专利名称：一种直线运动电磁加载装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机电设备系统性能检测与试验技术领域，用于含有直线运动输出构件的机械系统及其原动机性能分析与试验，具体涉及一种直线运动电磁加载装置。
背景技术：
随着科学技术的快速发展以及市场竞争的日益加剧，对机电产品性能与可靠性的要求不断提高，模拟加载技术作为对机械系统 原动机和传动执行机构性能测试与可靠性试验的重要手段，在机电产品开发中的地位日趋重要。目前对输出构件为回转运动的机电系统进行模拟加载的技术已比较成熟，例如电涡流测功机、直流测功机、交流测功机、磁粉加载器等。输出构件为直线运动的机械设备在工业实际中有广泛应用，例如冲压拉伸设备、锻造设备、电力设备中的开关操动机构等，直接对其输出运动构件进行模拟加载，可以比较真实地模拟设备的工况，对于测试分析其传动执行系统和原动机的性能十分必要。但目前尚缺少此类技术和设备。磁粉加载器利用电磁效应下的磁粉来传递转矩，激励电流和传递转矩基本呈线性关系，具有响应速度快、结构简单、无冲击振动、实时可控性好等优点，作为加载和离合装置已有比较广泛的应用。但磁粉加载器只能对回转运动构件进行加载。

发明内容
本发明的目的是提供一种直线运动电磁加载装置，解决了现有技术中磁粉加载器只能对回转运动构件进行加载，而对输出构件为直线运动的机械设备难以模拟加载的问题。本发明所采用的技术方案是，一种直线运动电磁加载装置，包括机械部分和电气控制部分，机械部分又包括连杆机构和磁粉加载器部分，其中的连杆机构结构是，包括直线滚动导套，直线滚动导套中穿有加载头，加载头的一端依次连接有单向拉压力传感器；加载头另一端与左半连杆铰接，左半连杆与螺纹套筒一端螺纹套接，螺纹套筒另一端与右半连杆螺纹套接，右半连杆另一端与磁粉加载器中的曲柄销铰接，其中的磁粉加载器部分结构是，包括在定子的内腔设置有循环冷却水通道，循环冷却水设置有入口和出口 ；定子外圆套装设置有转子，转子与定子之间的间隙中设置有磁粉；转子外圆套装设置有定子壳体，定子壳体内圆表面设置有加载线圈，加载线圈及磁粉的周围共同设置有一道隔磁环；转子与主轴同轴连接，主轴端头圆周上套装有圆盘；圆盘沿直径方向另一边加工有导轨，在该导轨内配合安装有梯形滑块，梯形滑块上设置有轴向的曲柄销，梯形滑块沿径向设置有曲柄滑块调节丝母，曲柄滑块调节丝母中穿有丝杆，电气控制部分结构是，加载控制器依次与PWM功率放大器及加载线圈连接，单向拉压力传感器依次通过前置滤波放大器、A/D转换器与加载控制器连接，加载控制器还与工控机连接。本发明的有益效果是，有效地解决了含有直线运动输出构件的机械系统及其原动机性能分析、试验中加载困难的问题，具有响应速度快，结构简单，成本低，可控性好等优点，且可用恒定的加载电流获得变化的加载力，用较小的加载电流获得较大的加载力。


图I为本发明装置的整体结构示意图；图2为本发明装置的磁粉加载器部分的截面结构示意图；图3为图I中的I-I截面示意图；图4为本发明装置的电器部分控制原理示意图；图5为本发明装置中作用在曲柄上的力矩M与作用在加载头上的力F的放大系数随角度e的变化曲线图。
图中，I.定子，2.转子，3.定子壳体，4.加载线圈，5.隔磁环，6.磁粉，7.轴承套筒，8.主轴，9.圆锥滚子轴承，10.圆盘，11.螺栓，12.调整配重片，13.螺母，14.主轴锁紧螺母，15.丝杆，16.曲柄销，17.曲柄滑块调节丝母，18.刻度盘，19.曲柄滑块，20.压紧螺母，21.防松垫片，22.右半连杆，23.右锁紧螺母，24.螺纹套筒，25.左锁紧螺母，26.加载头，27.滚动直线导套，28.单向拉压力传感器，29.直线输出构件，30.被加载机构，31.原动机，32.工作台，33.前置滤波放大器，34. A/D转换器，35.工控机，36.加载控制器，37. PWM功率放大器，38.左半连杆，39.弹簧卡圈。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明装置的结构是，包括机械部分和电气控制部分，机械部分又包括连杆机构和磁粉加载器部分，连杆机构中的直线滚动导套27和磁粉加载器主轴8的轴心设置在工作台32同一高度线上，其中的连杆机构结构是，包括直线滚动导套27，直线滚动导套27中穿有加载头26，加载头26的一端依次连接有单向拉压力传感器28、直线输出构件29、被加载机构30、原动机31 ;加载头26另一端与左半连杆38铰接，左半连杆38与螺纹套筒24螺纹套接，左半连杆38与螺纹套筒24套接处设置有左锁紧螺母25，螺纹套筒24与右半连杆22螺纹套接，螺纹套筒24与右半连杆2螺纹套接处设置有右锁紧螺母23，右半连杆22另一端与磁粉加载器中的曲柄销16铰接，加载头26能够在直线滚动导套27内往复运动，构成一个曲柄滑块机构，其中的左半连杆38与右半连杆22组成一个完整的连杆，该连杆的长度可调节，以适应不同加载行程的需要，其调节原理是，螺纹套筒24左端通过左旋螺纹与左半连杆38配合套接，螺纹套筒24右端通过右旋螺纹与右半连杆22配合套接。连杆调整的具体实施步骤是，分别松开左、右锁紧螺母(23、25)，向一个方向转动螺纹套筒24可使连杆向两端同时伸长，向另外一个方向(反方向)转动螺纹套筒24可使连杆同时向内缩短，将连杆调整到所期望的长度后，再用左、右锁紧螺母(23、25)加以锁紧。其中的磁粉加载器部分结构是，包括在定子I的内腔设置有循环冷却水通道，循环冷却水设置有入口 e和出口 f ;定子I外圆套装设置有转子2，转子2与定子I之间的间隙中设置有磁粉6 ;转子2外圆套装设置有定子壳体3，定子壳体3内圆表面设置有加载线圈4，加载线圈4设置有两个接线端(g、h)，加载线圈4及磁粉6的周围共同设置有一道隔磁环5 ;转子2与主轴8同轴连接，主轴8通过一对圆锥滚子轴承9和轴承套筒7支撑在工作台32上，设置在圆锥滚子轴承9侧面的弹簧卡圈39用于限制圆锥滚子轴承9外圈的运动，主轴8端头圆周上通过花键套装有圆盘10，主轴8的端头通过螺母14将圆盘10压紧并对轴承9进行预紧；参照图2、图3，圆盘10作为曲柄，圆盘10沿直径方向一边设置有配重槽，在圆盘10与梯形滑块19对称的方向上安装有平衡用螺栓11，螺栓11上安装有调整配重片12，调整配重片12通过螺母13与螺栓11紧固连接；圆盘10沿直径方向另一边加工有梯形截面的导轨，在该导轨内配合安装有梯形滑块19，梯形滑块19上设置有轴向的曲柄销16，梯形滑块19沿径向设置有曲柄滑块调节丝母17，曲柄滑块调节丝母17中穿有丝杆15。梯形滑块19通过压紧螺母20和防松垫片21与圆盘10紧固连接。 丝杆15通过和曲柄滑块调节丝母17的螺纹连接，可使梯形滑块19在其导轨内沿径向移动，调节曲柄销16的回转半径，实现对磁粉加载器的加载力矩与加载头26上加载力的关系进行调整。具体实施时，先松开梯形滑块19的压紧螺母20，通过与丝杆15固结的刻度盘18的转动，使滑块19 (带动曲柄销16)精确地移动到所期望的径向位置，然后再用压紧螺母将滑块19压紧在导轨上。本发明装置工作时，当磁粉加载器的加载线圈4中通入激励电流时，所产生的磁通使定子、转子间隙中的磁粉6磁化并呈链状与定子、转子的表面相连接，当转子转动时剪切磁粉链的剪力和定转子表面之间的摩擦力的合力构成了加载力矩，该加载力矩与所施加的激励电流成正比；作用在磁粉加载器转子2上的加载力矩经由主轴8、圆盘10、梯形滑块19、曲柄销16、连杆传递到作直线运动的加载头26，形成直线加载力，该加载力通过单向拉压力传感器28作用在被加载机构30的直线输出构件29上，对被加载机构30及其原动机31进行加载；加载过程中，在磁粉加载器定子、转子间隙之间由机械能转化而成的热量由在磁粉加载器定子内部循环的冷却水带走。在磁粉加载器中与激励电流成正比的加载力矩经由本直线运动电磁加载装置转化成为了直线加载力。本装置还具有用恒定的加载电流获得变化的加载力，用较小的加载电流获得较大加载力的特点，其具体原理如下对于图I所示的曲柄滑块机构，其梯形滑块19的位移s与角度0、(P之间具有如
下关系
5 = r COS^ + /cos^z>(I)其中r、I分别为曲柄和连杆的长度，另外角度0与之间有如下关系
^mcp = A, sin 6(2)其中无量纲量A = r/1 (3)据式(2)将COS炉展开为角度0的级数
I III
cos ￠7 = (I - /I2 sin2 2 = I - - (/I2 Sin2 9)-- (A4 sin4 0)-—(A6 sin6 6)L (4)
设计时，取入<0.25，则上式中含入4及其更高幂次的项均可忽略不计，于是
权利要求
1.一种直线运动电磁加载装置，其特征在于包括机械部分和电气控制部分，机械部分又包括连杆机构和磁粉加载器部分， 其中的连杆机构结构是，包括直线滚动导套(27)，直线滚动导套(27)中穿有加载头(26)，加载头(26)的一端依次连接有单向拉压力传感器(28);加载头(26)另一端与左半连杆(38)铰接，左半连杆(38)与螺纹套筒(24) —端螺纹套接，螺纹套筒(24)另一端与右半连杆(22)螺纹套接，右半连杆(22)另一端与磁粉加载器中的曲柄销(16)铰接， 其中的磁粉加载器部分结构是，包括在定子(I)的内腔设置有循环冷却水通道，循环冷却水设置有入口和出口 ；定子(I)外圆套装设置有转子(2)，转子(2)与定子(I)之间的间隙中设置有磁粉￠);转子(2)外圆套装设置有定子壳体(3)，定子壳体(3)内圆表面设置有加载线圈(4)，加载线圈(4)及磁粉(6)的周围共同设置有一道隔磁环(5);转子(2)与主轴(8)同轴连接，主轴(8)端头圆周上套装有圆盘(10);圆盘(10)沿直径方向另一边加工有导轨，在该导轨内配合安装有梯形滑块(19)，梯形滑块(19)上设置有轴向的曲柄销(16)，梯形滑块(19)沿径向设置有曲柄滑块调节丝母(17)，曲柄滑块调节丝母(17)中穿有丝杆(15), 电气控制部分结构是，加载控制器(36)依次与PWM功率放大器(37)及加载线圈(4)连接，单向拉压力传感器(28)依次通过前置滤波放大器(33)、A/D转换器(34)与加载控制器(36)连接，加载控制器(36)还与工控机(35)连接。
2.根据权利要求I所述的直线运动电磁加载装置，其特征在于所述的圆盘(10)沿直径方向一边设置有配重槽，在圆盘(10)与梯形滑块(19)对称的方向上安装有平衡用螺栓(11)，螺栓(11)上安装有调整配重片(12)。
3.根据权利要求I所述的直线运动电磁加载装置，其特征在于所述的主轴(8)通过圆锥滚子轴承(9)和轴承套筒(7)支撑在工作台(32)上。
4.根据权利要求I所述的直线运动电磁加载装置，其特征在于，所述的加载头(26)与滚动直线导套(27)之间通过直线运动球轴承或滚子轴承连接。
全文摘要
本发明的直线运动电磁加载装置，包括连杆机构、磁粉加载器部分和电气控制部分，连杆机构中的直线滚动导套中穿有加载头，加载头的一端连接有单向拉压力传感器；加载头另一端通过连杆、螺纹套筒与曲柄销连接；磁粉加载器部分包括在定子的内腔设置有循环冷却水通道，转子与定子之间的间隙中设置有磁粉，定子壳体内圆表面设有加载线圈，转子与主轴及圆盘连接；圆盘通过梯形滑块设有曲柄销；电气控制部分包括加载控制器及工控机。本发明的装置，能够实现含有直线运动输出构件的机械系统及其原动机性能分析、试验加载，并用恒定的加载电流获得变化的加载力，用较小的加载电流获得较大的加载力。
文档编号G01M99/00GK102721535SQ20111038786
公开日2012年10月10日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者刘丽兰, 刘宏昭, 原大宁 申请人:西安理工大学