双齿条锁紧机构及大型重载荷运动平台系统的制作方法

本发明涉及一种双齿条锁紧机构及大型重载荷运动平台系统。

背景技术：

大型机械装备是目前机械装备的发展趋势，在一些特定领域大型机械装备发挥着不可替代的作用。大型机械装备负载大、结构复杂、生产周期长，在设计和使用过程中会出现难以预见的问题，这对大型机械装备的设计提出了更高的要求。锁紧机构是一种在大型机械装备中较为常见的机构，其在大型机械装备中往往要求能够承担比较大的载荷和冲击力，并能实现精确定位和锁紧。目前常见的锁紧机构的锁紧方法以及优缺点如下：

利用锁紧模块的摩擦力：结构简单，易于进行分析，然而对于十分大的负载，在施压纵向载荷时，其载荷将完全由摩擦力提供，这将对接触面上的正压力提出较高的要求，导致锁紧模块体积过大，过于笨重，增加成本。

销轴：受力明确，易于分析，分为矩形销轴与圆形销轴，其中矩形销轴易于消除间隙，圆形销轴不易于消除间隙，销轴主要承受剪力作用，在载荷较大的情况下，销轴尺寸较大，同时销孔之间需要足够的距离来承力，故此方式为有级调整，且级间差距较大。

丝杠：有效承担较大径向以及轴向的静态载荷、动态载荷，组合使用也可承受较大弯矩，但对于大型机械装备，会显著增加丝杠的直径，使制造困难甚至无法制造，成本上升。

目前市场上常见的锁紧机构只能运用于小型低负载的平台系统，而不能应用于大型重载荷的运动平台系统。对于大型重载荷运动平台，则对锁紧机构提出了更高的要求，要求锁紧性能必须可靠安全，目前常见的锁紧机构锁紧方法难以满足大型机械装备在大载荷工况下的锁紧和定位要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双齿条锁紧机构及大型重载荷运动平台系统，以解决现有的锁紧机构不能可靠安全的进行锁紧的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双齿条锁紧机构及大型重载荷运动平台系统，其包括：保持框、锁紧机构拉杆、抱紧夹、抱紧驱动缸、抱紧斜楔、抱紧夹拉杆、导轨、上斜楔、活动齿、激光测距仪、尼龙滑块装置、下衬板、活动齿驱动缸和上斜楔驱动缸；

所述保持框用于安装其他零部件；所述锁紧机构拉杆安装在保持框上；所述抱紧夹的数量为两对，通过抱紧夹拉杆间隔固定连接在保持框上；抱紧驱动缸固定在抱紧夹的夹头位置，抱紧斜楔与抱紧驱动缸连接；所述导轨与保持框固定连接，上斜楔安装在所述导轨上；上斜楔驱动缸一端与上斜楔固定连接另一端与保持框固定连接；活动齿的数量为两个，安装在保持框的安装孔内；活动齿驱动缸的一端与活动齿连接，另一端与保持框连接；尼龙滑块安装在活动齿的两侧，下衬板安装在活动齿的底部；激光测距仪安装在活动齿的一侧。

本发明如上所述的双齿条锁紧机构，进一步，所述保持框包括设有安装孔的第一侧面，以及与第一侧面相邻的两个第二侧面，抱紧夹固定连接在保持框的第二侧面。

本发明如上所述的双齿条锁紧机构，进一步，所述尼龙滑块的数量为四个，活动齿分别为第一活动齿和第二活动齿，第一活动齿的两侧安装两个，第二活动齿的两侧安装两个；下衬板的数量为两个，每一活动齿的底部安装一个。

本发明如上所述的双齿条锁紧机构，进一步，激光测距仪的数量为四个，第一活动齿的一侧安装两个，第二活动齿的一侧安装两个。

本发明如上所述的双齿条锁紧机构，进一步，还包括液压控制系统，所述液压控制系统用于控制抱紧驱动缸、活动齿驱动缸、上斜楔驱动缸的运行。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种大型重载荷运动平台系统，其包括移动横梁、立柱、固定齿条和双齿条锁紧机构，所述固定齿条竖向固定在所述立柱上；横梁的两端分别安装双齿条锁紧机构，横梁与立柱通过双齿条锁紧机构连接；

双齿条锁紧机构包括：保持框、锁紧机构拉杆、抱紧夹、抱紧驱动缸、抱紧斜楔、抱紧夹拉杆、导轨、上斜楔、活动齿、激光测距仪、尼龙滑块装置、下衬板、活动齿驱动缸和上斜楔驱动缸；所述保持框用于安装其他零部件；所述锁紧机构拉杆安装在保持框上；所述抱紧夹的数量为两对，通过抱紧夹拉杆间隔固定连接在保持框上；抱紧驱动缸固定在抱紧夹的夹头位置，抱紧斜楔与抱紧驱动缸连接；所述导轨与保持框固定连接，上斜楔安装在所述导轨上；上斜楔驱动缸一端与上斜楔固定连接另一端与保持框固定连接；活动齿的数量为两个，安装在保持框的安装孔内；活动齿驱动缸的一端与活动齿连接，另一端与保持框连接；尼龙滑块安装在活动齿的两侧，下衬板安装在活动齿的底部；激光测距仪安装在活动齿的一侧。

本发明如上所述的大型重载荷运动平台系统，进一步，所述保持框包括设有安装孔的第一侧面，以及与第一侧面相邻的两个第二侧面，抱紧夹固定连接在保持框的第二侧面。

本发明如上所述的大型重载荷运动平台系统，进一步，所述尼龙滑块的数量为四个，活动齿分别为第一活动齿和第二活动齿，第一活动齿的两侧安装两个，第二活动齿的两侧安装两个；下衬板的数量为两个，每一活动齿的底部安装一个。

本发明如上所述的大型重载荷运动平台系统，进一步，所述激光测距仪的数量为四个，第一活动齿的一侧安装两个，第二活动齿的一侧安装两个。

本发明如上所述的大型重载荷运动平台系统，进一步，双齿条锁紧机构还包括液压控制系统，所述液压控制系统用于控制抱紧驱动缸、活动齿驱动缸、上斜楔驱动缸的运行。

本发明的有益效果是：

本发明提出的双齿条锁紧机构可以应用于大型重载荷的运动平台系统，运动平台系统利用激光测距仪判断活动齿达到啮合位置，活动齿驱动缸驱动活动齿与固定齿完全啮合良好；所以横梁的定位精度更高；上楔块驱动缸驱动上楔块插入至活动齿与保持框之间的空隙，能够实现可靠的锁紧；试件加载后，可顺利松开锁紧。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1为本发明一种实施例的双齿条锁紧机构示意图；

图2为本发明一种实施例的双齿条锁紧机构的装配示意图；

图3为本发明一种实施例的保持框、活动齿和激光测距仪安装示意图；

图4为图3中A部放大示意图；

图5为本发明一种实施例的保持框示意图；

图6为上斜楔、活动齿、活动齿驱动缸和上斜楔驱动缸安连接示意图；

图7为本发明一种实施例的上斜楔示意图；

图8为本发明一种实施例的活动齿驱动缸示意图；

图9为本发明一种实施例的抱紧驱动缸示意图；

图10为本发明一种实施例的大型重载荷运动平台系统纵截面示意图；

图11为本发明一种实施例的大型重载荷运动平台系统横截面示意图；

图12为本发明一种实施例的立柱和固定齿条纵截面示意图；

图13为本发明一种实施例的立柱和固定齿条横截面示意图；

图14为本发明一种实施例的活动齿齿形示意图；

图15为本发明一种实施例的活动齿受力分析示意图；

图16为本发明一种实施例的斜楔的受力分析示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、保持框，2、抱紧夹，3、活动齿，4、活动齿驱动缸，5、上斜楔，6、上斜楔驱动缸，7、导轨，8、尼龙滑块装置，9、下衬板，10、抱紧夹拉杆，11、锁紧机构拉杆，12、抱紧驱动缸，13、抱紧斜楔，14、螺钉，15、立柱，16、固定齿条，17、激光测距仪。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的双齿条锁紧机构及大型重载荷运动平台系统的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

图1-图4示出本发明一种实施例的双齿条锁紧机构，其包括：保持框1、锁紧机构拉杆11、抱紧夹2、抱紧驱动缸12(如图9所示)、抱紧斜楔13、抱紧夹拉杆10、导轨7、上斜楔5(如图7所示)、活动齿3、激光测距仪17、尼龙滑块装置8、下衬板9、活动齿驱动缸4和上斜楔驱动缸6(如图8所示)；

保持框1用于安装其他零部件；锁紧机构拉杆11安装在保持框1上；抱紧夹2的数量为两对，通过抱紧夹拉杆10间隔固定连接在保持框1上；抱紧驱动缸12固定在抱紧夹2的夹头位置，抱紧斜楔13与抱紧驱动缸12连接；导轨7与保持框1固定连接，上斜楔5安装在导轨7上；上斜楔驱动缸6一端与上斜楔5固定连接，另一端与保持框1固定连接；活动齿3的数量为两个，安装在保持框1的安装孔内；活动齿驱动缸4的一端与活动齿3连接，另一端与保持框1连接；尼龙滑块安装在活动齿3的两侧，下衬板9安装在活动齿3的底部；激光测距仪17安装在活动齿3的一侧。

在一种优选的双齿条锁紧机构实施例中，如图5所示，保持框1包括设有安装孔的第一侧面，以及与第一侧面相邻的两个第二侧面，抱紧夹2固定连接在保持框1的第二侧面。

在一种优选的双齿条锁紧机构实施例中，如图2和图6所示，尼龙滑块的数量为四个，活动齿3分别为第一活动齿和第二活动齿，第一活动齿的两侧安装两个，第二活动齿的两侧安装两个；下衬板9的数量为两个，每一活动齿3的底部安装一个。

在一种优选的双齿条锁紧机构实施例中，激光测距仪17的数量为四个，第一活动齿3的一侧安装两个，第二活动齿3的一侧安装两个。

在一种优选的双齿条锁紧机构实施例中，还包括液压控制系统，液压控制系统用于控制抱紧驱动缸12、活动齿驱动缸4、上斜楔驱动缸6的运行。

图10-13示出本发明一种实施例的大型重载荷运动平台系统，其包括移动横梁、立柱15、固定齿条16和双齿条锁紧机构，固定齿条16通过螺钉14竖向固定在立柱15上；横梁的两端分别安装双齿条锁紧机构，横梁与立柱15通过双齿条锁紧机构连接；

双齿条锁紧机构包括：保持框1、锁紧机构拉杆11、抱紧夹2、抱紧驱动缸12、抱紧斜楔13、抱紧夹拉杆10、导轨7、上斜楔5、活动齿3、激光测距仪17、尼龙滑块装置8、下衬板9、活动齿驱动缸4和上斜楔驱动缸6；

保持框1用于安装其他零部件；保持框1与横梁通过锁紧机构拉杆11连接；抱紧夹2的数量为两对，通过抱紧夹拉杆10间隔固定连接在保持框1上；抱紧驱动缸12固定在抱紧夹2的夹头位置，抱紧斜楔13与抱紧驱动缸12连接；导轨7与保持框1固定连接，上斜楔5安装在导轨7上；上斜楔驱动缸6一端与上斜楔5固定连接另一端与保持框1固定连接；活动齿3的数量为两个，安装在保持框1的安装孔内；活动齿驱动缸4的一端与活动齿3连接，另一端与保持框1连接；尼龙滑块安装在活动齿3的两侧，下衬板9安装在活动齿3的底部；激光测距仪17安装在活动齿3的一侧。

在一种大型重载荷运动平台系统的优选实施例中，保持框1包括设有安装孔的第一侧面，以及与第一侧面相邻的两个第二侧面，抱紧夹2固定连接在保持框1的第二侧面。

在一种大型重载荷运动平台系统的优选实施例中，尼龙滑块的数量为四个，活动齿3分别为第一活动齿和第二活动齿，第一活动齿的两侧安装两个，第二活动齿的两侧安装两个；下衬板9的数量为两个，每一活动齿3的底部安装一个。

在一种大型重载荷运动平台系统的优选实施例中，激光测距仪17的数量为四个，第一活动齿3的一侧安装两个，第二活动齿3的一侧安装两个。

在一种大型重载荷运动平台系统的优选实施例中，双齿条锁紧机构还包括液压控制系统，液压控制系统用于控制抱紧驱动缸12、活动齿驱动缸4、上斜楔驱动缸6的运行。

活动齿同时承载的当量齿数计算

活动齿齿形如图14所示，活动齿受力如图15所示，分析计算其抗弯能力，齿根截面抗弯模量为：

齿根截面弯矩为：

式中：

F为单齿承受的最大载荷；B为齿宽，B＝800mm；b1为齿根厚，b1＝110mm；h为齿高h＝65mm。

弯曲强度:

求解得：F＝2615.6t

由于活动齿的最大载荷为Fz；

Fz＝[10800(Z向缸出力)-330(加载平台自重)-200(试件自重)-360(移动横梁自重)-320(锁紧机构总重)]*1.2(不均匀载荷系数)/4(锁紧机构数量)＝2877≈2900t

因此需要同时承载的当量齿数为：

n＝FZ/F＝2900/2615.6＝1.11

考虑2倍的安全系数，则需要同时承载的当量齿数为2.22个，满足要求。

分析活动齿抗剪能力

已知：

τ为剪切应力，MPa；Q为单齿承载载荷，t；A_j为齿根截面面积，mm²；SS为材料屈服强度，SS＝550MPa。

计算得：Q＝2677t

则需要同时承载的当量齿数为：

n＝FZ/Q＝2900/2677＝1.08

考虑2倍的安全系数，则需要同时承载的当量齿数为2.16个，满足要求。

上斜楔斜面度的计算

锁紧机构中上斜楔的作用：加载时推入，消除活动齿与保持框之间间隙，抵抗活动齿的转动，上斜楔的结构如图9所示。上斜楔斜面角度取决于静摩擦系数。上斜楔的受力图如图16所示，斜面度的计算公式如下：

F₁cosθ+F₂sinθ-F₃＝0

F₁sinθ-F₄-F₂cosθ＝0

F₂＝f·F₁

F₄＝f·F₃

得到

锁紧机构保持框不仅作为锁紧机构与移动横梁连接件，也是锁紧机构的定位基准。由于移动横梁整体加工，想保证锁紧机构定位面的精度较困难。因此在锁紧机构保持框与移动横梁的水平定位面和垂直定位面之间设置调整垫，通过调整垫的修磨和配磨，保证活动齿条的最终精度。

定义锁紧机构保持框外表面与移动横梁连接的垂直面做为加工和测量的基准面。活动齿与保持框之间设置上消隙斜面和下定位平面，当活动齿条完全缩回状态时作为初始定位状态。

尼龙滑块的设计

初选尼龙滑块外形尺寸为400x280x35(mm)，取2倍安全系数，[σ]＝100/2＝50Mpa，则最大承载力为：

F＝[σ]×S＝50×400×280＝560t

最大压缩量为：

Δh＝h×[ε]

[ε]＝[σ]/E

式中：Δh为最大压缩量，mm；[ε]为应变；E为MC尼龙弹性模量，3.6GPa；计算得：Δh＝0.48mm。

则，单边最大预压缩量为0.24mm，才能保证活动齿和尼龙滑块装置之间，一边被完全压缩，一边不开缝，不出现间隙。则最大预压力为：

F＝[σ]*S

计算得：F＝276.5t

上楔块驱动缸拉力

上楔块的作用是插入至活动齿与保持框之间的空隙实现锁紧，在需要移动横梁时，上楔块驱动缸需要有足够的拉力将上楔块拉出，上楔块的最大夹紧力计算如下：

式中：①最大轴压；②加载平台重量；③试件重量；④移动横梁重量；⑤锁紧机构重量；⑥升缸拉力；⑦载荷不均匀系数。

如图11所示，每个抱爪前端装有抱紧斜楔，在工作状态时，抱紧液压缸驱动抱紧斜楔，消除抱紧斜楔和固定齿背部斜面预留的间隙，目的是增加连接刚度，传递试件扭矩。平时抱紧装置斜楔和立柱的固定齿条背部斜面保留一定间隙，待移动横梁上下移动时，起导向作用。

大型重载荷运动平台系统组装步骤如下：上斜楔驱动缸及活动齿驱动缸固接在保持框内部→导轨安装→上斜楔及下衬板安装→活动齿安装→连接上斜楔与驱动缸；活动齿与驱动缸→已安装好的部件通过拉杆固接在移动横梁之上→抱爪通过拉杆固接在锁紧机构之上→抱紧驱动缸固接在上下抱爪之上。

运动平台系统的工作原理如下：步骤1，提升缸驱动移动横梁上升或下降，利用激光测距仪判断活动齿达到啮合位置；步骤2，活动齿驱动缸驱动活动齿与固定齿完全啮合良好；步骤3，上楔块驱动缸驱动上楔块插入至活动齿与保持框之间的空隙实现锁紧。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。