CN110567743A - 一种复合加载的负载模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合加载的负载模拟器，它包括了扭矩加载组件(1)、弯矩加载组件(2)和轴向力加载组件(3)；该弯矩加载组件(2)的支架安装在扭矩加载组件(1)底板上，扭矩加载组件(1)安装在轴向力加载组件(3)滑块上方；本发明采用绳索施加拉力进行弯矩加载，可以适应一定程度的弯矩变形；本发明采用3根绳索，呈夹角120°进行拉力加载，可以产生360°方向的弯矩；本发明能够同时进行扭矩、弯矩及轴向力的加载，结构简单，具有推广应用价值。
Description
技术领域
本发明专利提供了一种复合加载的负载模拟器，具体涉及一种可以复合加载的负载模拟器，属于负载模拟器技术领域。
背景技术
舵机负载模拟器是一种在实验室条件下，模拟飞行器或航海器在工作过程中舵机舵面所受载荷的试验设备，用来检测舵系统的可控性、稳定性等指标。当前的舵机负载模拟器主要是对舵机进行单纯扭矩加载，同时进行扭矩、弯矩以及轴向力复合加载的研究却很少。这主要是由于弯矩扭矩同时加载的时候，加载方式难以保证两种加载不会相互影响。而且弯矩加载一般是单方向弯矩，很少有变方向的弯矩加载设备。
发明内容
(1)目的
本发明提出了一种复合加载的负载模拟器，它是一种新型复合加载方式。尤其是弯矩加载形式，提出了一种可变方向的弯矩加载形式，以便对舵机进行扭矩、弯矩及轴向力的复合加载；通过上位机采集设备中的传感器信号，实现精确迅速的复合加载。
(2)技术方案
本发明提出一种复合加载的负载模拟器，它是一种新型复合加载试验机；它包括了扭矩加载组件(1)、弯矩加载组件(2)和轴向力加载组件(3)；它们相互之间的关系是：弯矩加载组件(2)的支架安装在扭矩加载组件(1)底板上，扭矩加载组件(1)安装在轴向力加载组件(3)滑块上方；
所述的扭矩加载组件(1)包括被试件工装(4)、传动轴(5)、底板(6)、工字支架(7)、轴承支座(8)、联轴器(9)、扭矩传感器(10)、扭矩传感器支架(11)、摆动缸支架(12)、摆动块(13)和摆动缸(14)等；它们相互之间的关系是：该摆动缸支架(12)安装在底板(6)上，通过螺栓连接；该摆动缸(14)安装在摆动缸支架(12)上，通过螺栓连接；该摆动缸(14)输出轴上安装有摆动块(13)；该摆动块(13)通过联轴器(9)连接到扭矩传感器(10)上；该扭矩传感器(10)安装到扭矩传感器支架(11)上；该扭矩传感器支架(11)安装到底板(6)上，通过螺栓连接；该扭矩传感器(10)的另一端伸出轴通过联轴器(9)连接到传动轴(5)上；该传动轴(5)穿过轴承支座(8)；该轴承支座(8)安装到工字支架(7)上；该工字支架(7)通过螺栓连接到底板(6)上；该传动轴(5)的端部安装被试件工装(4)；
该被试件工装(4)的形状构造为：C型(图示6)，其开槽夹紧传动轴(5)，另一端通过螺栓与被试件相连，通过止口精确定位；
该传动轴(5)的形状构造为：光轴；轴两端削为扁轴，轴上设有台阶做限位用；
该底板(6)的形状构造为：方形平板；
该工字支架(7)的形状构造为：工字型支架；(图示7)
该轴承支座(8)选用现有产品(型号为BK17)；
该联轴器(9)为抱紧式联轴器，使用螺栓锁紧被连接的两轴；同时开有键槽，通过键来传递扭矩；
该扭矩传感器(10)选用现有产品(其型号为NH-916X系列)；
该扭矩传感器支架(11)的形状构造为：H型支架；(图示8)
该摆动缸支架(12)的形状构造为：L型支架(图示9)，支架后方安装摆动缸(14)；
该摆动块(13)的形状构造为：C型(图示10)，其开槽夹紧摆动缸(14)输出扁轴，使用两个螺栓夹紧扁轴，以传递扭矩；
该摆动缸(14)为按要求选用现有产品；
所述的弯矩加载组件(2)包括弯矩加载电机(15)、卷筒(16)、绳索(17)、拉压力传感器(18)、弯矩加载支架(19)、弯矩加载轴承(20)等；它们之间的关系是：弯矩加载支架(19)安装在上述扭矩加载组件中的扭矩加载底板(6)上；三台弯矩加载电机(15)安装在弯矩加载支架(19)上；每台弯矩加载电机(15)的伸出轴，连接一个卷筒(16)，该卷筒(16)的上方绕有绳索(17)；该绳索(17)的一端连接在该卷筒(16)上，另一端连接在拉压力传感器(18)上；3个拉压力传感器(18)呈120°布置，全部连接到弯矩加载轴承(20)上；
该弯矩加载电机(15)选用现有产品(型号为中大电机Z82BLDPN24200-30S)；
该卷筒(16)的形状构造为：圆柱形(图示11)；圆柱表面开环形圆槽，用来给绳索(17)做导向；圆柱中心开孔与弯矩加载电机(15)输出轴相连；
该绳索(17)选用现有产品(材料为高分子聚乙烯绳索，直径为5毫米)；
该拉压力传感器(18)选用现有产品(型号为上海游然EVT-12H)；
该弯矩加载支架(19)的形状构造为：三角形板与长方形板焊接成L型支架；三角形板上开有定位孔以安装三个弯矩加载电机(15)；(图示12)
该弯矩加载轴承(20)内部嵌有深沟球轴承，外部圆形套管径向开有相互呈120°螺纹孔，与三个拉压力传感器(18)相连接；(图示13)
所述轴向力加载组件(3)包括轴向力加载底板(21)、滑块(22)、导轨钳制器(23)、直线导轨(24)、轴向拉压力传感器(25)、万向浮动接头(26)和轴向加载电动缸(27)等；它们相互之间的关系是：轴向加载电动缸(27)安装在轴向力加载底板(21)上，轴向加载电动缸(27)输出轴通过万向浮动接头(26)连接一个轴向拉压力传感器(25)，上述扭矩加载组件底板(6)安装到滑块(22)上面；
该轴向力加载底板(21)的形状构造为：长方形平板；
该滑块(22)、导轨钳制器(23)及直线导轨(24)为选用现有配套产品(型号为台湾上银HGH35HA)；
该轴向拉压力传感器(25)选用现有产品(型号为701-BK-2A)；
该万向浮动接头(26)选用现有产品(型号为M8×125F)；
该轴向加载电动缸(27)选用现有产品(型号为JBT20-M04-50-FA-NL-F10-AR-J-DT)。
(3)优点和功效
1、本发明采用绳索施加拉力进行弯矩加载，可以适应一定程度的弯矩变形；
2、本发明采用3根绳索，呈夹角120°进行拉力加载，可以产生360°方向的弯矩；
3、本发明能够同时进行扭矩、弯矩及轴向力的加载，结构简单，具有推广应用价值。
附图说明
图1为本发明的复合加载示意图。
图中具体标号如下：
1扭矩加载组件 2弯矩加载组件 3轴向力加载组件
图2为本发明的扭矩加载组件示意图。
图中标号如下：
4被试件工装 5传动轴 6底板 7工字支架
8轴承支座 9联轴器 10扭矩传感器 11扭矩传感器支架
12摆动缸支架 13摆动块 14摆动缸
图3为本发明的弯矩加载组件示意图。
图中标号如下：
15弯矩加载电机 16卷筒 17绳索 18拉压力传感器
19弯矩加载支架 20弯矩加载轴承
图4为本发明的轴向力加载组件示意图。
图中标号如下：
21轴向力加载底板 22滑块 23导轨钳制器 24直线导轨
25轴向拉压力传感器 26万向浮动接头 27轴向加载电动缸
图5为本发明的弯矩加载原理图。
图中标号如下：
A左侧固定点 B右侧固定点 C力加载点 Ma A点弯矩(Nm) P集中载荷(N) aP点与A点距离 b P点与B点距离l A、B两点距离
图6为本发明的被试件工装。
图7为本发明的工字支架。
图8为本发明的H型支架。
图9为本发明的摆动缸支架。
图10为本发明的摆动块。
图11为本发明的卷筒。
图12为本发明的弯矩加载支架。
图13为本发明的弯矩加载轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
见图1.本发明一种复合加载的负载模拟器，它是一种具备扭矩加载、弯矩加载及轴向力加载功能的复合加载设备；它包括了扭矩加载组件1；弯矩加载组件2和轴向力加载组件3；它们相互之间的关系是：弯矩加载组件2的支架安装在扭矩加载组件1底板上；扭矩加载组件1安装在轴向力加载组件3滑块上方。
见图2.扭矩加载组件包括被试件工装4、传动轴5、底板6、工字支架7、轴承支座8、联轴器9、扭矩传感器10、扭矩传感器支架11、摆动缸支架12、摆动块13和摆动缸14等。它们相互之间的关系是：摆动缸支架12安装在底板6上，通过螺栓连接。摆动缸14安装在摆动缸支架12上，通过螺栓连接。摆动缸输出轴上安装有摆动块13。摆动块13通过联轴器9连接到扭矩传感器10上。扭矩传感器10安装到扭矩传感器支架11上。扭矩传感器支架11安装到底板6上，通过螺栓连接。扭矩传感器另一端伸出轴通过联轴器9连接到传动轴5上。传动轴5穿过轴承支座8。轴承支座8安装到工字支架7上。工字支架7通过螺栓连接到底板6上。传动轴端部安装被试件工装4。
该被试件工装4的形状构造为：C型(图示6)，其开槽夹紧传动轴5，另一端通过螺栓与被试件相连，通过止口精确定位；
该传动轴5的形状构造为：光轴。轴两端削为扁轴，轴上有台阶做限位用；
该底板6的形状构造为：方形平板；
该工字支架7的形状构造为：工字型支架；(图示7)
该轴承支座8为现有产品，型号为BK17；
该联轴器9为抱紧式联轴器，使用螺栓锁紧被连接的两轴；同时开有键槽，通过键来传递扭矩；
该扭矩传感器10为现有产品，其型号为NH-916X系列；
该扭矩传感器支架11的形状构造为：H型支架；(图示8)
该摆动缸支架12的形状构造为：L型支架(图示9)。支架后方安装摆动缸14；
该摆动块13的形状构造为：C型(图示10)，其开槽夹紧摆动缸14输出扁轴，使用两个螺栓夹紧扁轴，以传递扭矩；
该摆动缸14为现有产品；
扭矩加载组件是对被试件进行扭矩加载的部分。被试件工装4与被加载舵机伸出轴连接到一起，采用摆动缸14进行扭矩加载，通过扭矩传感器10来反馈信号，保证加载精度；
见图3.弯矩加载组件包括加载电机15、卷筒16、绳索17、拉压力传感器18、弯矩加载支架19、弯矩加载轴承20等。它们之间的关系是：弯矩加载支架19安装在上述扭矩加载组件中的扭矩加载底板6上。三台弯矩加载电机15安装在弯矩加载支架19上。每台弯矩加载电机伸出轴，连接一个卷筒16。卷筒上方绕有绳索17。绳索17一端连接在卷筒16上，另一端连接在拉压力传感器18上。3个拉压力传感器呈120°布置，全部连接到弯矩加载轴承20上。
该弯矩加载电机15为现有产品，型号为中大电机Z82BLDPN24200-30S；
该卷筒16的形状构造为：圆柱形(图示11)。圆柱表面开环形圆槽，用来给绳索17做导向；圆柱中心开孔与弯矩加载电机15输出轴相连；
该绳索17为现有产品，材料为高分子聚乙烯绳索，直径为5毫米；
该拉压力传感器18为现有产品，型号为上海游然EVT-12H；
该弯矩加载支架19的形状构造为：三角形板与长方形板焊接成L型支架。三角形板上开有定位孔安装三个弯矩加载电机15；(图示12)
该弯矩加载轴承20内部嵌有深沟球轴承，外部圆形套管径向开有相互呈120°螺纹孔，与三个拉压力传感器18相连接；(图示13)
弯矩加载组件是对被试件进行弯矩加载的部分。加载原理如图5所示。通过对传动轴5中某点进行力加载，就会产生对传动轴两个固定端的弯矩加载。本设备采用三根绳索17连接到传动轴5上面的加载轴承20上，三根绳索呈圆周相互夹角120°布置，提供了360°范围内任意角度的加载力，从而转化成360°任意角度上的弯矩。加载电机伸出轴安装了卷筒16，卷筒上缠绕绳索，将加载电机的扭矩转化为对绳索的拉力；
见图5.通过对a.b两段距离的设定，可以使加载力最大程度转化成对两侧端点的加载弯矩；
见图4.轴向力加载组件包括轴向力加载底板21、滑块22、导轨钳制器23、直线导轨24、轴向拉压力传感器25、万向浮动接头26、和轴向加载电动缸27等。它们相互之间的关系是：轴向加载电动缸27安装在轴向力加载底板21上，轴向加载电动缸27输出轴通过万向浮动接头26连接一个轴向拉压力传感器25，上述扭矩加载组件底板6安装到滑块22上面。
该轴向力加载底板21的形状构造为：长方形平板；
该滑块22、导轨钳制器23及直线导轨24为现有配套产品，型号为台湾上银HGH35HA；
该轴向拉压力传感器25为现有产品，型号为701-BK-2A；
该万向浮动接头26为现有产品，型号为M8×125F；
该轴向加载电动缸27为现有产品，型号为JBT20-M04-50-FA-NL-F10-AR-J-DT。
轴向力加载组件是对被试件进行轴向力加载的部分。通过轴向加载电动缸27输出推力或拉力，通过电动缸输出轴前端的轴向拉压力传感器25反馈力信号，进行精确加载。轴向拉压力传感器25两端连接万向浮动接头26，避免了拉压力传感器受到剪切力。使用导轨24及滑块22，将加载力直接传递到最前端被试件；
见图5.弯矩加载原理图；图中具体标号如下：
A左侧固定点 B右侧固定点 C力加载点
Ma A点弯矩(Nm) P集中载荷(N) a力加载点与左侧固定点距离(m)
L两侧固定点间距(m) b力加载点与右侧固定点距离(m)
对于A点弯矩，可以根据公式Ma＝-Pab2/l2计算得出。
本装置的构件尺寸、材料选择、工艺方法可针对不同的应用确定，具体包括摆动缸输出参数、弯矩加载电机输出参数、轴向加载电动缸的输出参数等。
Claims (10)
1.一种复合加载的负载模拟器，其特征在于：
它包括了扭矩加载组件(1)、弯矩加载组件(2)和轴向力加载组件(3)；该弯矩加载组件(2)的支架安装在扭矩加载组件(1)底板上，扭矩加载组件(1)安装在轴向力加载组件(3)滑块上方；
所述的扭矩加载组件(1)包括被试件工装(4)、传动轴(5)、底板(6)、工字支架(7)、轴承支座(8)、联轴器(9)、扭矩传感器(10)、扭矩传感器支架(11)、摆动缸支架(12)、摆动块(13)和摆动缸(14)；该摆动缸支架(12)安装在底板(6)上，通过螺栓连接；该摆动缸(14)安装在摆动缸支架(12)上，通过螺栓连接；该摆动缸(14)输出轴上安装有摆动块(13)；该摆动块(13)通过联轴器(9)连接到扭矩传感器(10)上；该扭矩传感器(10)安装到扭矩传感器支架(11)上；该扭矩传感器支架(11)安装到底板(6)上，通过螺栓连接；该扭矩传感器(10)的另一端伸出轴通过联轴器(9)连接到传动轴(5)上；该传动轴(5)穿过轴承支座(8)；该轴承支座(8)安装到工字支架(7)上；该工字支架(7)通过螺栓连接到底板(6)上；该传动轴(5)的端部安装被试件工装(4)；
该被试件工装(4)为：C型，其开槽夹紧传动轴(5)，另一端通过螺栓与被试件相连，通过止口定位；
该传动轴(5)为：光轴；轴的两端削为扁轴，轴上设有台阶做限位用；
该底板(6)为：方形平板；
该工字支架(7)为：工字型支架；
该轴承支座(8)选用现有产品；
该联轴器(9)为抱紧式联轴器，使用螺栓锁紧被连接的两轴；同时开有键槽，通过键来传递扭矩；
该扭矩传感器(10)选用现有产品；
该扭矩传感器支架(11)为：H型支架；
该摆动缸支架(12)为：L型支架，支架后方安装摆动缸(14)；
该摆动块(13)为：C型，其开槽夹紧摆动缸(14)输出扁轴，使用两个螺栓夹紧扁轴，以传递扭矩；
该摆动缸(14)按要求选用现有产品；
所述的弯矩加载组件(2)包括弯矩加载电机(15)、卷筒(16)、绳索(17)、拉压力传感器(18)、弯矩加载支架(19)和弯矩加载轴承(20)；该弯矩加载支架(19)安装在上述扭矩加载组件中的扭矩加载底板(6)上；三台弯矩加载电机(15)安装在弯矩加载支架(19)上；每台弯矩加载电机(15)的伸出轴，连接一个卷筒(16)，该卷筒(16)的上方绕有绳索(17)；该绳索(17)的一端连接在该卷筒(16)上，另一端连接在拉压力传感器(18)上；3个拉压力传感器(18)呈120°布置，全部连接到弯矩加载轴承(20)上；
该弯矩加载电机(15)选用现有产品；
该卷筒(16)为：圆柱形；圆柱表面开环形圆槽，用来给绳索(17)做导向；圆柱中心开孔与弯矩加载电机(15)输出轴相连；
该绳索(17)选用现有产品；
该拉压力传感器(18)选用现有产品；
该弯矩加载支架(19)为：三角形板与长方形板焊接成L型支架；三角形板上开有定位孔以安装三个弯矩加载电机(15)；
该弯矩加载轴承(20)内部嵌有深沟球轴承，外部圆形套管径向开有相互呈120°螺纹孔，与三个拉压力传感器(18)相连接；
所述轴向力加载组件(3)包括轴向力加载底板(21)、滑块(22)、导轨钳制器(23)、直线导轨(24)、轴向拉压力传感器(25)、万向浮动接头(26)和轴向加载电动缸(27)；该轴向加载电动缸(27)安装在轴向力加载底板(21)上，轴向加载电动缸(27)输出轴通过万向浮动接头(26)连接一个轴向拉压力传感器(25)，上述扭矩加载组件底板(6)安装到滑块(22)上面；
该轴向力加载底板(21)为：长方形平板；
该滑块(22)、导轨钳制器(23)及直线导轨(24)选用现有配套产品；
该轴向拉压力传感器(25)选用现有产品；
该万向浮动接头(26)选用现有产品；
该轴向加载电动缸(27)选用现有产品。
2.根据权利要求1所述的一种复合加载的负载模拟器，其特征在于：
该轴承支座(8)选用现有产品，其型号为BK17。
3.根据权利要求1所述的一种复合加载的负载模拟器，其特征在于：
该扭矩传感器(10)选用现有产品，其型号为NH-916X系列。
4.根据权利要求1所述的一种复合加载的负载模拟器，其特征在于：
该弯矩加载电机(15)选用现有产品，其型号为中大电机Z82BLDPN24200-30S。
5.根据权利要求1所述的一种复合加载的负载模拟器，其特征在于：
该绳索(17)选用现有产品，其材料为高分子聚乙烯绳索，直径为5毫米。
6.根据权利要求1所述的一种复合加载的负载模拟器，其特征在于：
该拉压力传感器(18)选用现有产品，其型号为上海游然EVT-12H。
7.根据权利要求1所述的一种复合加载的负载模拟器，其特征在于：
该滑块(22)、导轨钳制器(23)及直线导轨(24)为选用现有配套产品，其型号为台湾上银HGH35HA。
8.根据权利要求1所述的一种复合加载的负载模拟器，其特征在于：
该轴向拉压力传感器(25)选用现有产品，其型号为701-BK-2A。
9.根据权利要求1所述的一种复合加载的负载模拟器，其特征在于：
该万向浮动接头(26)选用现有产品，其型号为M8×125F。
10.根据权利要求1所述的一种复合加载的负载模拟器，其特征在于：
该轴向加载电动缸(27)选用现有产品，其型号为JBT20-M04-50-FA-NL-F10-AR-J-DT。
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