專利名稱：伺服系統(tǒng)復(fù)雜負(fù)載工況模擬和性能測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種伺服系統(tǒng)負(fù)載模擬裝置和伺服系統(tǒng)性能測(cè) 試裝置，屬于檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
伺服系統(tǒng)負(fù)載模擬裝置是仿真實(shí)驗(yàn)的重要設(shè)備，主要功能是在實(shí) 驗(yàn)室條件下模擬實(shí)際工作的環(huán)境，對(duì)被試系統(tǒng)施加與實(shí)際工況相對(duì)應(yīng) 的負(fù)載，從而真實(shí)地反映出伺服系統(tǒng)的實(shí)際性能。在不同的工況下使 用的伺服系統(tǒng)所受到的負(fù)載非常復(fù)雜，包括慣性負(fù)載、彈性負(fù)載、不 平衡負(fù)載、時(shí)變負(fù)載和沖擊負(fù)載等。
目前，負(fù)載模擬系統(tǒng)一般采用的加載方式為機(jī)械式加載、電液 伺服加載、電磁加載和電機(jī)加載等。機(jī)械式加載主要優(yōu)點(diǎn)是工作可靠， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化的載荷譜，且不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中加載 或調(diào)整載荷。電液伺服加載可實(shí)現(xiàn)連續(xù)加載，且頻帶較寬，輸出負(fù)載 力矩大，但是存在液壓源體積大、功耗和噪聲大，容易產(chǎn)生多余力矩 等缺點(diǎn)。電磁加載設(shè)備主要有磁滯測(cè)功機(jī)和磁粉制動(dòng)器等，主要優(yōu)點(diǎn) 是轉(zhuǎn)速范圍寬，控制方便，制動(dòng)力矩大，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作等，缺點(diǎn) 是存在低速時(shí)加不上載荷的現(xiàn)象，而且容易出現(xiàn)磁粉"卡死"的現(xiàn)象。 電機(jī)加載設(shè)備目前主要采用直流電機(jī)或力矩電機(jī)，直流電機(jī)作為加載 元件存在電樞電流大，功率損失大，由于換向器的存在，對(duì)提供"正、 反轉(zhuǎn)的力矩"不便。采用力矩電機(jī)作為加載元件，能夠提供較寬范圍 力矩，響應(yīng)速度較快。但是上述加載方式都存在加載方式單一，不能 模擬多種負(fù)載的缺點(diǎn)，如機(jī)械加載不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化的載荷，電機(jī)加 載就不能模擬慣性負(fù)載，而且一般慣量加載機(jī)構(gòu)采用慣量盤進(jìn)行加 載，通過(guò)改變慣量盤的尺寸和質(zhì)量達(dá)到改變慣量的目的，不能實(shí)現(xiàn)慣 量連續(xù)變化。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是為了解決上述加載機(jī)構(gòu)加載方式單一的問(wèn)題 而提供一種伺服系統(tǒng)復(fù)雜負(fù)載工況模擬和性能測(cè)試裝置。
本實(shí)用新型裝置綜合了慣性加載、伺服電機(jī)加載和彈簧加載三種
方式，可實(shí)現(xiàn)三種加載方式獨(dú)立加載、兩兩組合加載或同時(shí)加載共7 種組合方式，能夠模擬多種負(fù)載工況，如慣性負(fù)載、彈性負(fù)載、不平 衡負(fù)載、沖擊負(fù)載、時(shí)變負(fù)載以及多種負(fù)載的組合。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型提出的一種伺服系統(tǒng)復(fù)雜工況模擬裝置，包括被試伺 服系統(tǒng)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、傳動(dòng)鏈、變慣量加載機(jī)構(gòu)、減速器、伺服 電機(jī)加載機(jī)構(gòu)、彈簧加載機(jī)構(gòu)和角度傳感器。
被試伺服系統(tǒng)為伺服系統(tǒng)復(fù)雜工況模擬裝置的被試對(duì)象，可以是 由電機(jī)、泵或馬達(dá)等構(gòu)成的回轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)，也可以是伺服電機(jī)；
扭矩轉(zhuǎn)速傳感器用于直接測(cè)量被試伺服系統(tǒng)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速， 用于測(cè)試被試伺服系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能；同時(shí)，通過(guò)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器可 構(gòu)成力、速度閉環(huán)，用來(lái)研究伺服系統(tǒng)在復(fù)雜負(fù)載工況下控制算法。
傳動(dòng)鏈用于在傳動(dòng)主線路上形成一條分支路線，傳動(dòng)主線路上包 括被試伺服系統(tǒng)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、減速器、伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)和彈 簧加載機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)分支線路包括變慣量加載機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比可以 根據(jù)所需慣量進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)被試系統(tǒng)所需慣量大時(shí)，可以采用增速方 式；傳動(dòng)鏈可以是同步帶輪機(jī)構(gòu)、齒輪箱或皮帶輪機(jī)構(gòu)。
變慣量加載機(jī)構(gòu)包括固定部分和滑動(dòng)部分，固定部分包括固定端 支架、傳動(dòng)鏈輸出軸、固定端連桿支座、固定端連桿、慣量體；滑動(dòng) 部分包括滑動(dòng)端連桿、滑動(dòng)端連桿支座、滑動(dòng)端支座、滑動(dòng)端轉(zhuǎn)軸、 滑軌；變慣量加載機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括傳動(dòng)鏈輸出軸、固定端連桿支 座、固定端連桿、慣量體、滑動(dòng)端連桿和滑動(dòng)端連桿支座，用于模擬 連續(xù)變化的慣性負(fù)載；其中，固定端支架用于支撐傳動(dòng)鏈輸出軸，固 定端連桿支座通過(guò)鍵連接與傳動(dòng)鏈輸出軸固連，固定端連桿通過(guò)鉸接 的方式與固定端連桿支座上的耳軸連接，固定端連桿另一端通過(guò)銷釘固定慣量體，滑動(dòng)端連桿通過(guò)鉸接的方式連接到固定端連桿中部的耳 軸上，滑動(dòng)端連桿的另一端也通過(guò)鉸接方式與滑動(dòng)端支座耳軸連接， 滑動(dòng)端支座與滾動(dòng)軸承外圈采用過(guò)盈配合，軸承內(nèi)圈與滑動(dòng)端軸也采 用過(guò)盈配合，使得支座能夠在滑動(dòng)端軸上旋轉(zhuǎn)而保持滑動(dòng)端軸不轉(zhuǎn) 動(dòng)，滑動(dòng)端軸通過(guò)平鍵安裝在滑動(dòng)端支座上，滑動(dòng)端支座底部為燕尾 槽結(jié)構(gòu)，中部留有梯形螺紋，通過(guò)絲杠推動(dòng)滑動(dòng)端支座在滑軌上滑動(dòng)， 滑軌兩側(cè)安裝有鎖緊螺栓，當(dāng)滑動(dòng)端支座移動(dòng)到位后用鎖緊螺栓定 位；變慣量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)慣量連續(xù)變化的動(dòng)作過(guò)程是當(dāng)滑動(dòng)端支座帶著 滑動(dòng)端連桿支座及滑動(dòng)端連桿在滑軌內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)端連桿支座推動(dòng) 固定端連桿和慣量體運(yùn)動(dòng)，連桿與轉(zhuǎn)軸所形成的張開(kāi)角度隨之張開(kāi)或 縮小，使慣量體質(zhì)心距轉(zhuǎn)軸中心也發(fā)生改變，從而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可發(fā)生連 續(xù)變化；慣量體的數(shù)量、質(zhì)量以及連桿的長(zhǎng)度可以根據(jù)實(shí)際慣量變化 范圍需要進(jìn)行設(shè)計(jì)；另外，可以采用手動(dòng)方式推動(dòng)滑動(dòng)部分，也可以 采用自動(dòng)方式推動(dòng)滑動(dòng)部分。
減速器用于降低主傳動(dòng)線路的速度。
伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、伺服電機(jī)傳動(dòng)軸、伺服電機(jī)支 座及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，用于模擬沖擊負(fù)載、時(shí)變負(fù)載和實(shí)現(xiàn)主動(dòng)加載； 其中，伺服電機(jī)安裝在伺服電機(jī)支座上，伺服電機(jī)傳動(dòng)軸與伺服電機(jī) 定子為過(guò)盈配合，傳動(dòng)軸通過(guò)聯(lián)軸器連接主傳動(dòng)線路上的減速器，伺 服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為伺服電機(jī)提供電源與驅(qū)動(dòng)信號(hào)；伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)伺 服電機(jī)為空心軸式或雙端輸出軸式伺服電機(jī)，可為直流電機(jī)或交流電 機(jī)。
彈簧加載機(jī)構(gòu)包括大減速比減速器、彈簧加載機(jī)構(gòu)伸出軸、搖臂、 彈簧、彈簧套筒和預(yù)緊螺栓，用于模擬彈性負(fù)載、不平衡負(fù)載；其中， 大減速比減速器輸入端連接伺服電機(jī)傳動(dòng)軸，輸出端連接彈簧加載機(jī) 構(gòu)伸出軸，搖臂通過(guò)螺栓固定在伸出軸上，搖臂下端的兩側(cè)各套一個(gè) 彈簧，彈簧的另一端固定在彈簧套筒內(nèi)，通過(guò)安裝在套筒兩端的預(yù)緊 螺栓調(diào)節(jié)彈簧的初始預(yù)緊力；大減速比減速器的目的是進(jìn)一步降低主 傳動(dòng)線路的轉(zhuǎn)速，用于模擬低轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)動(dòng)范圍、大扭矩輸出伺服系
6統(tǒng)的負(fù)載情況。
角度傳感器用于采集彈簧加載機(jī)構(gòu)伸出軸的角位置信號(hào)，構(gòu)成位 置閉環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行伺服系統(tǒng)復(fù)雜負(fù)載工況下位置控制算法研究；
被試伺服系統(tǒng)(或伺服電機(jī))通過(guò)聯(lián)軸器連接扭矩轉(zhuǎn)速傳感器， 扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的輸出通過(guò)聯(lián)軸器連接傳動(dòng)鏈的輸入軸，通過(guò)傳動(dòng)鏈 將傳動(dòng)線路分成兩路，主傳動(dòng)線路沿原來(lái)傳動(dòng)路線方向，依次連接減 速器、聯(lián)軸器、伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)和彈簧加載機(jī)構(gòu)；另一路連接變慣 量加載機(jī)構(gòu)。
本實(shí)用新型裝置綜合了慣性加載、伺服電機(jī)加載和彈簧加載三種 方式，可實(shí)現(xiàn)三種加載方式獨(dú)立加載、兩兩組合加載或同時(shí)加載共7 種加載方式，能夠模擬多種負(fù)載工況，如慣性負(fù)載、彈性負(fù)載、不平 衡負(fù)載、沖擊負(fù)載、時(shí)變負(fù)載以及多種負(fù)載的組合等。以下為各種加 載方式的組合情況
第一種加載方式為慣性加載，變慣量機(jī)構(gòu)通過(guò)傳動(dòng)鏈加到主傳動(dòng) 線路中，用于實(shí)現(xiàn)模擬慣量連續(xù)變化的負(fù)載，將傳動(dòng)鏈輸出端連接變 慣量機(jī)構(gòu)部分?jǐn)嚅_(kāi)(如將皮帶取下)即可取消慣性加載方式；
第二種加載方式為伺服電機(jī)加載，伺服電機(jī)根據(jù)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 指令信號(hào)，在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生扭矩，通過(guò)伺服電機(jī)傳動(dòng)軸傳遞扭 矩，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)加載，用于模擬沖擊負(fù)載、時(shí)變負(fù)載和實(shí)現(xiàn)主動(dòng)加 載；當(dāng)電機(jī)不通電時(shí)，即可取消伺服電機(jī)加載；
第三種加載方式為彈簧加載，當(dāng)搖臂偏離中心位置時(shí)，搖臂收到 一側(cè)彈簧的壓力，和另一側(cè)彈簧的拉力，在彈簧加載機(jī)構(gòu)伸出軸上產(chǎn) 生扭矩，并通過(guò)大減速比減速器加載到主傳動(dòng)線路上；將搖臂上螺栓 松開(kāi)就可取消彈簧加載；
第四種加載方式為慣性加載和伺服電機(jī)加載，斷開(kāi)彈簧加載機(jī) 構(gòu)，而同時(shí)加載變慣量機(jī)構(gòu)和伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)；
第五種加載方式為慣性加載和彈簧加載，斷開(kāi)伺服電機(jī)加載機(jī) 構(gòu)，而同時(shí)加載變慣量機(jī)構(gòu)和彈簧加載機(jī)構(gòu)；
第六種為彈簧加載和伺服電機(jī)加載，斷開(kāi)變慣量加載機(jī)構(gòu)，而同時(shí)加載伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)和彈簧加載機(jī)構(gòu)；
第七種為慣性負(fù)載、彈簧加載和伺服電機(jī)加載，同時(shí)加載變慣量 加載機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)和彈簧加載機(jī)構(gòu)。
當(dāng)把伺服電機(jī)替換為空心軸式的磁粉制動(dòng)器，并配備磁粉制動(dòng)器 支座及控制器，其中磁粉制動(dòng)器固定于磁粉制動(dòng)器支座上，磁粉制動(dòng) 器的內(nèi)徑與傳動(dòng)軸采用過(guò)盈配合，控制器發(fā)出指令信號(hào)控制磁粉制動(dòng) 器向傳動(dòng)軸傳遞扭矩，可以實(shí)現(xiàn)磁粉制動(dòng)器加載。
本實(shí)用新型也提供一種伺服系統(tǒng)性能測(cè)試裝置，采集扭矩轉(zhuǎn)速傳 感器信號(hào)，用于測(cè)試被試伺服系統(tǒng)在不同負(fù)載工況下的靜動(dòng)態(tài)性能。 同時(shí)，本實(shí)用新型還通過(guò)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器或角度傳感器構(gòu)成力、速度 或位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以研究伺服系統(tǒng)在復(fù)雜負(fù)載工況下控制算 法。
有益效果
本實(shí)用新型與現(xiàn)有加載裝置相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(l)本實(shí)用新 型裝置綜合了慣性加載、伺服電機(jī)加載和彈簧加載三種方式，可實(shí)現(xiàn) 三種加載方式獨(dú)立加載、兩兩組合加載或同時(shí)加載共7種組合方式， 能夠模擬多種負(fù)載工況，如慣性負(fù)載、彈性負(fù)載、不平衡負(fù)載、沖擊 負(fù)載、時(shí)變負(fù)載以及多種負(fù)載的組合等，克服了現(xiàn)有加載裝置加載方 式單一的缺點(diǎn)，能夠滿足多種復(fù)雜負(fù)載工況下伺服系統(tǒng)加載需要；(2) 本實(shí)用新型裝置可模擬連續(xù)變化的慣量負(fù)載，具有負(fù)載大小可控、加 載頻帶寬的特點(diǎn)；(3)本實(shí)用新型裝置通過(guò)測(cè)量被試伺服系統(tǒng)扭矩、 轉(zhuǎn)速、角度等信號(hào)，能夠測(cè)試伺服系統(tǒng)在不同負(fù)載工況下的靜動(dòng)態(tài)性 能，也能夠構(gòu)成位置或力控制閉環(huán)系統(tǒng)，可以用來(lái)研究伺服系統(tǒng)在復(fù) 雜負(fù)載工況下控制算法。


圖1是伺服系統(tǒng)復(fù)雜負(fù)載工況模擬與性能測(cè)試裝置的組成方框
圖2是伺服系統(tǒng)復(fù)雜負(fù)載工況模擬裝置的一種實(shí)施例的三維機(jī)械結(jié)構(gòu)圖中1-被試電機(jī)、2-被試電機(jī)輸出端支架、3-聯(lián)軸器A、 4-扭矩 轉(zhuǎn)速傳感器、5-聯(lián)軸器B、 6-傳動(dòng)鏈輸入軸、7-傳動(dòng)鏈、8-減速器支 架、9-減速器、IO-聯(lián)軸器C、 11-伺服電機(jī)、12-伺服電機(jī)支座、13-大減速比減速器、14-彈簧加載機(jī)構(gòu)支座、15-角度傳感器、16-固定 端支座、17-傳動(dòng)鏈輸出軸、18-固定端連桿支座、19-固定端連桿、 20-慣量體、21-滑動(dòng)端連桿、22-滑動(dòng)端連桿支座、23-滑動(dòng)端支座、 24-滑軌、25-定位鎖緊螺栓、26-蝸桿、27-方向盤、28-彈簧預(yù)緊螺 栓、29-彈簧套筒、30-彈簧、31-彈簧加載結(jié)構(gòu)伸出軸、32-搖臂。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及工作過(guò)程。 結(jié)合附圖1，圖中實(shí)線連接部分表示伺服系統(tǒng)復(fù)雜負(fù)載工況模擬 裝置組成方框圖。伺服系統(tǒng)復(fù)雜負(fù)載工況模擬裝置由被試電機(jī)、扭矩 轉(zhuǎn)速傳感器、傳動(dòng)鏈及變慣量加載機(jī)構(gòu)、減速器、伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)、 彈簧加載機(jī)構(gòu)和角度傳感器組成。綜合了慣性加載、伺服電機(jī)加載和 彈簧加載三種方式，可實(shí)現(xiàn)三種加載方式獨(dú)立加載、兩兩組合加載或 同時(shí)加載共7種加載方式，能夠模擬多種負(fù)載工況，如慣性負(fù)載、彈 性負(fù)載、不平衡負(fù)載、沖擊負(fù)載、時(shí)變負(fù)載以及多種負(fù)載的組合等。 其中，電機(jī)加載機(jī)構(gòu)用于模擬沖擊負(fù)載、時(shí)變負(fù)載，以及實(shí)現(xiàn)主動(dòng)加 載；彈簧加載機(jī)構(gòu)用于模擬小角度變化范圍的負(fù)載工況，包括彈性負(fù) 載、不平衡負(fù)載；變慣量機(jī)構(gòu)用于模擬連續(xù)可變的慣性負(fù)載，傳動(dòng)鏈 可以是同步帶輪、齒輪箱或皮帶傳動(dòng)副，通過(guò)改變傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比可 以實(shí)現(xiàn)小質(zhì)量系統(tǒng)模擬大慣量系統(tǒng)。
圖1中虛線連接部分表示伺服系統(tǒng)性能測(cè)試裝置組成方框圖。信 號(hào)采集與調(diào)理模塊采集被試伺服系統(tǒng)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、角度傳感器 信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)在不同負(fù)載工況下伺服系統(tǒng)靜 動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。另外，通過(guò)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器或角度傳感器可構(gòu)成力、 速度和位置閉環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制，研究伺服系統(tǒng)在不同負(fù)載工況下控制算法。
下面根據(jù)圖2詳細(xì)介紹伺服系統(tǒng)復(fù)雜工況負(fù)載模擬裝置的一種實(shí) 施例的具體實(shí)施方式
被試電機(jī)1安裝于被試電機(jī)支架上，輸出通過(guò)聯(lián)軸器A3連接扭
矩轉(zhuǎn)速傳感器4，扭矩轉(zhuǎn)速傳感器4輸出經(jīng)聯(lián)軸器B5通過(guò)傳動(dòng)鏈輸 入軸6連接同步帶輪7，同步帶輪7的輸出連接變慣量加載機(jī)構(gòu)。同 時(shí)，同步帶輪輸入軸6輸出到減速器9，減速器9輸出通過(guò)聯(lián)軸器C10 連接伺服電機(jī)傳動(dòng)軸，伺服電機(jī)傳動(dòng)軸輸出后接彈簧加載機(jī)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)和彈簧加載機(jī)構(gòu)同時(shí)加載，伺服電機(jī)11采用 空心軸式，伺服電機(jī)傳動(dòng)軸與伺服電機(jī)11的定子為過(guò)盈配合，伺服 電機(jī)傳動(dòng)軸通過(guò)軸承安裝在伺服電機(jī)支座12， 一端連接聯(lián)軸器CIO， 另一端接到大減速比減速器13的輸入端。
變慣量加載機(jī)構(gòu)包括固定端支座16、同步帶輪輸出軸17、固定 端連桿支座18、固定端連桿19、慣量體20、滑動(dòng)端連桿21、滑動(dòng)端 連桿支座22、滑動(dòng)端支座23、滑軌24、定位鎖緊螺栓25、蝸桿26、 方向盤27組成。其中可轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括傳動(dòng)鏈輸出軸17、固定端連桿 支座18、固定端連桿19、慣量體20、滑動(dòng)端連桿21、滑動(dòng)端連桿支 座22、滑動(dòng)端支座23、滑軌24、定位鎖緊螺栓25、蝸桿26和方向 盤27;
其中，固定端支架16用于支撐同步帶輪輸出軸17，固定端連桿 支座18通過(guò)鍵與同步帶輪輸出軸17固連，固定端連桿19通過(guò)鉸接 的方式與固定端連桿支座18上的耳軸連接，固定端連桿19另一端通 過(guò)銷釘固定慣量體20，滑動(dòng)端連桿21通過(guò)鉸接的方式連接到固定端 連桿19中部的耳軸上，滑動(dòng)端連桿21的另一端也通過(guò)鉸接方式與滑 動(dòng)端支座22的耳軸連接，滑動(dòng)端支座22與滑動(dòng)端軸上滾動(dòng)軸承外圈 采用過(guò)盈配合，軸承內(nèi)圈與滑動(dòng)端軸也采用過(guò)盈配合，使得滑動(dòng)端支 座22能夠在軸上旋轉(zhuǎn)而保持滑動(dòng)端軸不轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)端軸通過(guò)平鍵安 裝在滑動(dòng)端支座23上，滑動(dòng)端支座23底部為燕尾槽結(jié)構(gòu)，中部留有 梯形螺紋，通過(guò)絲杠26推動(dòng)滑動(dòng)端支座23在滑軌24上滑動(dòng)，絲杠的末端安裝有方向盤27，滑軌24兩側(cè)安裝有鎖緊螺栓25，當(dāng)滑動(dòng)端 支座23移動(dòng)到位后用鎖緊螺栓25定位；
變慣量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)慣量連續(xù)變化的動(dòng)作過(guò)程是當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤27 時(shí)，絲杠26推動(dòng)滑動(dòng)端支座23帶著滑動(dòng)端連桿支座22及滑動(dòng)端連 桿21在滑軌24內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)端連桿21推動(dòng)固定端連桿19和慣量 體20運(yùn)動(dòng)，固定端連桿19與同步帶輪輸出軸17所形成的角度隨之 張開(kāi)或縮小，使慣量體20質(zhì)心距同步帶輪輸出軸17中心也發(fā)生改變， 從而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可發(fā)生連續(xù)變化；滑軌上標(biāo)有慣量刻度，當(dāng)滑動(dòng)端支座 23移動(dòng)到設(shè)定位置后，用滑軌24兩側(cè)的鎖緊螺栓25進(jìn)行鎖緊定位； 慣量體的數(shù)量、質(zhì)量以及連桿的長(zhǎng)度可以根據(jù)實(shí)際慣量變化范圍需要 進(jìn)行設(shè)計(jì)。
電機(jī)加載機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)11、伺服電機(jī)支座12和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器組成，伺服電機(jī)11固定在伺服電機(jī)支架12上，其定子通過(guò)伺服電 機(jī)傳動(dòng)軸連接減速器9和大減速比減速器13，通過(guò)伺服電機(jī)加載機(jī) 構(gòu)可以模擬阻尼負(fù)載、沖擊負(fù)載、時(shí)變負(fù)載等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)加載。
彈簧加載機(jī)構(gòu)包括大減速比減速器13、彈簧加載機(jī)構(gòu)支座14、 彈簧加載機(jī)構(gòu)伸出軸31、搖臂32、彈簧30，彈簧套筒29和預(yù)緊螺 栓28組成。其中，大減速比減速器13固定在彈簧加載機(jī)構(gòu)支座14 上，輸入端連接伺服電機(jī)傳動(dòng)軸，輸出端連接彈簧加載機(jī)構(gòu)伸出軸 31，搖臂32通過(guò)螺栓固定在伸出軸上，搖臂32下端的兩側(cè)各套一個(gè) 彈簧30，彈簧30的另一端固定在彈簧套筒29內(nèi)，通過(guò)安裝在彈簧 套筒29兩端的預(yù)緊螺栓28調(diào)節(jié)彈簧的初始預(yù)緊力；彈簧加載機(jī)構(gòu)加 載動(dòng)作過(guò)程是當(dāng)搖臂32偏離中心位置時(shí)，搖臂32受一側(cè)彈簧30 的壓力和另一側(cè)彈簧30的拉力，通過(guò)搖臂施加扭矩到軸31，達(dá)到模 擬彈性力和不平衡力加載效果，彈簧的初始?jí)壕o力可通過(guò)預(yù)緊螺栓 28進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本實(shí)施例綜合了慣性加載、伺服電機(jī)加載和彈簧加載三種方式， 可實(shí)現(xiàn)三種加載方式獨(dú)立加載、兩兩組合加載或同時(shí)加載共7種組合 方式，下面詳細(xì)介紹各種加載方式的具體實(shí)施過(guò)程第一種加載方式為慣性加載，變慣量機(jī)構(gòu)通過(guò)同步帶輪7加到傳 動(dòng)主線路中，用于實(shí)現(xiàn)模擬慣量連續(xù)變化的負(fù)載，將同步帶輪7的皮
帶取下即可斷開(kāi)慣性加載機(jī)構(gòu)；
第二種加載方式為伺服電機(jī)加載，伺服電機(jī)11根據(jù)伺服電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器指令信號(hào)，在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生扭矩，通過(guò)伺服電機(jī)傳動(dòng)軸傳 遞扭矩，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)加載，用于模擬沖擊負(fù)載、時(shí)變負(fù)載和實(shí)現(xiàn)主 動(dòng)加載；當(dāng)電機(jī)不通電時(shí)，伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)則不起作用；
第三種加載方式為彈簧加載，當(dāng)搖臂32偏離中心位置時(shí)，搖臂 32收到一側(cè)彈簧30的壓力，和另一側(cè)彈簧30的拉力，在彈簧加載 機(jī)構(gòu)伸出軸31上產(chǎn)生扭矩，并通過(guò)大減速比減速器13加載到主傳動(dòng) 線路上；將搖臂32上螺栓松開(kāi)就可以斷開(kāi)彈簧加載；
第四種加載方式為慣性加載和伺服電機(jī)加載，斷開(kāi)彈簧加載機(jī) 構(gòu)，而同時(shí)加載變慣量機(jī)構(gòu)和伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)；
第五種加載方式為慣性加載和彈簧加載，斷開(kāi)伺服電機(jī)加載機(jī) 構(gòu)，而同時(shí)加載變慣量機(jī)構(gòu)和彈簧加載機(jī)構(gòu)；
第六種為彈簧加載和伺服電機(jī)加載，斷開(kāi)變慣量加載機(jī)構(gòu)，而同 時(shí)加載伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)和彈簧加載機(jī)構(gòu)；
第七種為慣性負(fù)載、彈簧加載和伺服電機(jī)加載，同時(shí)加載變慣量 機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)和彈簧加載機(jī)構(gòu)。
當(dāng)把伺服電機(jī)11替換為空心軸式的磁粉制動(dòng)器，并配備磁粉制 動(dòng)器支座及控制器，其中磁粉制動(dòng)器固定于磁粉制動(dòng)器支座上，磁粉 制動(dòng)器的內(nèi)徑與傳動(dòng)軸采用過(guò)盈配合，控制器發(fā)出指令信號(hào)控制磁粉 制動(dòng)器向傳動(dòng)軸傳遞扭矩，可以實(shí)現(xiàn)磁粉制動(dòng)器加載。
權(quán)利要求1、伺服系統(tǒng)復(fù)雜負(fù)載工況模擬與性能測(cè)試裝置，包括被試伺服系統(tǒng)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、傳動(dòng)鏈、減速器和角度傳感器，其特征在于還包括變慣量加載機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)、彈簧加載機(jī)構(gòu)，其中變慣量加載機(jī)構(gòu)、彈簧加載機(jī)構(gòu)和伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)可單獨(dú)加載、兩兩組合加載或同時(shí)加載；變慣量加載機(jī)構(gòu)包括固定部分和滑動(dòng)部分，固定部分包括固定端支架、傳動(dòng)鏈輸出軸、固定端連桿支座、固定端連桿、慣量體；滑動(dòng)部分包括滑動(dòng)端連桿、滑動(dòng)端連桿支座、滑動(dòng)端支座、滑動(dòng)端轉(zhuǎn)軸、滑軌；其中，固定端支架用于支撐傳動(dòng)鏈輸出軸，固定端連桿支座通過(guò)鍵連接與傳動(dòng)鏈輸出軸固連，固定端連桿通過(guò)鉸接的方式與固定端連桿支座上的耳軸連接，固定端連桿另一端通過(guò)銷釘固定慣量體，滑動(dòng)端連桿通過(guò)鉸接的方式連接到固定端連桿中部的耳軸上，滑動(dòng)端連桿的另一端也通過(guò)鉸接方式與滑動(dòng)端支座耳軸連接，滑動(dòng)端支座與滾動(dòng)軸承外圈采用過(guò)盈配合，軸承內(nèi)圈與滑動(dòng)端軸也采用過(guò)盈配合，滑動(dòng)端軸通過(guò)鍵固定在滑動(dòng)端支座上，使得滑動(dòng)端連桿支座能夠在滑動(dòng)端軸上旋轉(zhuǎn)而保持滑動(dòng)端軸不轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)端支座底部為燕尾槽結(jié)構(gòu)，中部留有梯形螺紋，通過(guò)絲杠推動(dòng)滑動(dòng)端支座在滑軌上滑動(dòng)，滑軌兩側(cè)安裝有鎖緊螺栓，當(dāng)滑動(dòng)端支座移動(dòng)到位后用鎖緊螺栓定位；變慣量加載機(jī)構(gòu)安裝于扭矩傳感器和減速器之間，通過(guò)傳動(dòng)鏈與傳動(dòng)鏈輸入軸連接；變慣量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)慣量連續(xù)變化的動(dòng)作過(guò)程是當(dāng)滑動(dòng)端支座帶著滑動(dòng)端連桿支座及滑動(dòng)端連桿在滑軌內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)端連桿支座推動(dòng)固定端連桿和慣量體運(yùn)動(dòng)，連桿與傳動(dòng)鏈輸出軸所形成的角度隨之張開(kāi)或縮小，使慣量體質(zhì)心距轉(zhuǎn)軸中心也發(fā)生改變，從而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可發(fā)生連續(xù)變化；慣量體的數(shù)量、質(zhì)量以及連桿的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際慣量變化范圍需要進(jìn)行設(shè)計(jì)；另外，可以采用手動(dòng)方式推動(dòng)滑動(dòng)部分，也可以采用自動(dòng)方式推動(dòng)滑動(dòng)部分；伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、伺服電機(jī)傳動(dòng)軸、伺服電機(jī)支座及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；其中，伺服電機(jī)安裝在伺服電機(jī)支座上，伺服電機(jī)傳動(dòng)軸與伺服電機(jī)定子為過(guò)盈配合，傳動(dòng)軸通過(guò)聯(lián)軸器連接主傳動(dòng)線路上的減速器，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為伺服電機(jī)提供電源與驅(qū)動(dòng)信號(hào)；伺服電機(jī)為空心軸式或雙端輸出軸式伺服電機(jī)，可為直流電機(jī)或交流電機(jī)；當(dāng)把伺服電機(jī)替換為空心軸式的磁粉制動(dòng)器，并配備磁粉制動(dòng)器支座及控制器，其中磁粉制動(dòng)器固定于磁粉制動(dòng)器支座上，磁粉制動(dòng)器的內(nèi)徑與傳動(dòng)軸采用過(guò)盈配合，控制器發(fā)出指令信號(hào)控制磁粉制動(dòng)器向傳動(dòng)軸傳遞扭矩，可以實(shí)現(xiàn)磁粉制動(dòng)器加載；伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)安裝于減速器和彈簧加載機(jī)構(gòu)之間；彈簧加載機(jī)構(gòu)包括大減速比減速器、彈簧加載機(jī)構(gòu)伸出軸、搖臂、彈簧，彈簧套筒和預(yù)緊螺栓，彈簧預(yù)緊力通過(guò)預(yù)緊螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)；彈簧加載機(jī)構(gòu)通過(guò)伺服電機(jī)傳動(dòng)軸安裝于伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)后端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種伺服系統(tǒng)負(fù)載模擬裝置和伺服系統(tǒng)性能測(cè)試裝置，屬于檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型裝置綜合了慣性加載、伺服電機(jī)加載和彈簧加載三種方式，可實(shí)現(xiàn)三種加載方式獨(dú)立加載、兩兩組合加載或同時(shí)加載共7種加載方式，能夠模擬多種負(fù)載工況，如慣性負(fù)載、彈性負(fù)載、不平衡負(fù)載、沖擊負(fù)載、時(shí)變負(fù)載以及多種負(fù)載的組合。本實(shí)用新型將采集得到的被測(cè)伺服系統(tǒng)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和角度傳感器信號(hào)，送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)在不同負(fù)載工況下對(duì)伺服系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。
文檔編號(hào)G01R31/34GK201302606SQ20082017853
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者劉治鋼, 汪首坤, 王軍政, 趙江波 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)