一種輸出動態力矩的偶不平衡裝置制造方法
【專利摘要】一種輸出動態力矩的偶不平衡裝置，包括電機結構、箱體、位于箱體中的聯軸器、一體式偶不平衡轉子結構以及第一軸承、第二軸承；箱體的一側壁上設有電機安裝孔，一體式偶不平衡轉子結構包括一體成型的偶不平衡轉子與主軸，偶不平衡轉子為三層結構，包括位于中間層的圓盤，位于其兩側頂角為45度的第一扇形臺階與第二扇形臺階，第一、第二扇形臺階的頂端位于圓周邊上，兩者一邊重疊、另外一邊垂直；第一、第二軸承位于偶不平衡轉子結構的兩側并與主軸相連；電機軸過電機安裝孔與聯軸器一端相連，聯軸器另一端與經第一軸承與偶不平衡轉子結構相連。該裝置能夠提供大小和方向可控的動態力矩輸出，結構簡單輸出頻率穩定。
【專利說明】一種輸出動態力矩的偶不平衡裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于測量【技術領域】，涉及一種測試測量實驗裝置。
【背景技術】
[0002]動態性能在機械方面是指其機械結構在受到外載荷的作用后所表現出來的動態變形規律以及相應的運動特性參數。測試測量領域中，常需要進行儀器的動態性能測試等實驗。動態性能測試使用中外載荷即動態力矩的加載需要由特殊的裝置輸出大小和方向均可控的動態力矩。目前，部分動態力矩的加載方式采用電子控制的方法，即通過數字動態力矩信號處理電路獲取動態力矩，但此種方法存在系統器件復雜、調控不便以及程序不穩定所引起的其他問題，而許多機械式動態力矩加載裝置又存在結構過大、制造成本高和調控性能較差的問題，容易產生過大沖擊力矩。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種動態力矩輸出裝置，該裝置能夠提供大小和方向可控的動態力矩輸出，且結構簡單、調控方便、輸出頻率穩定。
[0004]為達到上述目的，本實用新型的解決方案是:
[0005]一種輸出動態力矩的偶不平衡裝置，包括電機結構、箱體、安裝于所述箱體中的聯軸器、一體式偶不平衡轉子結構以及第一軸承、第二軸承；
[0006]所述箱體的一側壁上設有電機安裝孔，所述箱體沿橫向和縱向還分別設有兩組定位結構以用于連接待測試驗件；
[0007]所述一體式偶不平衡轉子結構包括一體成型的偶不平衡轉子與主軸，所述偶不平衡轉子為三層結構，包括位于中間層的圓盤，位于所述圓盤左右兩側的第一扇形臺階與第二扇形臺階，所述第一扇形臺階與所述第二扇形臺階的頂端位于圓周邊上，兩者的頂角均為45度,且所述第一扇形臺階與第二扇形臺階的四條扇形邊中，其中兩條扇形邊重疊設置、另外兩條扇形邊垂直設置；
[0008]所述第一軸承與第二軸承設置在所述偶不平衡轉子結構的兩側并分別與所述主軸相連；
[0009]所述聯軸器位于所述電機結構與所述偶不平衡轉子結構之間，所述電機結構的電機軸穿過電機安裝孔與所述聯軸器一端相連，所述聯軸器另一端與經由第一軸承與所述偶不平衡轉子結構相連。
[0010]所述第一軸承與第二軸承均為深溝球軸承，所述第一軸承與第二軸承的左右軸頸上分別加工有越程槽和定位槽。
[0011]所述第一軸承與第二軸承的兩處定位槽上分別安裝有一組軸用彈性擋圈。
[0012]所述聯軸器為抱緊式螺旋聯軸器。
[0013]所述箱體的兩側面上對應所述抱緊式螺旋聯軸器對稱設有四組通孔，以經由所述上下八個通孔緊固所述抱緊式螺旋聯軸器。[0014]所述第二軸承與箱體相接觸處設有孔用彈性擋圈。
[0015]所述定位結構包括設置在所述箱體一側壁四角上位置的四個通孔，對應所述四個通孔設置在對面側壁上的四個帶有沉孔的凸臺以及連接所述通孔與所述凸臺的四組螺栓。
[0016]所述一組定位結構橫向設置在設有電機安裝孔的側壁以及與其對面的側壁上，所述另一組定位結構豎向設置在箱體的上下兩壁面上。
[0017]所述電機結構包括電機以及安裝于所述電機上的光電式測速計，所述電機為正科直流有刷電機，所述光電式測速計測算電機的輸出轉速。
[0018]所述轉子最大外徑為40mm。
[0019]所述轉子的制作材料為45號鋼,密度為7.85g/cm3 ;所述軸承的制作材料為45號鋼。
[0020]由于采用上述方案，本實用新型的有益效果是:
[0021]本實用新型所示的偶不平衡裝置包括偶不平衡轉子結構、第一軸承、第二軸承、聯軸器、箱體和直流電機，偶不平衡轉子與軸系設計成一體式結構，以保證由于該偶不平衡裝置重心的精確定位，其他軸系零件采用裝配的方式。偶不平衡轉子結構兩端的第一軸承與第二軸承采用深溝球軸承，輸入端采用抱緊式螺旋聯軸器和直流電機相連接。由于偶不平衡轉子結構與直流電機的聯合使得整個裝置可通過改變直流電機的輸入電壓獲得固定方向和大小的穩定動態力矩，操作調控便利，結構簡單小巧，制造成本低廉。
[0022]同時，除直流電機外其他部件均裝配在箱體中，故整個裝置體積小，結構簡單，制造成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型一實施例的縱剖面構造圖；
[0024]圖2是圖1所示實施例中偶不平衡轉子結構的立體圖；
[0025]圖3是圖2所示偶不平衡轉子結構的主視圖；
[0026]圖4是圖2所示偶不平衡轉子結構的俯視圖；
[0027]圖5是圖2所示偶不平衡轉子結構的左視圖；
[0028]圖6是圖1所示實施例中偶不平衡轉子結構與深溝球軸承的安裝示意圖；
[0029]圖7是圖1所示實施例中箱體的結構示意圖；
[0030]圖8是圖1所示實施中的剖面圖；
[0031]圖9是圖1所示實施的縱向安裝示意圖；
[0032]圖10是圖1所示實施的橫向安裝示意圖；
[0033]圖中:箱體1、通孔la、電機安裝孔lb、凸臺lc、直流電機2、抱緊式聯軸器3、軸用彈性擋圈4、深溝球軸承5、偶不平衡轉子結構6、軸承安裝面6a、擋圈安裝面6b、主軸6c、孔用彈性擋圈7。
【具體實施方式】
[0034]以下結合附圖所示實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0035]如圖1至圖8所示，一種輸出動態力矩的偶不平衡裝置，包括電機結構、箱體1、安裝于箱體I中的聯軸器、一體式偶不平衡轉子結構以及第一軸承、第二軸承，其中電機結構包括電機以及安裝在電機上用于測算電機輸出轉速的光電式測速計，箱體I的一側壁上設有電機安裝孔lb，箱體I沿橫向(即圖示X方向)和縱向(即圖示Z方向)還分別設有兩組定位結構以用于連接待測試驗件(測試平臺)；一體式偶不平衡轉子結構6包括一體成型的偶不平衡轉子與主軸6c,第一軸承與第二軸承均為深溝球軸承5,且第一軸承與第二軸承的左右軸頸上分別加工有越程槽和定位槽，第一軸承與第二軸承設置在偶不平衡轉子結構6的兩側并與分別與主軸6c相連，同時，第一軸承與第二軸承的兩處定位槽上各種安裝有一組軸用彈性擋圈4，從而可通過軸用彈性擋圈4將第一軸承與第二軸承固定，此外，第二軸承與箱體相接觸處還設有孔用彈性擋圈7 ;聯軸器為抱緊式聯軸器3，抱緊式聯軸器3位于電機結構與偶不平衡轉子結構6之間，抱緊式聯軸器3 —端穿過電機安裝孔Ib與箱體外部的電機相連，另一端與經由第一軸承5與偶不平衡轉子結構6相連。
[0036]本實用新型所示的輸出動態力矩的偶不平衡裝置各組件的具體設計如下:
[0037]偶不平衡轉子結構的設計:如圖2至圖6所示，首先，由于本實用新型所示的偶不平衡裝置對重心的定位要求嚴格，為使得重心的定位盡量精準，因此對主要零件的數量要求盡量少，故將偶不平衡轉子與軸系設計成一體進行加工，即偶不平衡轉子與主軸6c —體成型。
[0038]然后，由于偶不平衡轉子結構轉動時，偶不平衡轉子各偏心質量引起的慣性力的合力為零，即滿足偶不平衡轉子的質心通過旋轉軸，還要求產生的慣性力偶的合力偶不為零。基于上述要求，故圖示實施例中，偶不平衡轉子總共分為三層，包括位于中間層的圓盤，圓盤的寬度為2_。圓盤左右兩邊分別設有第一扇形臺階與第二扇形臺階,第一扇形臺階與第二扇形臺階的頂端均位于圓盤的圓周邊上，且兩者各自的夾角均為45度，分別采用線切割的加工方式加工成形。如圖5所示，第一扇形臺階與第二扇形臺階的兩組扇形邊中，其中一邊重疊，二者的另外一邊垂直設置(即圖中虛線所示的一邊和與其垂直的實線邊)，本實施例中，圓盤的直徑為40mm,重疊的兩邊距離圓盤圓周邊緣的距離為8.5mm，垂直的兩邊分別距離圓周邊緣12_。中間層的圓盤部分用于方便機械加工，而左右兩層的第一扇形臺階與第二扇形臺階的設計是為了保證偶不平衡轉子具備力平衡、偶不平衡的特點，其中，偶不平衡轉子材料采用45號鋼，密度為7.85g/cm3。
[0039]偶不平衡裝置軸系的設計:本實施例中，由于設計的偶不平衡轉子結構6最大外徑為40mm，為了方便整個實驗裝置的安裝，故選擇外徑大于40mm的深溝球軸承5安裝于偶不平衡轉子結構6兩側邊，以便將整個軸系裝配好后能直接裝入箱體I中。深溝球軸承5的型號16004，其外徑為42mm，內徑為20mm，以此確定軸肩的直徑為20mm。在兩組深溝球軸承5的軸頸上加工有越程槽和定位槽。同時，通過在定位槽處安裝有公稱直徑為20mm的軸用彈性擋圈4用以進行深溝球軸承5的固定，在軸徑為4mm處安裝聯軸器。深溝球軸承5的制作材料選擇45號鋼，并進行調質處理(HB200-230)。
[0040]電機選擇:本實施例中，電機選擇正科直流有刷電機2，正科直流有刷電機2通過改變輸入電壓來改變轉速，輸入電壓為24V，轉速為3000rpm，功率為7W。由于該正科直流有刷電機2在運行時不能直接讀出轉速，因此在正科直流有刷電機2外部還設有光電式測速計，用于測出正科直流有刷電機2的輸出轉速。
[0041]聯軸器選擇:聯軸器選擇抱緊式聯軸器3，本實施例中，抱緊式聯軸器3的內徑為4mm，外徑為20mm，長度為25mm。抱緊式聯軸器3無背隙，能夠同步運轉，適用于編碼器和微型電機。抱緊式聯軸器3的材料采用鋁合金，具有一定的剛性，慣量低，允許的偏差大，同時有足夠的靈敏度。其順時針和逆時針的旋轉特性相同，固定方式采用加緊式。
[0042]箱體I的設計:如圖1所示，箱體I的左端面打有一個大的電機安裝孔，正科直流有刷電機2安裝在箱體I的左端面上并通過螺栓固定。如圖7所示，在箱體的上下兩端面處開有共八個通孔Ia用于最后擰緊抱緊式聯軸器3。同時，考慮到箱體I在測試平臺上需有兩種安裝形式以輸出三個方向的力矩，因此箱體I沿橫向(即圖示X方向)和豎向(即圖示Z方向)設有兩組定位結構。本實施例中，定位結構的具體設置如下:如圖7所示，首先在箱體右端面和下端面的四角位置分布加工四個凸臺，并且凸臺上打沉孔進行定位，然后對應凸臺的位置在左端面和上端面的四角位置處加工共計8組通孔，測試平臺對應設有四個螺紋孔，當裝置用于試驗需要固定在測試平臺時，如圖9和圖10所示，四個螺桿分別穿過通孔和凸臺以貫穿整個偶不平衡裝置，然后螺桿又與測試平臺的螺紋孔連接，從而實現偶不平衡裝置與測試平臺的固定。
[0043]本實用新型所示的偶不平衡裝置具體安裝過程如下:1)如圖7所示，首先在箱體I的左端面安裝正科直流有刷電機2，并通過螺栓進行固定；2)如圖6所示，在主軸軸承安裝面(6a)上安裝深溝球軸承5，并在定位槽槽(6b)上安裝公稱直徑20mm的軸用彈性擋圈4以固定深溝球軸承5 ;3)將抱緊式聯軸器2裝入箱體I中，再將裝配好的深溝球軸承5與偶不平衡結構6裝入箱體I中，并用公稱直徑為42_的孔用彈性擋圈7將裝配好的深溝球軸承5與偶不平衡結構6固定在箱體I中；4)最后通過箱體上的通孔(Ia)將抱緊式聯軸器3加緊固定，至此，偶不平衡裝置安裝完畢。
[0044]具體使用本實施例所示的偶不平衡裝置進行力矩輸入時，安裝過程如下:
[0045]首先，按照在圖9所示方向進行安裝，箱體I以縱向安裝方式固定在被測儀器上。正科直流有刷電機2通電后，通過抱緊式聯軸器3帶動主軸6c及偶不平衡轉子一起轉動。偶不平衡轉子結構6輸出合力矩垂直于Z軸，故其用于輸出X和Y軸方向的力矩。
[0046]然后按照圖10所示方向進行安裝在，箱體I以橫向安裝方式，即凸臺(Ic)固定在被測儀器上。正科直流有刷電機2通電后，通過抱緊式聯軸器3帶動主軸6c及偶不平衡轉子一起轉動。偶不平衡轉子結構6輸出合力矩垂直于X軸，故其用于輸出Y和Z軸方向的力矩。
[0047]通過圖9和圖10兩種安裝方式，整個偶不平衡裝置輸出X、Y、Z三個方向力矩。該動態力矩大小呈三角函數曲線變化，其頻率與正科直流有刷電機2轉速相關。當正科直流有刷電機2通電后，輸入合適電壓值，本實用新型就可以實現輸出固定頻率和大小的動態力矩，完成被測儀器的動態力矩加載實驗，表I即為不同轉速下的輸出力偶:
[0048]
【權利要求】
1.一種輸出動態力矩的偶不平衡裝置，其特征在于:包括電機結構、箱體、安裝于所述箱體中的聯軸器、一體式偶不平衡轉子結構以及第一軸承、第二軸承； 所述箱體的一側壁上設有電機安裝孔，所述箱體沿橫向和縱向還分別設有兩組定位結構以用于連接待測試驗件； 所述一體式偶不平衡轉子結構包括一體成型的偶不平衡轉子與主軸，所述偶不平衡轉子為三層結構，包括位于中間層的圓盤，位于所述圓盤左右兩側的第一扇形臺階與第二扇形臺階，所述第一扇形臺階與所述第二扇形臺階的頂端位于圓周邊上，兩者的頂角均為45度，且所述第一扇形臺階與第二扇形臺階的四條扇形邊中，其中兩條扇形邊重疊設置、另外兩條扇形邊垂直設置； 所述第一軸承與第二軸承設置在所述偶不平衡轉子結構的兩側并分別與所述主軸相連； 所述聯軸器位于所述電機結構與所述偶不平衡轉子結構之間，所述電機結構的電機軸穿過所述電機安裝孔與所述聯軸器一端相連，所述聯軸器另一端與經由所述第一軸承與所述偶不平衡轉子結構相連。
2.根據權利要求1所述的輸出動態力矩的偶不平衡裝置，其特征在于:所述第一軸承與第二軸承均為深溝球軸承，所述第一軸承與第二軸承的左右軸頸上分別加工有越程槽和定位槽。
3.根據權利要求2所述的輸出動態力矩的偶不平衡裝置，其特征在于:所述第一軸承與第二軸承的兩處定位槽上分別安裝有一組軸用彈性擋圈。
4.根據權利要求1所述的輸出動態力矩的偶不平衡裝置，其特征在于:所述聯軸器為抱緊式螺旋聯軸器。
5.根據權利要求4所述的輸出動態力矩的偶不平衡裝置，其特征在于:所述箱體的兩側面上對應所述抱緊式螺旋聯軸器對稱設有四組通孔，以經由所述上下八個通孔緊固所述抱緊式螺旋聯軸器。
6.根據權利要求1所述的輸出動態力矩的偶不平衡裝置，其特征在于:所述第二軸承與箱體相接觸處設有孔用彈性擋圈。
7.根據權利要求1所述的輸出動態力矩的偶不平衡裝置，其特征在于:所述定位結構包括設置在所述箱體一側壁四角上位置的四個通孔，對應所述四個通孔設置在對面側壁上的四個帶有沉孔的凸臺以及連接所述通孔與所述凸臺的四組螺栓； 所述一組定位結構橫向設置在設有電機安裝孔的側壁以及與其對面的側壁上，所述另一組定位結構豎向設置在箱體的上下兩壁面上。
8.根據權利要求1所述的輸出動態力矩的偶不平衡裝置，其特征在于:所述電機結構包括電機以及安裝于所述電機上的光電式測速計，所述電機為正科直流有刷電機，所述光電式測速計測算所述電機的輸出轉速。
9.根據權利要求1所述的輸出動態力矩的偶不平衡裝置，其特征在于:所述轉子最大外徑為40mm。
10.根據權利要求1所述的輸出動態力矩的偶不平衡裝置，其特征在于:所述轉子的制作材料為45號鋼，密度為7.85g/cm3 ;所述軸承的制作材料為45號鋼。
【文檔編號】G01M99/00GK203519357SQ201320587788
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】劉曉東, 張鶴, 陳鑫玉, 許杜峰, 唐俊杰 申請人:同濟大學