雙摩擦盤加載機構及采用該機構的雙向摩擦加載式無多余力矩電液負載模擬器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種雙向摩擦加載式無多余力矩電液負載模擬器，屬于電液伺服控制 及半實物仿真領域。
【背景技術】
[0002] 在航空航天、武器裝備等國防軍事工業(yè)以及汽車工程、生物工程、建筑工程等民用 工業(yè)生產(chǎn)中，通常需要對產(chǎn)品的關鍵部件或系統(tǒng)在受到外部動力載荷時，測試其性能以保 證所設計產(chǎn)品的可靠性，并通過改進優(yōu)化產(chǎn)品滿足產(chǎn)品對性能的要求。多數(shù)動力負載一方 面是隨時間、空間變化的任意力/力矩，其具有強烈的非控性，如飛行器舵機舵面所受的空 氣鉸鏈動力力矩等；另一方面，在真實環(huán)境中進行產(chǎn)品檢測需要耗費大量的人力物力，有的 甚至不可實現(xiàn)，如地震波動載荷。這些原因導致并促進了地面半實物仿真技術的產(chǎn)生和發(fā) 展。地面半實物仿真技術具有良好的可控性、無破壞性、全天候以及操作簡單方便、實驗具 有可重復性等優(yōu)點，其經(jīng)濟性是經(jīng)典自破壞性實驗所無法比擬的。為了實現(xiàn)在實驗室條件 下半實物的復現(xiàn)被測對象在實際工作過程中所受的動力載荷，模擬被測對象在實際工作中 所受動力載荷環(huán)境，將經(jīng)典的自破壞性實驗轉化為實驗室條件下的預測研究，國內外相關 專家學者及單位分別研制出了各種型號的用于地面半實物仿真的負載模擬器樣機或產(chǎn)品。
[0003] 電液伺服控制系統(tǒng)以其控制精度高、較大的能量體積比、頻率響應快等優(yōu)點，被廣 泛用于航空航天、工業(yè)自動化、機器人、機床等高精尖領域。電液負載模擬器主要用以模擬 導彈、戰(zhàn)機等飛行器在飛行過程中，其舵機舵面所受的空氣動力力矩載荷譜，從而實現(xiàn)在地 面半實物的測試飛行器舵機的性能，進而改進舵機系統(tǒng)，使舵機系統(tǒng)性能達到要求。隨著對 飛tx器性能要求的不斷提尚，要求電液負載t旲擬器具有加載精度尚、頻率響應快等性能特 點。
[0004] 傳統(tǒng)電液負載模擬器在研制中一直存在很多技術難題沒有解決：（1)多余力矩的 存在嚴重影響系統(tǒng)的控制性能的提高。被測舵機系統(tǒng)與負載模擬器系統(tǒng)近似剛性的連接在 一起，當舵機主動運動時，必然對負載模擬器系統(tǒng)產(chǎn)生強擾動，引起多余力矩，其數(shù)值和舵 機的運動狀態(tài)有關。（2)難以實現(xiàn)高精度的動態(tài)加載。由于飛行器飛行過程中舵機舵面所 受空氣動力力矩為任意的函數(shù)。要想精確地復現(xiàn)該函數(shù)，則要求負載模擬器系統(tǒng)為高階無 靜差系統(tǒng)。但多余力矩的存在及其微分特性使加載系統(tǒng)高階無靜差很難實現(xiàn)，尤其是當被 測舵機系統(tǒng)運動頻率較高時。（3)難以保證小力矩加載性能。當小力矩加載時，多余力矩對 系統(tǒng)的影響變得相對顯著，它使加載精度降低，加載靈敏度難以保證，甚至淹沒加載信號， 加之存在伺服閥死區(qū)、壓力波動等因素的影響，將使系統(tǒng)無法實現(xiàn)正常加載。（4)控制策略 復雜。電液負載模擬器的被加載對象是各種飛行器的舵機系統(tǒng)，不同型號的舵機可能會導 致系統(tǒng)控制性能的變化，尤其是引起多余力矩補償控制環(huán)節(jié)參數(shù)的變化，因此要求控制系 統(tǒng)具有一定的魯棒性。這就使系統(tǒng)的控制變得更加復雜和困難，控制策略通用性較差。
[0005] 為了徹底消除負載模擬器的多余力矩，提高動態(tài)加載精度，實現(xiàn)精確地小力矩加 載同時獲得簡單的結構、較低的成本以及簡單的控制策略，亟需提出新的電液負載模擬器， 基于該新的電液負載模擬器實現(xiàn)摩擦加載方法，使得該方法不存在由被測試舵機主運動產(chǎn) 生的嚴重干擾加載性能的多余力矩，且能夠結合電液伺服控制技術，全面提高負載模擬器 加載性能。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有的電液負載模擬器加載過程中被測舵機主運動嚴重影響負載模 擬器加載性能的問題即多余力矩問題，發(fā)明了雙摩擦盤加載機構及采用該機構的雙向摩擦 加載式無多余力矩電液負載模擬器。
[0007] 本發(fā)明所述的電液負載模擬器具有不受被測舵機主運動干擾無多余力矩、能夠實 現(xiàn)正/負雙向力矩加載、加載精度高、加載頻帶寬、加載控制策略通用可靠等優(yōu)點，實現(xiàn)了 動態(tài)動力矩的主動加載。且該種摩擦加載式電液負載模擬器的提出順應了導彈、戰(zhàn)機等飛 行器的機動性能和控制精度性能要求的提高對負載模擬器加載性能要求提高的趨勢，推動 了國防事業(yè)前進并能帶來很好的經(jīng)濟性。
[0008] 雙摩擦盤加載機構，它包括A摩擦盤1、B摩擦盤2、滑鍵9和滑動盤14 ;
[0009] 滑動盤14通過一個滑鍵9與主軸42連接，A摩擦盤1固定在滑動盤14的側面上； A摩擦盤1基于主軸42進行軸向滑動，同時向主軸42傳遞扭矩；A摩擦盤1的轉速與被測 舵機108的擺動轉速一致；B摩擦盤2與A摩擦盤1相對放置，且構成一個摩擦副。
[0010] 采用雙摩擦盤加載機構的雙向摩擦加載式無多余力矩電液負載模擬器，它包括工 控機101、A/D數(shù)據(jù)采集卡102、D/A轉換電路103、伺服放大器104、DSP運動控制卡105、大 伺服閥106、碼盤107、力矩傳感器109、力矩電機110和負載模擬單元；
[0011] 碼盤107和大伺服閥106設置在被測舵機108上；被測舵機108通過力矩傳感器 109與主軸42剛性連接；碼盤107的信號輸出端與A/D數(shù)據(jù)采集卡102的第一輸入端相連， 力矩傳感器109的信號輸出端與A/D數(shù)據(jù)采集卡102的第二輸入端相連，A/D數(shù)據(jù)采集卡 102的輸出端與工控機101的信號反饋端相連；工控機101的指令輸出端與D/A轉換電路 103的輸入端相連，D/A轉換電路103的輸出端與伺服放大器104的輸入端相連，伺服放大 器104的給定角位移指令輸出端與大伺服閥106指令輸入端相連；伺服放大器104的給定 力矩信號輸出端與伺服閥45的指令輸入端相連；
[0012] 負載模擬單元包括兩個雙摩擦盤加載機構111、止推軸承15、力傳感器16、過渡板 17、彈簧24、三個液壓缸27、液壓缸蓋板39、液壓缸支座41和伺服閥45 ;
[0013] 三個周向均布的液壓缸27的兩端對稱分布兩個雙摩擦盤加載機構111 ;三個液壓 缸27由伺服閥45驅動，使其按給定力矩信號連續(xù)切換的向液壓缸27兩端的雙摩擦盤加載 機構111均勻施加推力，當正力矩加載時，三個液壓缸27向遠離被測舵機108 -端的雙摩 擦盤加載機構111施加推力，當負力矩加載時，三個液壓缸27向靠近被測舵機108 -端的 雙摩擦盤加載機構111施加推力，其中所施加的推力由液壓缸27通過彈簧24、過渡板17、 力傳感器16、止推軸承15作用于雙摩擦盤加載機構111。
[0014] 負載模擬單元還包括第一大齒輪3、基座4、第一軸承5、第二軸承6、第一圓螺母7、 第三軸承8、第一止動墊圈10、第一軸承端蓋11、第二軸承端蓋19、第四軸承20、套筒21、兩 個第一鍵22、第一小齒輪23、第一 B傳動軸25、第五軸承28、三個錐齒輪29、第六軸承30、 A傳動軸31、第三軸承端蓋32、軸承套筒33、三個第二鍵36、第二B傳動軸37、第二小齒輪 38、第二大齒輪40、主軸42、出油口 43、閥塊44、進油口 46 ;基座4包括上端基座4-1、中間 基座4-2和下端基座4-3,三者構成一體件；
[0015] -個錐齒輪29通過一個第二鍵36與A傳動軸31連接；第一 B傳動軸25通過另 一個第二鍵36與第二個錐齒輪29連接；第一 B傳動軸25通過一個第一鍵22與第一小齒 輪23連接；第二B傳動軸37通過第三個第二鍵36與第三個錐齒輪29連接；第二B傳動軸 37通過另一個第一鍵22與第二小齒輪38連接；三個錐齒輪29構成錐齒輪系；
[0016] 第一 B傳動軸25、第二B傳動軸37分別通過一個第五軸承28固定在中間基座4-2 上；A傳動軸31通過第六軸承30和軸承套筒33及第三軸承端蓋32固定在中間基座4-2 上；
[0017] 第一 B傳動軸25通過一個第四軸承20和一個套筒21固定在上端基座4-1上；第 二B傳動軸37通過另一個第四軸承20和另一個套筒21固定在下端基座4-3上，且設置有 第二軸承端蓋19 ;
[0018] 力矩電機110拖動A傳動軸31經(jīng)過三個錐齒輪29組成的錐齒輪系及第一 B傳動 軸25、第二B傳動軸37驅動第一小齒輪23、第二小齒輪38分別按相同的轉速，相反的轉動 方向高速轉動；
[0019] 液壓缸支座41與上端基座4-1、下端基座4-3和中間基座4-2固定連接；主軸42 穿過液壓缸支座41，主軸42通過一個第三軸承8及一個第一軸承端蓋11與上端基座4-1 固定，主軸42通過另一個第三軸承8及一個第一軸承端蓋11與下端基座4-3固定；
[0020] 第一大齒輪3通過一個角接觸軸承5、一個圓錐滾子軸承6與主軸42轉動連接，并 且通過一個第一止動墊圈10和一個第一圓螺母7將第一大齒輪3軸向固定在主軸42上；
[0021] 第二大齒輪40通過另一個角接觸軸承5、另一個圓錐滾子軸承6與主軸42連接， 并且通過另一個第一止動墊圈10和另一個第一圓螺母7將第二大齒輪40軸向固定在主軸 42上；
[0022] 第一大齒輪3、第二大齒輪40分別由第一小齒輪23、第二小齒輪38通過嚙合形式