一种基于电容位移传感器原理的滑块位姿测量平台

文档序号：25996849发布日期：2021-07-23 21:11阅读：84来源：国知局

本发明涉及机械设计领域，特别是涉及一种基于电容位移传感器原理的滑块位姿测量平台。

背景技术：

随着我国综合国力的持续提升和精密机械结构的不断发展，目前的工程实际应用对机械系统的精度要求越来越高，对工程机械运动过程的稳定性及抗干扰能力要求也越来越高，因此需要对机械结构的动力学特性做进一步的深度研究，有必要将机械运动过程变得更加的细化，以便使其运动平稳性及机械结构的综合性能得到全面的提升。

专利文件cn205154901u公开了一种直线滑轨用可调间隙滑块，其主要技术方案是：一种直线滑轨用可调问隙滑块包括滑块主体，滑块主体上开设t型槽，滑块主体两端均安装挡板，挡板通过固定螺栓与滑块主体连接，滑块主体的t型槽内靠近滑块主体顶面的一侧设置第一斜块，第一斜块一侧设置第二斜块，第二斜块与滑块主体的t型槽侧壁接触，第一斜块和第二斜块均为两端厚度不同的垫块，滑块主体两端的挡板上均设置第一螺孔和第二螺孔，各第一螺孔内安装第一调整螺栓，各第二螺孔内安装第二调整螺栓，滑块主体两端的第一调整螺栓分别与第一斜块两端接触，滑块主体两端的第二调整螺栓分别与第二斜块两端接触。此发明通过对滑块的结构调整，能够降低滑块生产过程中对设备加工精度的需求，同时减少滑块的生产成本，但其由于对滑块结构做出了调整，因此有可能改变滑块的原有接触面，从而破坏滑块的工作环境，且并没有对滑块运动过程的状态进一步细分，不利于问题的进一步研究和探讨。

专利文件cn106989913b公开了一种滑块和导轨间隙可调的移动副实验模拟装置，其主要技术方案是：一种滑块和导轨间隙可调的移动副实验模拟装置，其设有导轨支撑架，导轨支撑架由连接板和支撑板组成，特征在于导轨支撑架的支撑板上设有导轨侧板，导轨侧板的上下两侧设有导轨挡板，导轨挡板由微调部、定位部和卡接部组成，微调部为一微调板，微调板上设有微调长圆孔，微调长圆孔内设有微调螺钉，定位部为一定位板，卡接部为一卡接板，导轨挡板中的定位板和卡接板与导轨侧板之间形成轨道腔，轨道腔内设有滑块，其中一个导轨挡板的定位板上设有调整孔，调整孔内设有间隙调整螺钉，间隙调整螺钉穿过调整孔并与导轨侧板上设有的螺纹孔相连接。此发明通过内六角螺钉方式进行间隙调整，具有方便快速调整移动副导轨和滑块间隙大小的优点，但此发明不能精确获取调整间隙值的大小，且不能区分滑块运动过程的状态，不利于移动副研究的深入。

众所周知，为保证机械零件顺利装配和运动副的正常运动，间隙是不可避免的。间隙使实际机构与理想机构的运动发生偏离，激起系统的高阶振动，会导致机构运动精度的降低，同时间隙内碰撞引起冲击动载荷，影响系统载荷的传递，容易造成运动副破坏与失效，因此对移动副间隙的研究迫在眉睫。

目前，对移动副间隙的理论研究已经有了较多的成果，但是对实验的探究还存在一些不足，主要表现如下：

1、现有的实验装置在调整滑块与滑轨间间隙时存在会破坏滑块原有工作环境以及无法获取单次调整的间隙值大小等问题。

2、现有的实验装置对移动副间隙的动力学研究通常局限于加速度传感器，缺乏对滑块运动状态的直接监测。

3、现有的实验装置缺乏对滑块与滑轨之间的接触和自由两种状态的区分，同时未对状态切换过程中的碰撞和冲击现象进行探究。

4、现有的实验装置对移动副间隙研究的适应性不够，缺乏更加灵活的组装拆卸结构。

技术实现要素：

为了克服上述实验装置中存在的不足，本发明提出一种基于电容位移传感器原理的移动副间隙测量平台方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于电容位移传感器原理的滑块位姿测量平台，包括驱动电机1、刚性联轴器2、扭矩传感器3、弹性联轴器4、轴承座5、曲柄盘6、输出轴7、连杆8、调节手柄9、导轨支撑柱10、紧固件11、滑块12、第一导轨13、第二导轨14、机架15、连杆安装块16、尼龙滑块17、金属滑块18、金属极板19、极板固定件20。

所述测量平台内部设有机架15，所述机架15上设有驱动电机1、扭矩传感器3、轴承座5；所述驱动电机1的输出轴向前延伸，通过刚性联轴器2与扭矩传感器3连接，所述扭矩传感器3的输出轴向前延伸，通过弹性联轴器4与输出轴7的一端连接，所述输出轴7的另一端穿过轴承座5与曲柄盘6的中心安装孔连接，所述曲柄盘6上设有对称的连杆安装通孔及配重安装孔，连杆安装通孔与连杆8的一端连接，连杆8的另一端通过紧固件11与滑块12上的安装孔连接，所述滑块12与第一导轨13、第二导轨14形成一个完整的移动副。

所述第一导轨13和第二导轨14的底端设有移动块，移动块可在导轨支撑柱10的轨道中滑动，移动块中心设有螺纹通孔，所述调节手柄9的轴上设有对应的螺纹，调节手柄9安装在移动块的中心螺纹通孔中。为达到调整滑块12与滑轨间间隙的目的，所述第一导轨13与导轨支撑柱10保持相对固定，可旋动调节手柄9通过调节手柄9与移动块的螺纹配合使第二导轨14的移动块在导轨支撑柱10的轨道中移动，从而改变第一导轨13与第二导轨14之间的间距，达到调整移动副间隙的目的。

所述滑块12包含连杆安装块16、顶部尼龙滑块17、底部金属滑块18、金属极板19、极板固定件20，所述底部金属滑块的中央设有连杆安装块16、连杆安装块16穿过顶部尼龙滑块17与底部金属滑块18连接，所述尼龙滑块17的左右两侧均布有五个金属极板19的安装孔，金属极板19通过极板固定件20安装在顶部尼龙滑块17的左右两侧安装孔中。

所述第一导轨13和第二导轨14与金属极板19之间设有对应面积的金属长极板。

本发明的操作方法如下：

步骤1：将十个金属极板19依次通过极板固定件20安装到滑块11上；

步骤2：旋动两侧的调节手柄9，将导轨与滑块间的间隙进行调零操作；

步骤3：启动电机，驱动电机1通过刚性联轴器2、扭矩传感器3、柔性联轴器4、曲柄盘6、输出轴7、连杆8、连杆安装块16驱动滑块12在第一导轨13与第二导轨14间的凹槽中做往复运动；

步骤4：记录扭矩传感器3测得的数据并且记录金属极板19与导轨上的金属长极板间的电容值；

步骤5：将所得数据传至计算机进行处理，分时段对滑块与运动状态进行分析，区分滑块运动过程的碰撞及自由滑动状态；

步骤6：关闭驱动电机1，旋动调节手柄9，将导轨与滑块11间的间隙调整到合适的位置；

步骤7：重复步骤3，记录不同间隙值下的实验数据；

步骤8：对比不同间隙值的实验结果，验证理论结果。

优选的，所述刚性联轴器2为十字滑块联轴器。

优选的，所述弹性联轴器4为弹性滑块联轴器。

优选的，所述第一导轨13为移动副的左侧导轨，通过其底部移动块与导轨支撑柱10连接。

优选的：所述第二导轨14为移动副的右侧导轨，通过其底部移动块与导轨支撑柱10连接。

优选的，所述紧固件11为不同直径的轴套和销轴。

本发明的优点体现在：

1.针对背景技术中的滑轨间隙调整方式，改进点在于参考了螺旋测微仪工作原理，通过调节手柄上的螺纹驱动导轨运动，避免破坏滑块与导轨的接触面，使滑块的内侧面与导轨的外表面保持合适的正对面积，同时可通过相关的计算得到手柄每移动一定角度的导轨移动量，从而确定滑块与导轨间的间隙调整值，便于间隙调整。

2.针对背景技术中的滑块运动检测方式，改进点在于直接在滑块上安装测量装置，测量装置与滑轨之间采用无接触式测量，即实现对滑块运动的直接检测又不会对滑块的运动形成干扰，能直观的反映滑块的真实运动状态，探究滑块与滑轨间间隙对整个系统的影响。

3.针对背景技术中滑块的接触状态和自由状态以及碰撞现象的区分，改进点在于通过测量装置所产生的数据可以实时的记录滑块任意时刻的位置和状态，结合对各时段滑块移动轨迹的分析，则可得到滑块的接触状态、自由运动状态以及滑块的碰撞现象。

4.针对背景技术中移动副间隙研究适应性，改进点在于采用无接触式测量，这意味着可以任意改变移动副的安装形式，只需通过改变滑块上对应的传感器安装位置，即可实现测量，且若在滑块侧面增加传感器测量，便可获得滑块的空间运动状态，极大地提高了移动副间隙研究的适应性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的正面轴测图。

图2为本发明的正面轴测图的部分剖切图。

图3为本发明的滑块导轨装配图以及手柄刻度局部放大图。

图4为本发明的曲柄盘主视图。

图5为本发明的滑块装配轴测图。

图6为本发明的金属极板装配轴测图。

图7为本发明的导轨支撑柱轴测图。

图中：驱动电机1、刚性联轴器2、扭矩传感器3、弹性联轴器4、轴承座5、曲柄盘6、输出轴7、连杆8、调节手柄9、导轨支撑柱10、紧固件11、滑块12、第一导轨13、第二导轨14、机架15、连杆安装块16、尼龙滑块17、金属滑块18、金属极板19、极板固定件20。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示：本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于电容位移传感器原理的滑块位姿测量平台，包括驱动电机1、刚性联轴器2、扭矩传感器3、弹性联轴器4、轴承座5、曲柄盘6、输出轴7、连杆8、调节手柄9、导轨支撑柱10、紧固件11、滑块12、第一导轨13、第二导轨14、机架15、连杆安装块16、尼龙滑块17、金属滑块18、金属极板19、极板固定件20。