本发明专利技术公开了一种基于混联机构的负载模拟器，该负载模拟器由串联组件(1)、A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)、C并联支链组件(4)和静平台组件(5)组成；A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)和C并联支链组件(4)的上端连杆安装在静平台组件(5)上，A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)和C并联支链组件(4)的下端弹性板安装在串联组件(1)的套筒上；串联组件(1)的电机座安装在静平台组件(5)上，串联组件(1)的套筒与A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)和C并联支链组件(4)的弹性板连接。该负载模拟器用于仪器设备的性能测试，这种负载模拟器具有多种方向载荷复合加载的能力，模拟器采用串联机构与并联机构混联实现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于仪器设备性能测试的基于混联机构的负载模拟器。
技术介绍
仪器设备在受到复合负载情况下的性能测试是工业领域持久以来的关键技术，其在受到复合负载下的性能将极大地影响被测仪器设备的稳定性、可靠性、快速性等。现有的负载模拟器多数集中在单独弯矩、单独扭矩的加载，鲜见对仪器设备的弯矩、扭矩、轴向力的复合加载。单独弯矩、单独扭矩的加载设备只能对单方向力矩进行加载。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于混联机构的负载模拟器，该模拟器是一种非单一弯矩、扭矩或轴向力加载，而是具有弯矩、扭矩、轴向力复合加载能力的负载模拟器。本专利技术负载模拟器的3-RPS机构是一种零扭转机构，并且3-RPS并联机构具有绕上平台内两垂直轴线转动以及沿着垂直上平台平面轴线移动3个自由度。在微动的情况下，利用并联机构的移动，可以为被加载部件轴施加轴向的拉力或者推力；而利用并联机构的转动，可以为被加载部件轴施加弯矩。轴向力加载与弯矩加载之间可以实现互相解耦，可以单独或者复合施加于被加载部件轴上。而3-RPS机构与串联支链之间通过一转动副相连，串联支链具有六个自由度，3-RPS机构与串联支链之间通过套筒组件(包括串联组件1中的上端盖106、套筒107、下端盖108、A角接触球轴承109和B角接触球轴承110)实现扭矩加载与弯矩/轴向力加载的相互解耦。本专利技术的一种基于混联机构的负载模拟器，该负载模拟器由串联组件(1)、A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)、C并联支链组件(4)和静平台组件(5)组成；A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)和C并联支链组件(4)的上端连杆安装在静平台组件(5)上，A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)和C并联支链组件(4)的下端弹性板安装在串联组件(1)的套筒上；串联组件(1)的电机座安装在静平台组件(5)上，串联组件(1)的套筒与A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)和C并联支链组件(4)的弹性板连接。本专利技术基于混联机构的负载模拟器的优点在于：①本专利技术的负载模拟器是一种包含弹性元件的弯矩、轴向力与扭矩的单一或复合加载的设备，这种设备相比于单一弯矩、扭矩、轴向力加载设备适用范围广，通用性强；而相对于六维力/力矩加载设备，其加载精度高，减少冗余自由度。②三个并联支链组件中分别采用一个拉压力传感器与球轴承相连，分别测试各并联支链的拉压力并运用力合成法则计算出末端的弯矩和轴向力；由于拉压力传感器精度很高，可得到很高弯矩/轴向力加载精度。③串联机构中的虎克铰可达到较高的加工精度，可大幅度减小扭矩控制时的回程误差；同时，虎克铰的一端与弹性杆的一端活动连接，也保证了弯矩/轴向力加载时，通过弹性杆的轴向窜动实现弯矩/轴向力加载与扭矩加载的有效解耦。-->④由于负载模拟器基于较成熟的并联机构理论和自动控制理论，使得该模拟器具有良好的可控性、无破坏性、较高的经济型、全天候性以及操作简单方便的优点。⑤本专利技术负载模拟器采用串联机构与并联机构构成的混联机构，大大的减小了占用的空间，具有结构紧凑，降低制造成本等优点。附图说明图1是本专利技术复合加载试验装置的结构图。图2是本专利技术串联组件的结构图。图2A是本专利技术串联组件的分解图。图3是本专利技术A并联支链组件的结构图。图3A是本专利技术A并联支链组件的分解图。图3B是本专利技术B并联支链组件的分解图。图3C是本专利技术C并联支链组件的分解图。图4是本专利技术静平台的结构图。图4A是本专利技术静平台中的A转动副连接件与A直线驱动件的配合示意图。图中：1.串联组件 101.弹性杆 102.加载轴 102A.销孔段102B.A轴承安装段 102C.B轴承安装段 103.A虎克铰104.B虎克铰 105.伺服电机 105A.连接板 106.上端盖 107.套筒107A.中心通孔 107B.外圆环 107C.三角形连接板 17A.A连接端17B.B连接端 108.下端盖 109.A角接触球轴承110.B角接触球轴承 2.A并联支链组件 201.A直线驱动件 201A.A圆环201B.A通孔 203.A拉压力传感器 204.A球轴承204A.A球窝连接板 205.A弹性板 3.B并联支链组件301.B直线驱动件 301A.B圆环 303.B拉压力传感器304.B球轴承 304A.B球窝连接板 305.B弹性板4.C并联支链组件 401.C直线驱动件 401A.C圆环403.C拉压力传感器 404.C球轴承 404A.C球窝连接板 405.C弹性板5.静平台组件 501.静平台 501A.下板面 502.A转动副连接件502A.A销轴 502B.A支撑板 502C.B支撑板 503.B转动副连接件503A.B销轴 504.C转动副连接件 504A.C销轴具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的基于混联机构的负载模拟器基本构思是：3-RPS(3-Revolute-Prismatic-Spherical，译文为3-转动副-移动副-球副)机构是一种零扭转机构，并且3-RPS并联机构具有绕上平台内两垂直轴线转动以及沿着垂直上平台平面轴线移动三个自由度。在微动的情况下，利用并联机构的移动，可以为被加载部件轴施加轴向的拉力或者推力；而利用并联机构的转动，可以为被加载部件轴施加弯矩。轴向力加载与弯矩加载之间可以实现互相解耦，可以单独或者复合施加于被加载部件轴上。而3-RPS机构与串联支链之间通过一转动副相连，串联支链具有六个自由度，3-RPS机构与串联支链之间通过套筒组件(包括串联组件1中的上端盖106、套筒107、下端盖108、A角接触球轴承109和B角接触球轴承110)实现扭矩加载与弯矩/轴向力加载的相互解耦。参见图1所示，本专利技术的一种基于混联机构的复合加载试验装置，该装置包括有-->串联组件1、A并联支链组件2、B并联支链组件3、C并联支链组件4和静平台组件5；其中，A并联支链组件2、B并联支链组件3与C并联支链组件4的结构相同。(一)串联组件1参见图1、图2、图2A所示，串联组件1包括有弹性杆101、加载轴102、A虎克铰103、B虎克铰104、伺服电机105、上端盖106、套筒107、下端盖108、A角接触球轴承109和B角接触球轴承110；加载轴102为一阶梯轴结构，加载轴102从一端至另一端为销孔段102A、A轴承安装段102B、B轴承安装段102C；套筒107的中部为圆形通孔107A，套筒107外部的上方为外圆环107B，套筒107外部的下方为三角形连接板107C，三角形连接板107C上的三个连接端分别记为A连接端、B连接端和C连接端。伺服电机105的机壳通过连接板105A安装在静平台5的下板面501A上，伺服电机105的输出轴通过销钉与销孔的配合连接在A虎克铰103的一端上，A虎克铰103的另一端与弹性杆101的一端活动连接，弹性杆101的另一端通过销钉与销孔的配合连接在B虎克铰104的一端上，B虎克铰104的另一端通过销钉与销孔的配合与加载轴102的销孔段102A连接；A虎克铰103的另一端与弹性杆101的一端的活动连接，构成了一个移动自由度。加载轴102的A轴承安装段102B上本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于混联机构的负载模拟器，其特征在于：该负载模拟器由串联组件（１）、Ａ并联支链组件（２）、Ｂ并联支链组件（３）、Ｃ并联支链组件（４）和静平台组件（５）组成，其中，Ａ并联支链组件（２）、Ｂ并联支链组件（３）和Ｃ并联支链组件（４）的结构相同；Ａ并联支链组件（２）、Ｂ并联支链组件（３）和Ｃ并联支链组件（４）的上端连杆安装在静平台组件（５）上，Ａ并联支链组件（２）、Ｂ并联支链组件（３）和Ｃ并联支链组件（４）的下端弹性板安装在串联组件（１）的套筒上；串联组件（１）的电机座安装在静平台组件（５）上，串联组件（１）的套筒与Ａ并联支链组件（２）、Ｂ并联支链组件（３）和Ｃ并联支链组件（４）的弹性板连接；串联组件（１）包括有弹性杆（１０１）、加载轴（１０２）、Ａ虎克铰（１０３）、Ｂ虎克铰（１０４）、伺服电机（１０５）、上端盖（１０６）、套筒（１０７）、下端盖（１０８）、Ａ角接触球轴承（１０９）和Ｂ角接触球轴承（１１０）；加载轴（１０２）为一阶梯轴结构，加载轴（１０２）从一端至另一端为销孔段（１０２Ａ）、Ａ轴承安装段（１０２Ｂ）、Ｂ轴承安装段（１０２Ｃ）；套筒（１０７）的中部为圆形通孔（１０７Ａ），套筒（１０７）外部的上方为外圆环（１０７Ｂ），套筒（１０７）外部的下方为三角形连接板（１０７Ｃ），三角形连接板（１０７Ｃ）上的三个连接端分别记为Ａ连接端（１７Ａ）、Ｂ连接端（１７Ｂ）和Ｃ连接端；伺服电机（１０５）的机壳通过连接板（１０５Ａ）安装在静平台（５）的下板面（５０１Ａ）上，伺服电机（１０５）的输出轴通过销钉与销孔的配合连接在Ａ虎克铰（１０３）的一端上，Ａ虎克铰（１０３）的另一端与弹性杆（１０１）的一端活动连接，弹性杆（１０１）的另一端通过销钉与销孔的配合连接在Ｂ虎克铰（１０４）的一端上，Ｂ虎克铰（１０４）的另一端通过销钉与销孔的配合与加载轴（１０２）的销孔段（１０２Ａ）连接；Ａ虎克铰（１０３）的另一端与弹性杆（１０１）的一端的活动连接，构成了一个移动自由度；加载轴（１０２）的Ａ轴承安装段（１０２Ｂ）上套接有Ａ角接触球轴承（１０９），加载轴（１０２）的Ｂ轴承安装段（１０２Ｃ）上套接有Ｂ角接触球轴承（１１０），套接有两个轴承的加载轴（１０２）外部安装有套筒（１０７），套筒（１０７）的上端由上端盖（１０６）密封，套筒（１０７）的下端由下端盖（１０８）密封；套筒（１０７）的三角形连接板（１０７Ｃ）的Ａ连接端（１７Ａ）与Ａ并联支链组件（２）的Ａ弹性板（２０５）的另一端连接；套筒（１０７）的三角形连接板（１０７Ｃ）的Ｂ连接端（１７Ｂ）与Ｂ并联支链组件（３）的Ｂ弹性板（３０５）的另一端连接；套筒（１０７）的三角形连接板（１０７Ｃ）的Ｃ连接端与Ｃ并联支链组件（４）的Ｃ弹性板（４０５）的另一端连接；Ａ并联支链组件（２）包括有Ａ直线驱动件（２０１）、Ａ拉压力传感器（２０３）、Ａ球轴承（２０４）和Ａ弹性板（２０５）；Ａ直线驱动件（２０１）的一端为Ａ圆环（２０１Ａ），该Ａ圆环（２０１Ａ）的中心是Ａ通孔（２０１Ｂ）；Ａ直线驱动件（２０１）的另一端的端部为螺纹段，该螺纹段连接在Ａ拉压力传感器（２０３）一端的螺纹孔内，Ａ拉压力传感器（２０３）另一端的螺纹孔内安装有Ａ球轴承（２０４）的螺纹段；Ａ球轴承（２０４）的Ａ球窝连接板（２０４Ａ）连接在Ａ弹性板（２０５）的一端，Ａ弹性板（２０５）的另一端连接在串联组件（１）的套筒（１０７）下方的三角形连接板１０７Ｃ的Ａ连接端（１７Ａ）上；Ｂ并联支链组件（３）包括有Ｂ直线驱动件（３０１）、Ｂ拉压力传感器（３０３）、Ｂ球轴承（３０４）和Ｂ弹性板（３０５）；Ｂ直线驱动件（３０１）的一端为Ｂ圆环（３０１Ａ），该Ｂ圆环的中心是Ｂ通孔；Ｂ直线驱动件（３０１）的另一端的端部为螺纹段，该螺纹段连接在Ｂ拉压力传感器（３０３）一端的螺纹孔内，Ｂ拉压力传感器（３０３）另一端的螺纹孔内安装有Ｂ球轴承（３０４）的螺纹段；Ｂ球轴承（３０４）的Ｂ球窝连接板（３０４Ａ）连接在Ｂ弹性板（３０５）的一端，Ｂ弹性板（３０５）的另一端连接在串联组件（１）的套筒（１０７）下方的三角形连接板（１０７Ｃ）的Ｂ连接端（１７Ｂ）上；Ｃ并联支链组件（４）包括有Ｃ直线驱动件（４０１）、Ｃ拉压力传感器（４０３）、Ｃ球轴承（４０４）和Ｃ弹性板（４０５）；Ｃ直线驱动件（４０１）的一端为Ｃ圆环（４０１Ａ），该Ｃ圆环（４０１Ａ）的中心是Ｃ通孔；Ｃ直线驱动件（４０１）的另一端的端部为螺纹段，该螺纹段连接在Ｃ拉压力传感器（４０３）一端的螺纹孔内，Ｃ拉压力传感器（４０３）另一端的螺纹孔内安装有Ｃ球轴承（４０４）的螺纹段；Ｃ球轴承（４０４）的Ｃ球窝连接板（４０４Ａ）连接在Ｃ弹性板（４０５）的一端，Ｃ弹性板（４０５）的另一端连接在串联组件（１）的套筒（１０７）下方的三角形连接板（１０７Ｃ）的Ｃ连接端上；...
【技术特征摘要】
1.一种基于混联机构的负载模拟器，其特征在于：该负载模拟器由串联组件(1)、A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)、C并联支链组件(4)和静平台组件(5)组成，其中，A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)和C并联支链组件(4)的结构相同；A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)和C并联支链组件(4)的上端连杆安装在静平台组件(5)上，A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)和C并联支链组件(4)的下端弹性板安装在串联组件(1)的套筒上；串联组件(1)的电机座安装在静平台组件(5)上，串联组件(1)的套筒与A并联支链组件(2)、B并联支链组件(3)和C并联支链组件(4)的弹性板连接；串联组件(1)包括有弹性杆(101)、加载轴(102)、A虎克铰(103)、B虎克铰(104)、伺服电机(105)、上端盖(106)、套筒(107)、下端盖(108)、A角接触球轴承(109)和B角接触球轴承(110)；加载轴(102)为一阶梯轴结构，加载轴(102)从一端至另一端为销孔段(102A)、A轴承安装段(102B)、B轴承安装段(102C)；套筒(107)的中部为圆形通孔(107A)，套筒(107)外部的上方为外圆环(107B)，套筒(107)外部的下方为三角形连接板(107C)，三角形连接板(107C)上的三个连接端分别记为A连接端(17A)、B连接端(17B)和C连接端；伺服电机(105)的机壳通过连接板(105A)安装在静平台(5)的下板面(501A)上，伺服电机(105)的输出轴通过销钉与销孔的配合连接在A虎克铰(103)的一端上，A虎克铰(103)的另一端与弹性杆(101)的一端活动连接，弹性杆(101)的另一端通过销钉与销孔的配合连接在B虎克铰(104)的一端上，B虎克铰(104)的另一端通过销钉与销孔的配合与加载轴(102)的销孔段(102A)连接；A虎克铰(103)的另一端与弹性杆(101)的一端的活动连接，构成了一个移动自由度；加载轴(102)的A轴承安装段(102B)上套接有A角接触球轴承(109)，加载轴(102)的B轴承安装段(102C)上套接有B角接触球轴承(110)，套接有两个轴承的加载轴(102)外部安装有套筒(107)，套筒(107)的上端由上端盖(106)密封，套筒(107)的下端由下端盖(108)密封；套筒(107)的三角形连接板(107C)的A连接端(17A)与A并联支链组件(2)的A弹性板(205)的另一端连接；套筒(107)的三角形连接板(107C)的B连接端(17B)与B并联支链组件(3)的B弹性板(305)的另一端连接；套筒(107)的三角形连接板(107C)的C连接端与C并联支链组件(4)的C弹性板(405)的另一端连接；A并联支链组件(2)包括有A直线驱动件(201)、A拉压力传感器(203)、A球轴承(204)和A弹性板(205)；A直线驱动件(201)的一端为A圆环(201A)，该A圆环(201A)的中心是A通孔(201B)；A直线驱动件(201)的另一端的端部为螺纹段，该螺纹段连接在A拉压力传感器(203)一端的螺纹孔内，A拉压力传感器(203)另一端的螺纹孔内安装有A球轴承(204)的螺纹段；A球轴承(204)的A球窝连接板(204A)连接在A弹性板(205)的一端，A弹性板(205)的另一端连接在串联组件(1)的套筒(107)下方的三角形连接板107C的A连接端(17A)上；B并联支链组件(3)包括有B直线驱动件(301)、B拉压力传感器(303)、B球轴承(304)和B弹性板(305)；B直线驱动件(301)的一端为B圆环(301A)，该B圆环的中心是B通孔；B直线驱动件(301)的另一端的端部为螺纹段，该螺纹段连接在B拉压力传感器(303)一端的螺纹孔内，B拉压力传感器(303)另一端的螺纹孔内安装有B球轴承(304)的螺纹段；B球轴承(304)的B球窝连接板(304A)连接在B弹性板(305)的一端，B弹性板(305)的另一端连接在串联组件(1)的套筒(107)下方的三角形连接板(107C)的B连接端(17B)上；C并联支链组件(4)包括有C直线驱动件(401)、C拉压力传感器(403)、C球轴承(404)和C弹性板(405)；C直线驱动件(401)的一端为C圆环(401A)，该C圆环(401A)的中心是C通孔；C直线驱动件(401)的另一端的端部为螺纹段，该螺纹段连接在C...
【专利技术属性】
技术研发人员：宗光华，张新华，毕树生，裴旭，于靖军，李伟，王连丛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
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