个平行的导轨15连接，两个导轨15的两端分别固定连接在所述第一固定座20和第二固定座23内；

所述丝杆21设于两个平行的导轨15之间，丝杆21的一端通过轴承连接在第二固定座23内，另一端与转动把手16连接；滑块19贯穿所述丝杆21和两个导轨15，所述扭杆调节架13固定于所述滑块19顶部，可选地，扭杆调节架13为L形，通过T形螺栓和螺母固定在扭杆调节架13上；扭杆14一端通过第一夹紧头10与所述主轴7连接，另一端贯穿所述扭杆调节架13且通过第二夹紧头11锁紧固定。

通过转动把手16可以带动丝杆21转动，转动的丝杆21带动其上的滑块19沿着导轨15来回滑动，由此，可以根据实验所需调节滑块至主轴支座之间的距离，即调节扭杆的受扭长度。

具体地，参阅图3，所述第一夹紧头10的一端设有与所述主轴7相匹配的第一插接孔10.1，另一端设于与所述扭,14相匹配的第二插接孔10.3；所述第一插接孔10.1与所述第一夹紧头10上所开设的径向锁紧孔10.2连通，主轴7的一端插接在第一插接孔内，并通过径向锁紧孔内的锁紧螺钉进行锁紧固定，从而将主轴与第一夹紧头固定连接。

所述第二插接孔10.3与所述第一夹紧头10上所开设的两相对的径向紧固孔10.4连通，扭杆14的一端插接在第二插接孔10.3内，并通过两个径向锁紧孔10.4内的锁紧螺钉紧固，两个锁紧螺钉相对设置，从扭杆14的两侧将其夹紧在第二插接孔内，从而使得扭杆与第一夹紧头固定连接，主轴转动的同时，通过第一夹紧头带动扭杆的该端进行转动。

第二夹紧头11的内部结构与第一夹紧头类似，只是第二夹紧头内部开设有供扭杆贯穿的通孔，并通过锁紧螺钉将扭杆与第二夹紧头锁紧固定，此处不再详述第二夹紧头结构；第二夹紧头一体连接有安装座12，安装座12通过螺栓和螺母固定于所述扭杆调节架13上。由此可知，扭杆的一端随主轴转动，受扭长度的另一端与第二夹紧头固定连接。

加载时，根据舵翼的铰链力矩和最大舵偏角，选用相应刚度系数（，其中T为扭杆所受的扭矩）及最大偏角的扭杆。将扭杆与舵机连接，根据测试需要，通过调节机构调节扭杆的受扭长度，采用外部设备驱动舵机轴运转，舵机轴的偏转使得扭杆产生相应的扭转变形，由此产生一个与舵偏角成比例的力矩模拟铰链力矩，实现对舵轴加载，加载过程中，角度传感器、扭矩传感器的输出信号分别传送给处理器，然后将所测量的舵偏角以及扭矩经由电脑显示出来。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种扭杆式舵机力矩加载装置，其特征在于，包括加载台和安装于所述加载台上的舵机（1）、扭矩传感器（4）、角度传感器（24）、主轴（7）、扭杆（14）和用于调节所述扭杆（14）的受扭长度的调节机构；所述扭矩传感器（4）用于测量舵机（1）的输出扭矩，其连接在所述舵机（1）与所述主轴（7）之间；所述角度传感器（24）用于测量舵机（1）的舵偏角，其与所述主轴（7）连接；所述扭杆（14）的一端与所述主轴（7）连接，另一端固定支撑于所述调节机构上。

2.根据权利要求1所述的扭杆式舵机力矩加载装置，其特征在于，还包括舵机支架（2）、舵机连接轴（22）、第一联轴器（3）和第二联轴器（5），所述舵机支架（2）安装于所述加载台上，所述舵机（1）设于所述舵机支架（2）上且舵机（1）的舵机轴与穿设过所述舵机支架（2）的舵机连接轴（22）连接，所述舵机连接轴（22）与所述第一联轴器（3）连接，所述第一联轴器（3）与所述扭矩传感器（4）连接；所述扭矩传感器（4）与所述主轴（7）之间通过所述第二联轴器（5）连接。

3.根据权利要求2所述的扭杆式舵机力矩加载装置，其特征在于，所述主轴（7）通过安装于所述加载台上的主轴支座支撑于加载台上方，所述主轴支座包括两个相对设置的L形主轴支架（6），所述L形主轴支架（6）上开设有轴承孔，所述轴承孔内安装有轴承，所述主轴（7）的两端分别转动连接在所述轴承内。

4.根据权利要求3所述的扭杆式舵机力矩加载装置，其特征在于，所述主轴（7）上传动连接有齿轮机构，所述齿轮机构与所述角度传感器（24）连接。

5.根据权利要求4所述的扭杆式舵机力矩加载装置，其特征在于，所述齿轮机构包括第一齿轮（8）和第二齿轮（9），所述第一齿轮（8）与所述主轴（7）传动连接，所述第二齿轮（9）与所述第一齿轮（8）啮合，所述角度传感器（24）与所述第二齿轮（9）传动连接；所述角度传感器（24）安装于主轴支座的其中一L形主轴支架（6）上。

6.根据权利要求1或5所述的扭杆式舵机力矩加载装置，其特征在于，所述调节机构包括丝杆（21）、滑块（19）、扭杆调节架（13）、转动把手（16）、第一固定座（20）、第二固定座（23）和两个平行的导轨（15），所述第一固定座（20）和第二固定座（23）通过两个平行的导轨（15）连接，所述丝杆（21）设于两个平行的导轨（15）之间，所述转动把手（16）与所述丝杆（21）连接，所述滑块（19）贯穿所述丝杆（21）和两个导轨（15），所述扭杆调节架（13）固定于所述滑块（19）顶部，所述扭杆（14）一端通过第一夹紧头（10）与所述主轴（7）连接，另一端贯穿所述扭杆调节架（13）且通过第二夹紧头（11）锁紧固定。

7.根据权利要求6所述的扭杆式舵机力矩加载装置，其特征在于，所述第一夹紧头（10）的一端设有与所述主轴（7）相匹配的第一插接孔（10.1），另一端设于与所述扭杆（14）相匹配的第二插接孔（10.3）；所述第一插接孔（10.1）与所述第一夹紧头（10）上所开设的径向锁紧孔（10.2）连通；所述第二插接孔（10.3）与所述第一夹紧头（10）上所开设的两相对的径向紧固孔（10.4）连通。

8.根据权利要求6所述的扭杆式舵机力矩加载装置，其特征在于，所述第二夹紧头（11）一体连接有安装座（12），所述安装座（12）通过螺栓和螺母固定于所述扭杆调节架（13）上。

9.根据权利要求1所述的扭杆式舵机力矩加载装置，其特征在于，所述加载台包括安装架（17）和固定于所述安装架（17）底部的支撑柱（18）。