双摩擦盘加载机构及采用该机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器，属于电液伺服控制 及半实物仿真领域。
【背景技术】
[0002] 在航空航天、武器装备等国防军事工业以及汽车工程、生物工程、建筑工程等民用 工业生产中，通常需要对产品的关键部件或系统在受到外部动力载荷时，测试其性能以保 证所设计产品的可靠性，并通过改进优化产品满足产品对性能的要求。多数动力负载一方 面是随时间、空间变化的任意力/力矩，其具有强烈的非控性，如飞行器舵机舵面所受的空 气铰链动力力矩等；另一方面，在真实环境中进行产品检测需要耗费大量的人力物力，有的 甚至不可实现，如地震波动载荷。这些原因导致并促进了地面半实物仿真技术的产生和发 展。地面半实物仿真技术具有良好的可控性、无破坏性、全天候以及操作简单方便、实验具 有可重复性等优点，其经济性是经典自破坏性实验所无法比拟的。为了实现在实验室条件 下半实物的复现被测对象在实际工作过程中所受的动力载荷，模拟被测对象在实际工作中 所受动力载荷环境，将经典的自破坏性实验转化为实验室条件下的预测研究，国内外相关 专家学者及单位分别研制出了各种型号的用于地面半实物仿真的负载模拟器样机或产品。
[0003] 电液伺服控制系统以其控制精度高、较大的能量体积比、频率响应快等优点，被广 泛用于航空航天、工业自动化、机器人、机床等高精尖领域。电液负载模拟器主要用以模拟 导弹、战机等飞行器在飞行过程中，其舵机舵面所受的空气动力力矩载荷谱，从而实现在地 面半实物的测试飞行器舵机的性能，进而改进舵机系统，使舵机系统性能达到要求。随着对 飞tx器性能要求的不断提尚，要求电液负载t旲拟器具有加载精度尚、频率响应快等性能特 点。
[0004] 传统电液负载模拟器在研制中一直存在很多技术难题没有解决：（1)多余力矩的 存在严重影响系统的控制性能的提高。被测舵机系统与负载模拟器系统近似刚性的连接在 一起，当舵机主动运动时，必然对负载模拟器系统产生强扰动，引起多余力矩，其数值和舵 机的运动状态有关。（2)难以实现高精度的动态加载。由于飞行器飞行过程中舵机舵面所 受空气动力力矩为任意的函数。要想精确地复现该函数，则要求负载模拟器系统为高阶无 静差系统。但多余力矩的存在及其微分特性使加载系统高阶无静差很难实现，尤其是当被 测舵机系统运动频率较高时。（3)难以保证小力矩加载性能。当小力矩加载时，多余力矩对 系统的影响变得相对显著，它使加载精度降低，加载灵敏度难以保证，甚至淹没加载信号， 加之存在伺服阀死区、压力波动等因素的影响，将使系统无法实现正常加载。（4)控制策略 复杂。电液负载模拟器的被加载对象是各种飞行器的舵机系统，不同型号的舵机可能会导 致系统控制性能的变化，尤其是引起多余力矩补偿控制环节参数的变化，因此要求控制系 统具有一定的鲁棒性。这就使系统的控制变得更加复杂和困难，控制策略通用性较差。
[0005] 为了彻底消除负载模拟器的多余力矩，提高动态加载精度，实现精确地小力矩加 载同时获得简单的结构、较低的成本以及简单的控制策略，亟需提出新的电液负载模拟器， 基于该新的电液负载模拟器实现摩擦加载方法，使得该方法不存在由被测试舵机主运动产 生的严重干扰加载性能的多余力矩，且能够结合电液伺服控制技术，全面提高负载模拟器 加载性能。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有的电液负载模拟器加载过程中被测舵机主运动严重影响负载模 拟器加载性能的问题即多余力矩问题，发明了双摩擦盘加载机构及采用该机构的双向摩擦 加载式无多余力矩电液负载模拟器。
[0007] 本发明所述的电液负载模拟器具有不受被测舵机主运动干扰无多余力矩、能够实 现正/负双向力矩加载、加载精度高、加载频带宽、加载控制策略通用可靠等优点，实现了 动态动力矩的主动加载。且该种摩擦加载式电液负载模拟器的提出顺应了导弹、战机等飞 行器的机动性能和控制精度性能要求的提高对负载模拟器加载性能要求提高的趋势，推动 了国防事业前进并能带来很好的经济性。
[0008] 双摩擦盘加载机构，它包括A摩擦盘1、B摩擦盘2、滑键9和滑动盘14 ;
[0009] 滑动盘14通过一个滑键9与主轴42连接，A摩擦盘1固定在滑动盘14的侧面上； A摩擦盘1基于主轴42进行轴向滑动，同时向主轴42传递扭矩；A摩擦盘1的转速与被测 舵机108的摆动转速一致；B摩擦盘2与A摩擦盘1相对放置，且构成一个摩擦副。
[0010] 采用双摩擦盘加载机构的双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器，它包括工 控机101、A/D数据采集卡102、D/A转换电路103、伺服放大器104、DSP运动控制卡105、大 伺服阀106、码盘107、力矩传感器109、力矩电机110和负载模拟单元；
[0011] 码盘107和大伺服阀106设置在被测舵机108上；被测舵机108通过力矩传感器 109与主轴42刚性连接；码盘107的信号输出端与A/D数据采集卡102的第一输入端相连， 力矩传感器109的信号输出端与A/D数据采集卡102的第二输入端相连，A/D数据采集卡 102的输出端与工控机101的信号反馈端相连；工控机101的指令输出端与D/A转换电路 103的输入端相连，D/A转换电路103的输出端与伺服放大器104的输入端相连，伺服放大 器104的给定角位移指令输出端与大伺服阀106指令输入端相连；伺服放大器104的给定 力矩信号输出端与伺服阀45的指令输入端相连；
[0012] 负载模拟单元包括两个双摩擦盘加载机构111、止推轴承15、力传感器16、过渡板 17、弹簧24、三个液压缸27、液压缸盖板39、液压缸支座41和伺服阀45 ;
[0013] 三个周向均布的液压缸27的两端对称分布两个双摩擦盘加载机构111 ;三个液压 缸27由伺服阀45驱动，使其按给定力矩信号连续切换的向液压缸27两端的双摩擦盘加载 机构111均匀施加推力，当正力矩加载时，三个液压缸27向远离被测舵机108 -端的双摩 擦盘加载机构111施加推力，当负力矩加载时，三个液压缸27向靠近被测舵机108 -端的 双摩擦盘加载机构111施加推力，其中所施加的推力由液压缸27通过弹簧24、过渡板17、 力传感器16、止推轴承15作用于双摩擦盘加载机构111。
[0014] 负载模拟单元还包括第一大齿轮3、基座4、第一轴承5、第二轴承6、第一圆螺母7、 第三轴承8、第一止动垫圈10、第一轴承端盖11、第二轴承端盖19、第四轴承20、套筒21、两 个第一键22、第一小齿轮23、第一 B传动轴25、第五轴承28、三个锥齿轮29、第六轴承30、 A传动轴31、第三轴承端盖32、轴承套筒33、三个第二键36、第二B传动轴37、第二小齿轮 38、第二大齿轮40、主轴42、出油口 43、阀块44、进油口 46 ;基座4包括上端基座4-1、中间 基座4-2和下端基座4-3,三者构成一体件；
[0015] -个锥齿轮29通过一个第二键36与A传动轴31连接；第一 B传动轴25通过另 一个第二键36与第二个锥齿轮29连接；第一 B传动轴25通过一个第一键22与第一小齿 轮23连接；第二B传动轴37通过第三个第二键36与第三个锥齿轮29连接；第二B传动轴 37通过另一个第一键22与第二小齿轮38连接；三个锥齿轮29构成锥齿轮系；
[0016] 第一 B传动轴25、第二B传动轴37分别通过一个第五轴承28固定在中间基座4-2 上；A传动轴31通过第六轴承30和轴承套筒33及第三轴承端盖32固定在中间基座4-2 上；
[0017] 第一 B传动轴25通过一个第四轴承20和一个套筒21固定在上端基座4-1上；第 二B传动轴37通过另一个第四轴承20和另一个套筒21固定在下端基座4-3上，且设置有 第二轴承端盖19 ;
[0018] 力矩电机110拖动A传动轴31经过三个锥齿轮29组成的锥齿轮系及第一 B传动 轴25、第二B传动轴37驱动第一小齿轮23、第二小齿轮38分别按相同的转速，相反的转动 方向高速转动；
[0019] 液压缸支座41与上端基座4-1、下端基座4-3和中间基座4-2固定连接；主轴42 穿过液压缸支座41，主轴42通过一个第三轴承8及一个第一轴承端盖11与上端基座4-1 固定，主轴42通过另一个第三轴承8及一个第一轴承端盖11与下端基座4-3固定；
[0020] 第一大齿轮3通过一个角接触轴承5、一个圆锥滚子轴承6与主轴42转动连接，并 且通过一个第一止动垫圈10和一个第一圆螺母7将第一大齿轮3轴向固定在主轴42上；
[0021] 第二大齿轮40通过另一个角接触轴承5、另一个圆锥滚子轴承6与主轴42连接， 并且通过另一个第一止动垫圈10和另一个第一圆螺母7将第二大齿轮40轴向固定在主轴 42上；
[0022] 第一大齿轮3、第二大齿轮40分别由第一小齿轮23、第二小齿轮38通过啮合形式