专利名称：一种基于随动力矩负载的负载模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种负载模拟器，更特别地说，是指一种基于随动力矩负载的负载模拟器。
背景技术：
仪器设备受到反向力矩负载情况下的性能测试是工业领域关注的关键技术，其在受到反向力矩负载的性能将极大的影响被测仪器设备的稳定性、可靠性、快速性等。在半实物仿真实验、力标定等应用场合向被测件施加被动力/力矩，测试被测件是否合格，负载模拟器具有较好的机械接口，也可以测试高速精密车床、减速器、轧机张力系统、汽车刹车系统等。现有的负载模拟器多集中在小扭矩、单一梯度、正向力矩的加载，鲜见大扭矩、多梯度、随动力矩加载。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于随动力矩负载的负载模拟器，本发明的负载模拟器是一种含有弹簧组件与双四连杆机构相结合的负载设备，通过丝杠调节弹簧的预紧力，达到对被测件的不同梯度的力矩负载要求。如负载弹簧无法满足要求，可换接不同刚度的弹簧及换装第一连杆上的挂点，实现不同梯度的力矩负载要求。还可测试被测测件输出端的动刚度及静刚度。本发明的一种基于随动力矩负载的负载模拟器，其包括有弹性施力组件(I)、骨架组件(2)、连杆组件(3)和扭矩测量组件(4);弹性施力组件(I)、连杆组件(3)和扭矩测量组件(4)安装在骨架组件(2)上；在弹性施力组件(I)中先将十字轴(18)套接在丝杠(12)的光轴段(12B)上，再将十字轴(18)放置在丝杠座(13)的第一支撑臂(13A)与第二支撑臂(13B)之间，并在丝杠座(13)的上端安装上丝杠压板(17)，随后将第一丝杠螺母(19A)、第二丝杠螺母(19B)、 第一卡件(14)套接在丝杠(12)上；弹簧(11)的一端旋入第一卡件(14)的通孔内，弹簧
(11)的另一端旋入第二卡件(15)的通孔内，第二卡件(15)的连接臂通过卡件轴(16)与第一连杆(31)的一端连接；第一丝杠螺母(19A)与第二丝杠螺母(19B)能够使丝杠(12)相对于丝杠座(13)不窜动；弹性施力组件(I)通过丝杠(12)来调节弹簧(11)的伸长量，从而实现对被测件(5)进行不同梯度的预施加力的加载；在骨架组件(2)中第一立板(23)的一端与第二立板(24)的一端垂直安装在底座
(21)上，第一立板(23)的另一端与第二立板(24)的另一端上安装有横板(22);第一立板
(23)与第二立板(24)之间的一侧安装有第三立板(25)，第一立板(23)与第二立板(24) 之间的另一侧安装有支撑座(27);第一立板(23)的内侧板面上安装有第二挡板组件(29)， 第二立板(24)的内侧板面上安装有第一挡板组件(28) ;U形座(26)安装在底座(21)的一端;
在连杆组件(3)中连杆支撑轴(37)安装在第一连杆(31)上，第一连杆(31)的一端连接有卡件轴(16)，第一连杆(31)的另一端通过第一连杆轴(38)与第二连杆32的一端连接，第二连杆(32)的另一端通过第二连杆轴(39)与第三连杆(33)的一端、第四连杆
(34)的一端连接，第三连杆(33)的另一端安装在支撑座(27)上，第四连杆(34)的另一端通过第三连接轴(36L)与第五连杆(36A)的一端连接，第五连杆(36A)的另一端通过第二连接轴(36K)与第六连杆(36B)的U形夹臂端连接，第六连杆(36B)的另一端连接在第一连接轴(36F)上；角度传感器(36D)安装在角度传感器支座(36C)的上部；在扭矩测量组件(4)中扭矩传感器(41)的上部套接有第四滚珠轴承(45)，并用下锁母(46)锁紧，扭矩传感器(41)的下部套接有第三滚珠轴承(44);第二支座(42)套接在扭矩传感器(41)的外部，上锁母(43)安装在连接盘(47)上，连接盘(47)安装在被测件
(5)的A键槽(52)中；扭矩传感器(41)的一端安装在连接盘(47)的方孔(47C)内；被测件(5)的扭力输出盘(51)与连接盘(47)通过螺栓固定连接。本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的优点在于①本发明的负载模拟器可进行双向施加被动力/力矩的载荷，可根据被测件的运动状况进行跟随施加力/力矩，具有较好的对称度及线性度施加力/力矩。相比电动式负载模拟器，在一定运动频率内多余力矩较小使用方便。②本发明的负载模拟器能够模拟真实的工况环境，负载模拟器采用耐高低温的设计，在设计中需要考虑高低温环境条件对零部件工作性能的影响。例如零件的材料选用 2024航空铝材料，长度尺寸(特别是长度)、应力场、摩擦状态等都可能发生一定变化。至于轴承零件和润滑剂的选用，选择现有商品就可以提供解决办法。采用壳牌T220润滑剂的闪点温度在258°C，桂北高温轴承有限公司的高温旋转轴承正常工作温度为300°C，均可以满足使用要求。③本发明中的连杆组件采用双曲柄四连杆机构实施载荷，能够使弹性施力组件产生的力/力矩平稳，减少了低频(8Hz)加载时干扰力矩的干扰，同时也减小了振动环境下对被测件的动态干扰。④本发明中的骨架组件采用悬架机构半沉于底座上，由于扭矩测量组件安装在悬架机构上，在通过扭矩测量组件测量被测件的扭矩时不受干扰。⑤本发明的负载模拟器占用空间体积小、重量轻，采用便携设计两人就可抬动，体积小可放入通用的温箱来测试仪器。


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图构图。
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I是本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的结构图。
IA是本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的另一视角结构图。
IB是未装配骨架组件的本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的另一视角结
2是本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的骨架组件的结构图。
2A是本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的骨架组件的另一视角结构图。 2B是本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的骨架组件的分解图。
3是本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的弹性施力组件的结构图。
图3A是本发明的弹性施力组件中丝杠座的结构图。图4是本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的连杆组件的结构图。图4A是本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的连杆组件的分解图。图4B是本发明连杆组件中角度传感器组件的分解图。图5是本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的扭矩测量组件的结构图。图5A是本发明基于随动力矩负载的负载模拟器的扭矩测量组件的分解图。图6是被测件的仰视图。图7是本发明负载模拟器运动时的简示图。图中编号为1.弹性施力组件；11.弹簧；12.丝杠；12A.丝杠肩；12B.光轴段； 12C.丝杠段；13.丝杠座；13A.第一支撑臂；13B.第二支撑臂；13C.第一凹槽；13D.第二凹槽；13E.底板；13F.沉头孔；14.第一卡件；14A.第三通孔；14B.第四通孔；14C.丝杠孔； 14D.半圆弧缺孔；15.第二卡件；15A.第五通孔；15B.第六通孔；15C.半圆弧缺孔；MD. 第一连接臂；15E.第二连接臂；15F.第七通孔；15G.第八通孔；16.卡件轴；16A.上锁扣； 16B.下锁扣；16C.防滑螺母；17.丝杠压板；17A.第一通孔；18.十字轴；18A.第二通孔； 19A.第一丝杠螺母；19B.第二丝杠螺母；2.骨架组件；21.底座；2A.前板面；2B.后板面； 21A.丝杠腔；21B.第一减重腔；21C.第二减重腔；21D.第三减重腔；211.第一把手；212. 第二把手；213.第三把手；214.第四把手；22.横板；23.第一立板；24.第二立板；25.第三立板；26. U形座；26A.通孔；27.支撑座；271.中心通孔；272.空腔；28.第一挡板组件； 29.第二挡板组件；3.连杆组件；31.第一连杆；31A.第九通孔；31B.第十通孔；31C.第 i 通孔；31D.第十二通孔；31E.第十三通孔；32.第二连杆；32A.第十四通孔；32B.第十五通孔；32C.第十六通孔；32D.第一连接臂；32E.第二连接臂；33.第三连杆；33A.第十七通孔；33B.矩形孔；34.第四连杆；34A.第十八通孔；34B.第十九通孔；34C.凸耳； 34D.第二十通孔；34E.第四连杆支撑轴；34F.第三滚珠轴承；34G.第四滚珠轴承；35.限位板；35A.卡口 ；36.角度传感器组件；36A.第五连杆；361.第二^ 通孔；362.第二十二通孔；36B.第六连杆；363.第二十三通孔；364.U形夹臂；36C.角度传感器支座；36D.角度传感器；36E.联轴器；36F.第一连接轴；36G.锁紧螺母；36H.第一滚珠轴承；36I.第二滚珠轴承；36J.联轴器支座；36K.第二连接轴；36L.第三连接轴；37.连杆支撑轴；38.第一连杆轴；38A.上锁扣；38B.下锁扣；38C.防滑螺母；39.第二连杆轴；4.扭矩测量组件；41.扭矩传感器；42.第二支座；43.上锁母；44.第三滚珠轴承；45.第四滚珠轴承；46.下锁母； 47.连接盘；47A. A矩形键；47B. B矩形键；47C.矩形孔；5.被测件；51.扭力输出盘；52. A 键槽；53.B键槽。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图I、图1A、图IB所示，本发明的一种基于随动力矩负载的负载模拟器，其包括有弹性施力组件I、骨架组件2、连杆组件3和扭矩测量组件4 ;弹性施力组件I、连杆组件 3和扭矩测量组件4安装在骨架组件2上。弹性施力组件I用于实现对被测件5进行不同梯度的预施加力的加载。骨架组件2 —方面用于实现支撑和固定安装起本发明设计的基于随动力矩负载的负载模拟器中的弹性施力组件I、连杆组件3和扭矩测量组件4 ;另一方面实现了基于随动力矩负载的负载模拟器能够在同一平台上进行随动力矩负载的加载，减小了加载误差的产生，结构紧凑、方便与外部设备的安装。连杆组件3用于实现力/力矩的有效传递。扭矩测量组件4用于实现对被测件5的加载扭矩及连杆组件3中转动角度的测量。(一)弹性施力组件I参见图3、图3A所示，弹性施力组件I包括有弹簧11、丝杠12、丝杠座13、第一^^ 件14、第二卡件15、卡件轴16、丝杠压板17和十字轴18 ；丝杠12上设有丝杠肩12A、光轴段12B和丝杠段12C ;所述丝杠肩12A用于阻止丝杠12向左方向窜动；所述光轴段12B用于放置十字轴18 ;所述丝杠段12C用于实现第一卡件14在丝杠上往复运动。参见图3A所示，丝杠座13为U形形状；丝杠座13的第一支撑臂13A的顶端设有第一凹槽13C，第一凹槽13C用于放置丝杠压板17的一端；丝杠座13的第二支撑臂13B的顶端设有第二凹槽13D，第二凹槽13D用于放置丝杠压板17的另一端；第一支撑臂13A与第二支撑臂13B之间放置十字轴18 ;丝杠座13的底板13E上设有沉头孔13F，沉头孔13F 用于放置十字轴18的下端，十字轴18的上端放置在丝杠压板17的第一通孔17A内；十字轴18的第二通孔18A用于丝杠12的一端穿过；丝杠座13安装在骨架组件2的底座21的丝杠腔2IA中。第一^H牛14的两侧设有第三通孔14A、第四通孔14B,所述第四通孔14B的侧边上设有方便弹簧11滚动的半圆弧缺孔14D，第一卡件14的中部设有丝杠孔14C ;第三通孔14A 和第四通孔14B用于弹簧11的一端穿过；丝杠孔14C用于丝杠12的一端穿过且使丝杠12 运行在所述丝杠孔14C内。第一^N牛14在丝杠12上运动能够带动弹簧11的伸长(向右) 或者收缩(向左)；所述弹簧11的伸长是指第一^^件14在丝杠12上向丝杠座13方向运动；所述弹簧11的收缩是指第一卡件14在丝杠12上向U形座26方向运动。第二卡件15的一端设有第五通孔15A、第六通孔15B，所述第六通孔15B的侧边上设有方便弹簧11滚动的半圆弧缺孔15C ;第二卡件15的另一端设有第一连接臂15D、第二连接臂15E，第一连接臂15D的端部设有第七通孔15F，第二连接臂15E的端部设有第八通孔15G ;卡件轴16的一端安装在第七通孔15F内，且通过上锁扣16A将卡件轴16的一端固紧在第一连接臂MD上；卡件轴16的另一端先套接上防滑螺母16C然后安装在第八通孔 15G内，且通过下锁扣16B将卡件轴16的另一端固紧在第二连接臂15E上。在本发明中，参见图3、图3A所示，先将十字轴18套接在丝杠12的光轴段12B上， 再将十字轴18放置在丝杠座13的第一支撑臂13A与第二支撑臂13B之间，并在丝杠座13 的上端安装上丝杠压板17，随后将第一丝杠螺母19A、第二丝杠螺母19B、第一卡件14套接在丝杠12上。弹簧11的一端旋入第一卡件14的通孔内，弹簧11的另一端旋入第二卡件 15的通孔内，第二卡件15的连接臂通过卡件轴16与第一连杆31的一端连接。第一丝杠螺母19A与第二丝杠螺母19B能够使丝杠12相对于丝杠座13不窜动。弹性施力组件I通过丝杠12来调节弹簧11的伸长量，从而实现对被测件5进行不同梯度的预施加力的加载。( 二)骨架组件2
参见图I、图1A、图2、图2A、图2B所示，骨架组件2包括有底座21、横板22、第一立板23、第二立板24、第三立板25、U形座26、支撑座27、第一挡板组件28、第二挡板组件 29 ；底座21的前板面2A上安装有第一把手211和第二把手212 ;底座21的后板面2B 上安装有第三把手213和第四把手214。设计四个把手方便了本发明负载模拟器的可移动性。底座21的右端设有用于安装丝杠座13的丝杠腔21A ;底座21的左端设有U形座26， 所述U形座26用于安装连杆支撑轴37，从而实现支撑起连杆组件3中的第一连杆31 ;为了减轻底座21的重量，底座21上设有第一减重腔21B、第二减重腔21C、第三减重腔21D。U形座26上设有通孔26A，所述通孔26A用于连杆支撑轴37的一端穿过。支撑座27的中部设有空腔272，且有中心通孔271 ;所述空腔272用于放置扭矩测量组件4。第一挡板组件28由第一卡具281和第一挡板282组成，第一挡板282卡合在第一卡具281上，且第一^^具281安装在第二立板24的内侧面板上。第二挡板组件29由第二卡具291和第二挡板292组成，第二挡板292卡合在第二卡具291上，且第二卡具291安装在第一立板23的内侧面板上。在本发明中，骨架组件2的装配为第一立板23的一端与第二立板24的一端垂直安装在底座21上，第一立板23的另一端与第二立板24的另一端上安装有横板22 ;第一立板23与第二立板24之间的一侧安装有第三立板25，第一立板23与第二立板24之间的另一侧安装有支撑座27 ;第一立板23的内侧板面上安装有第二挡板组件29，第二立板24的内侧板面上安装有第一挡板组件28 ；U形座26安装在底座21的一端。在本发明中，骨架组件2为了实现轻质、减少动态干扰力对被测件5及多个传感器 (角度传感器、扭矩传感器)的不利影响，加工材料采用了 2024航空铝合金轻质材料，加工成具有减重孔及筋板的组件。(三)连杆组件3参见图4、图4A所示，连杆组件3包括有第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33、第四连杆34、限位板35、角度传感器组件36、连杆支撑轴37、第一连杆轴38、第二连杆轴39 ； 在本发明中，连杆与连杆之间的连接采用常规的轴接方式。参见图4A所示,第一连杆31上设有第九通孔31A、第十通孔31B、第^^一通孔31C、 第十二通孔31D、第十三通孔31E。第九通孔31A、第十通孔31B用于放置第一连杆轴38，第一连杆轴38在第一连杆31上的安装位置是依据弹性施力组件I中弹簧11的不同梯度的预施加力的加载要求而选择是第九通孔31A或第十通孔31B。第十一通孔31C、第十二通孔 31D用于放置卡件轴16，卡件轴16在第一连杆31上的安装位置是依据弹性施力组件I中弹簧11的不同梯度的预施加力的加载要求而选择是第十一通孔31C或第十二通孔31D。第十三通孔3IE用于放置连杆支撑轴37。参见图4A所示，第二连杆32的一端设有第十四通孔32A，第二连杆32的另一端设有第一连接臂32D、第二连接臂32E，第一连接臂32D的端部设有第十五通孔32B，第二连接臂32E的端部设有第十六通孔32C ;第一连杆轴38的一端安装在第十五通孔32B内，且通过上锁扣38A将第一连杆轴38的一端固紧在第一连接臂32D上；第一连杆轴38的另一端先套接上防滑螺母38C然后安装在第十六通孔32C内，且通过下锁扣38B将第一连杆轴38的另一端固紧在第二连接臂32E上。参见图4A所示，第三连杆33的中部设有矩形孔33B，矩形孔33B用于放置扭矩测量组件4中的扭矩传感器41 ;第三连杆33的一端设有第十七通孔33A，第十七通孔33A用于放置第二连杆轴39。参见图4A所示，第四连杆34的一端设有第十八通孔34A，第十八通孔34A用于放置第二连杆轴39 ;第四连杆34的另一端设有第十九通孔34B、凸耳34C，凸耳34C上设有第二十通孔34D ;第十九通孔34B内放置有第三滚珠轴承34F、第四滚珠轴承34G，第三滚珠轴承34F和第四滚珠轴承34G分别与第四连杆支撑轴34E轴接。第二十通孔34D用于放置角度传感器组件36中的第三连接轴36L。参见图4A所示，限位板35上设有卡口 35A，限位板35通过卡口 35A卡紧在第二连杆32上。限位板35固定在骨架组件2中的第三立板25上。参见图4B所示，角度传感器组件36包括有第五连杆36A、第六连杆36B、角度传感器支座36C、角度传感器36D(角度传感器采用德国novotechnik的SP2800)、联轴器36E、 第一连接轴36F、锁紧螺母36G、第一滚珠轴承36H、第二滚珠轴承361、联轴器支座36J、第二连接轴36K、第三连接轴36L ;第三连接轴36L安装在第五连杆36A —端的第二i^一通孔 361内，第五连杆36A的另一端(设第二十三通孔363的端)与第六连杆36B的U形夹臂 363通过第二连接轴36K安装在一起，第六连杆36B的另一端与第一连接轴36F连接，第一连接轴36F上从下至上顺次套接有联轴器支座36J、第二滚珠轴承361、第一滚珠轴承36H、 锁紧螺母36G、联轴器36E ;角度传感器36D安装在角度传感器支座36C的上部。角度传感器36D用于测量被测件5在加载有负载时移动过的角度。在本发明中，第五连杆36A的一端(设第二十一通孔361的端)通过第三连接轴36L与第四连杆34的一端(设第十八通孔34A的端)连接。第五连杆36A的一端设有第二^ 通孔361,第五连杆36A的另一端设有第二十二通孔362。所述第二十一通孔361用于第三连接轴36L穿过。所述第二十二通孔362用于第二连接轴36K穿过。第六连杆36B的一端设有第二十三通孔363，第六连杆36B的另一端设有U形夹臂 364。所述第二十三通孔363用于第一连接轴36F穿过。所述U形夹臂364通过第二连接轴36K实现第六连杆36B与第五连杆36A的连接。连杆组件3的装配为连杆支撑轴37安装在第一连杆31上，第一连杆31的一端连接有卡件轴16，第一连杆31的另一端通过第一连杆轴38与第二连杆32的一端连接，第二连杆32的另一端通过第二连杆轴39与第三连杆33的一端、第四连杆34的一端连接，第三连杆33的另一端安装在支撑座27上，第四连杆34的另一端通过第三连接轴36L与第五连杆36A的一端连接，第五连杆36A的另一端通过第二连接轴36K与第六连杆36B的U形夹臂端连接，第六连杆36B的另一端连接在第一连接轴36F上。第一连杆31、第二连杆32、 第三连杆33和第四连杆34构成一个四杆机构；第三连杆33、第四连杆34、第五连杆36A和第六连杆36B构成另一个四杆机构。在本发明中，连杆组件3采用双四杆机构设计，因此连杆组件3是基于双四杆机构原理对被测件5进行力的加载，为了实现力/力矩的有效传递，连杆组件3设计成具有一定的强度及动刚度，如选用2024航空铝合金轻质材料，加工成具有减重孔及筋板的结构件。
(四)扭矩测量组件4参见图1B、图5、图5A所示，扭矩测量组件4包括有扭矩传感器41、第二支座42、 上锁母43、第三滚珠轴承44、第四滚珠轴承45、下锁母46和连接盘47。所述连接盘47的中心设有传动扭矩用的方孔47C，所述连接盘47上设有A矩形键 47A、B矩形键47A ；A矩形键47A卡合在被测件5的A键槽52中，B矩形键47B卡合在被测件5的B键槽53中。扭矩测量组件4的装配扭矩传感器41的上部套接有第四滚珠轴承45，并用下锁母46锁紧，扭矩传感器41的下部套接有第三滚珠轴承44 ;第二支座42套接在扭矩传感器 41的外部，上锁母43安装在连接盘47上，连接盘47安装在被测件5的A键槽52中；扭矩传感器41的一端安装在连接盘47的方孔47C内。在本发明中，扭矩测量组件4实现对被测件5的加载扭矩及连杆组件3中转动角度的测量。扭矩测量组件4中的扭矩传感器41采用中国航天空气动力技术研究院的AKC-32 扭矩传感器。(五)被测件5参见图6所示，被测件5的扭力输出盘51与连接盘47通过螺栓固定连接，且连接盘47上的两个矩形键(A矩形键47A、B矩形键47A)卡合在扭力输出盘51上的两个键槽(A 键槽51、B键槽52)内。即A矩形键47A卡合在A键槽51内，B矩形键47A卡合在B键槽 52内。本发明设计的基于随动力矩负载的负载模拟器，被测件5的转动方向(即扭力输出盘51的旋转方向)能够实现扭矩实时加载，从而与扭矩测量组件4的运动方向跟随，因此称作随动力矩负载。参见图7所示，本发明负载模拟器运动如下弹簧11在第一卡件14的拉动下，调节弹簧11至测试位；当被测件5沿顺时针方向转动时，被测件5的运动经扭力输出盘51输出；被测件5运动的同时弹性施力组件I带动连杆组件3向被测件5施力；通过弹性施力组件I中的弹簧11带动第一连杆31运动，同时围绕连杆支撑轴37转动，使第二连杆32运动；第二连杆32的运动绕第一连杆支撑轴38运动带动了第三连杆33、第四连杆34运动； 扭矩传感器41带动连接盘47与扭力输出盘51运动，把力/力矩传递到被测件5上。本发明的加载方式弹簧一第一连杆一第二连杆一第三连杆一被测件输出轴(扭力输出盘)可以将力/力矩施加于被加载件的输出轴上。在被加载设备输出轴静止时，利用弹性施力件组件及连杆组件对被加载设备输出轴施加静力/力矩；当被加载设备输出轴运动时，利用弹性施力件组件及连杆组件对被加载设备输出轴施加实时随动力/力矩。本发明的加载是通过刚性结构与弹性施力组件结合方式实现的，即通过弹性施力组件的弹性变形施加所需的力/力矩，同时弹性施力组件用于加载设备和被加载设备提供加载缓冲， 滤除施加载荷的干扰力矩。在本发明的基于机器人的平衡技术的加载设备中，蕴含了机器人的机构理论、传感测试技术等先进技术，是一台典型的机电集成系统。对被测件进行力加载时的操作步骤为I)将被测件安装在连接盘47上；2)调节弹性施力组件，旋转丝杠调整弹簧的张紧达到施载要求；
3)给被测件通电、预设载荷；4)被测件双向运动，施力组件中的弹簧通过连杆组件中的第一连杆、拉杆、上曲柄及下曲柄对被测件施加力/力矩；5)通过角度传感器及扭矩传感器读取测量数据；6)重复上述步骤进行二次或者多次测量。
权利要求
1.一种基于随动力矩负载的负载模拟器，其特征在于包括有弹性施力组件(I)、骨架组件(2)、连杆组件(3)和扭矩测量组件(4);弹性施力组件(I)、连杆组件(3)和扭矩测量组件(4)安装在骨架组件(2)上；在弹性施力组件(I)中先将十字轴(18)套接在丝杠(12)的光轴段(12B)上，再将十字轴(18)放置在丝杠座(13)的第一支撑臂(13A)与第二支撑臂(13B)之间，并在丝杠座 (13)的上端安装上丝杠压板(17)，随后将第一丝杠螺母(19A)、第二丝杠螺母(19B)、第一卡件(14)套接在丝杠(12)上；弹簧(11)的一端旋入第一卡件(14)的通孔内，弹簧(11) 的另一端旋入第二卡件(15)的通孔内，第二卡件(15)的连接臂通过卡件轴(16)与第一连杆(31)的一端连接；第一丝杠螺母(19A)与第二丝杠螺母(19B)能够使丝杠(12)相对于丝杠座(13)不窜动；弹性施力组件(I)通过丝杠(12)来调节弹簧(11)的伸长量，从而实现对被测件(5)进行不同梯度的预施加力的加载；在骨架组件(2)中第一立板(23)的一端与第二立板(24)的一端垂直安装在底座(21) 上，第一立板(23)的另一端与第二立板(24)的另一端上安装有横板(22);第一立板(23) 与第二立板(24)之间的一侧安装有第三立板(25)，第一立板(23)与第二立板(24)之间的另一侧安装有支撑座(27);第一立板(23)的内侧板面上安装有第二挡板组件(29)，第二立板(24)的内侧板面上安装有第一挡板组件(28) ;U形座(26)安装在底座(21)的一端； 在连杆组件(3)中连杆支撑轴(37)安装在第一连杆(31)上，第一连杆(31)的一端连接有卡件轴(16)，第一连杆(31)的另一端通过第一连杆轴(38)与第二连杆32的一端连接，第二连杆(32)的另一端通过第二连杆轴(39)与第三连杆(33)的一端、第四连杆(34) 的一端连接，第三连杆(33)的另一端安装在支撑座(27)上，第四连杆(34)的另一端通过第三连接轴(36L)与第五连杆(36A)的一端连接，第五连杆(36A)的另一端通过第二连接轴(36K)与第六连杆(36B)的U形夹臂端连接，第六连杆(36B)的另一端连接在第一连接轴(36F)上；角度传感器(36D)安装在角度传感器支座(36C)的上部；在扭矩测量组件(4)中扭矩传感器(41)的上部套接有第四滚珠轴承(45)，并用下锁母 (46)锁紧，扭矩传感器(41)的下部套接有第三滚珠轴承(44);第二支座(42)套接在扭矩传感器(41)的外部，上锁母(43)安装在连接盘(47)上，连接盘(47)安装在被测件(5)的 A键槽(52)中；扭矩传感器(41)的一端安装在连接盘(47)的方孔(47C)内；被测件(5) 的扭力输出盘(51)与连接盘(47)通过螺栓固定连接。
2.根据权利要求I所述的基于随动力矩负载的负载模拟器，其特征在于所述负载模拟器的运动为弹簧(11)在第一卡件(14)的拉动下，调节弹簧(11)至测试位；当被测件(5) 沿顺时针方向转动时，被测件(5)的运动经扭力输出盘(51)输出；被测件(5)运动的同时弹性施力组件⑴带动连杆组件⑶向被测件(5)施力；通过弹性施力组件⑴中的弹簧 (11)带动第一连杆(31)运动，同时围绕连杆支撑轴(37)转动，使第二连杆(32)运动；第二连杆(32)的运动绕第一连杆支撑轴(38)运动带动了第三连杆(33)、第四连杆(34)运动； 扭矩传感器(41)带动连接盘(47)与扭力输出盘(51)运动，把力/力矩传递到被测件(5) 上。
3.根据权利要求I所述的基于随动力矩负载的负载模拟器，其特征在于所述负载模拟器中被测件(5)的转动方向能够实现扭矩实时加载，从而与扭矩测量组件(4)的运动方向跟随，因此称作随动力矩负载。
4.根据权利要求I所述的基于随动力矩负载的负载模拟器，其特征在于所述连杆组件(3)采用双四杆机构设计，能够对被测件(5)进行力的加载。
5.根据权利要求I所述的基于随动力矩负载的负载模拟器，其特征在于所述负载模拟器的力/力矩的加载方式为弹簧一第一连杆一第二连杆一第三连杆一扭力输出盘。
全文摘要
本发明公开了一种基于随动力矩负载的负载模拟器，其包括有弹性施力组件、骨架组件、连杆组件和扭矩测量组件；弹性施力组件、连杆组件和扭矩测量组件安装在骨架组件上。弹性施力组件用于实现对被测件进行不同梯度的预施加力的加载；骨架组件实现在同一平台上进行随动力矩负载的加载；连杆组件用于实现力/力矩的有效传递；扭矩测量组件用于实现对被测件的加载扭矩及连杆组件中转动角度的测量。本发明的负载模拟器是一种含有弹簧组件的负载设备，通过丝杠调节弹簧的预紧力，达到对被测件的不同梯度的力矩负载要求。如负载弹簧无法满足要求，可换接不同刚度的弹簧及换装第一连杆上的挂点，实现不同梯度的力矩负载要求。还可测试被测测件输出端的动刚度及静刚度。
文档编号G01M99/00GK102589919SQ201210050488
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者吴洪冲, 宗光华, 屈玉丰, 陈斌, 魏志强 申请人:北京航空航天大学