一种应用于冲压发动机试车台的插入式自适应锁紧装置

摘要

一种应用于冲压发动机试车台的插入式自适应锁紧装置，包括驱动组件、导向组件、锁紧头、插座组件和检测组件。驱动组件包括伺服马达、螺旋升降机、升降机安装座、马达安装座、丝杠螺母和滑移座，其中伺服马达输出扭矩，通过螺旋升降机的丝杠和丝杠螺母为滑移座提供动力。导向组件包括直线导轨副、导轨座、导轨挡块和锁紧螺钉组成，其中导轨座、导轨挡块和锁紧螺钉均用来保证导轨的安装状态，滑移座安装在导轨副的滑块上，带动滑块沿导轨做直线运动，导轨座安装在锁紧装置基础上，保证整个装置的稳定。插座组件安装在发动机安装平台上。锁紧头安装在滑移座上，由滑移座带动锁紧头移动直至插入插座并完全接触。

说明书

技术领域

本发明涉及一种冲压发动机试车台测力系统的保护装置。

背景技术

在冲压发动机试车台系统中，发动机、姿态控制机构和测力系统安装在模 拟高速流场的高空舱内。发动机进行地面试车时，首先启动高速流场，然后再 进行发动机变姿态和气动力测量。高速流场启动时会对发动机产生很大的冲击 力，这个冲击力会通过固定发动机安装平台的姿态控制机构传递给下面的测力 系统。测力系统中的力测量元件都是柔性部件，过大的冲击载荷会造成元件的 损坏，影响气动力的测量结果。为了避免冲击力对力测量元件的损坏，需要研 制一种可靠的锁紧装置，这个装置不但能够可靠锁紧，还必须能够在流场稳定 后快速释放到指定位置，因为稳定的高速流场维持的时间只有几十秒甚至十几 秒的时间，在这段时间里需要完成发动机点火、发动机变姿态以及实时的气动 力测量，解除锁紧状态不能占用过多的时间。除此之外，不同型号的发动机重 量不同，有的差别很大，因此安装不同的发动机测力系统的初始变形也会不同， 这就要求锁紧装置具备自适应特性以实现在不同变形条件下对测力系统的锁 紧。

常用锁紧装置按结构可以分为机械锁紧装置和液压锁紧装置。机械锁紧装 置的结构类型很多，可以适用于不同的工况。但是机械锁紧装置的锁紧程度无 法控制，锁紧力的大小无法得知，只能凭借经验判断，安装过程中存在安全隐 患，在冲击和振动的使用环境中无法保证装置的可靠性。液压锁紧装置实现了 自动化控制，弥补了锁紧力大小无法控制、判断的缺点。但是液压锁紧装置的 响应速度慢，不能做到快速释放，并且需要油缸、油泵和输油管路等配件，日 后的维护比较麻烦。根据试车台的具体环境和要求，机电式锁紧装置是比较合 适的选择，其结构紧凑、响应速度快、自动化程度高。电气系统和机械装置的 结合，增加了锁紧装置的可靠性，是一种比较理想的结构形式。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种适合冲压发动 机试车台测力系统的锁紧装置，该装置能够在有冲击力和振动的环境中对冲压 发动机测力系统进行可靠锁紧，同时在流场稳定后能够快速释放。该装置还要 具有自适应特性以实现在不同变形条件下对测力系统的锁紧。

本发明的技术解决方案是：一种应用于冲压发动机试车台的插入式自适应 锁紧装置，包括驱动组件、导向组件、插座组件、检测组件、锁紧头和锁紧装 置基础；

所述驱动组件包括伺服马达、马达安装座、螺旋升降机、升降机安装座、 丝杠螺母和滑移座；所述的导向组件包括导轨挡块、锁紧螺钉、导轨座、直线 导轨副；直线导轨副包括导轨和滑块，直线导轨副安装在导轨座上；

插座组件安装在发动机安装平台上；锁紧头安装在滑移座上，伺服马达通 过马达安装座和螺旋升降机连接，螺旋升降机通过升降机安装座固定在导轨座 上，丝杠螺母套在螺旋升降机的丝杠上，丝杠螺母与滑移座连接，滑移座安装 在直线导轨副的滑块上；置于导轨侧面的导轨挡块与导轨座连接，锁紧螺钉旋 入导轨挡块上的螺纹孔并顶在导轨上，用于调整导轨的位置；导轨座安装在锁 紧装置基础上；

伺服马达输出的扭矩通过螺旋升降机的丝杠和丝杠螺母为滑移座提供动 力，由滑移座带动锁紧头移动直至插入插座组件，检测组件检测滑移座的位置， 将锁紧到位信号反馈至外部控制系统；当需要解锁时，伺服马达反向运转，通 过螺旋升降机带动滑移座向后运动，检测组件检测滑移座的位置，将解锁到位 信号反馈至外部控制系统。

所述的检测组件包括两个限位开关、两个支架和一个感应片；感应片安装 在滑移座上随其运动，一个限位开关安装在一个支架上，两个支架按前后位置 分别安装在升降及安装座上，两个限位开关之间的距离根据滑移座在锁紧过程 中的行程确定；当滑移座带动锁紧头移动直至插入插座组件锁紧到位时，前面 的限位开关恰好感应到感应片，限位开关发出锁紧到位信号反馈至外部控制系 统；解除锁紧时，后面的限位开关感应到感应片，该限位开关将解锁到位信号 反馈至外部控制系统。

所述的插座组件包括插座、调节螺钉、内衬套和铜套；插座组件通过插座 紧固在发动机安装平台上；铜套镶嵌在内衬套内并将两者固定，防止铜套轴向 蹿动；铜套和内衬套组成的整体安装在插座的内腔，插座的外圆柱面上均布有 n个安装平面，每个平面上有两个螺纹孔，内衬套的外圆柱面上同样均布n个 顶紧平面；安装时插座上的安装平面和内衬套上的顶紧平面两两相对；调节螺 钉从插座上的螺纹孔旋入，顶紧在内衬套上，通过调节调节螺钉的旋入长度调 节内衬套在插座中的位置。

本发明与现有技术相比有益效果为：

1.该锁紧装置能够在冲击和振动的环境中实现可靠锁紧。

2.该装置采用机械装置和电气系统结合的方式，响应速度快、控制方法灵 活。

3.该装置能够在试验过程中完成快速释放。

4.该装置具有自适应特性，可以实现在不同变形条件下对测力系统的锁紧。

附图说明

图1为本发明锁紧装置的结构示意图；

图2为本发明锁紧头示意图；

图3为本发明插座组件结构示意图；

图4为本发明插座示意图；

图5为图4俯视图的全剖视图；

图6为本发明内衬套示意图；

图7为本发明内衬套俯视图的全剖视图；

图8为本发明铜套主视图的全剖视图。

具体实施方式

本发明为一种应用于冲压发动机试车台的插入式自适应锁紧装置，其主要 功能是在试验流场建立过程中保护测力系统免受冲击力的破坏，在试验流场稳 定时，快速解除锁紧状态，保证试验的顺利进行。由于不同型号发动机的重量 不同，发动机安装时引起的测力系统初始变形也不同，所以该锁紧装置还要具 有自适应特性，满足不同型号发动机地面试车试验的需要。

试车台测力系统安装在模拟高速流场的高空舱内，姿态控制机构安装在测 力系统上，其中姿态控制机构的上平台为发动机安装平台1，锁紧装置基础3 也安装在高空舱内相应的位置。下面结合附图对本发明做详细说明：

锁紧装置包括驱动组件、导向组件、锁紧头、插座组件和检测组件。如图 1所示，所述驱动组件包括伺服马达217、马达安装座216、螺旋升降机215、 升降机安装座214、丝杠螺母26和滑移座25；其中伺服马达217输出扭矩， 通过螺旋升降机215的丝杠和丝杠螺母26为滑移座25提供动力。

所述的导向组件包括导轨挡块210、锁紧螺钉211、导轨座212、直线导 轨副213；直线导轨副213包括导轨和滑块，直线导轨副213安装在导轨座212 上；其中导轨座212、导轨挡块210和锁紧螺钉211均用来保证导轨的安装状 态，滑移座25安装在直线导轨副213的滑块上，带动滑块沿导轨做直线运动， 导轨座212安装在锁紧装置基础3上，保证整个装置的稳定。所述的插座组件 包括插座21、调节螺钉22、内衬套23和铜套24；插座组件安装在发动机安 装平台1上；锁紧头219安装在滑移座25上，由滑移座25带动锁紧头移动直 至插入插座21并完全接触。检测组件包括两个限位开关28及其支架27和感 应片29组成，它将锁紧到位和解锁到位信号反馈给上位机(即外部控制系统)， 起到软保护的作用。为了能够限制发动机安装平台1的六个自由度，在发动机 安装平台1的另一端也配置了完全相同的锁紧装置，锁紧装置基础3直接和高 空舱连接，以保证基础的稳定性和可靠性。

导轨座212上安装有直线导轨副213、导轨挡块210和升降机安装座214， 安装导轨时，先将锁紧螺钉211旋入导轨挡块210上的螺纹孔，然后调整直线 导轨副213的水平和相对于另一根导轨的平行度，调整完毕后，旋紧锁紧螺钉 211。直线导轨副213上的滑块安装在导轨上，只能沿轨道的方向运动，本发 明选择的直线导轨副的滑块为四个方向等载荷，以满足锁紧装置需要限制测力 系统六个自由度的需要。滑移座25通过螺钉固定在四个滑块上，这样滑移座 25及其上面安装的零部件都只能沿着导轨的方向做直线运动。滑移座25上开 有工艺孔，用来安装直线导轨副213的滑块，滑块安装完毕后，将工艺孔盖板 218安装在工艺孔上，以保证滑移座25外观的完整。螺旋升降机215安装在 升降机安装座214上，伺服马达217通过马达安装座216和螺旋升降机215 连接。丝杠螺母26套在螺旋升降机215的丝杠上，通过丝杠上的滚道和螺母 内的滚珠相互作用使丝杠螺母26沿丝杠做直线运动。丝杠螺母26用螺钉安装 在滑移座25上，由丝杠螺母26带动滑移座25沿导轨做直线运动。锁紧头219 (如图2所示)安装在滑移座25上，随其运动。限位开关28通过支架27安 装在升降机安装座214上，限位开关28共两个，两个开关之间的距离根据滑 移座25在锁紧过程中的行程确定。感应片29安装在滑移座25上，锁紧时滑 移座25在伺服马达217和螺旋升降机215的驱动下向前移动，感应片29随之 运动，当锁紧力达到要求时，限位开关28恰好能感应到感应片29，然后限位 开关28将锁紧到位信号反馈给控制系统。解除锁紧时，通过控制系统设定锁 紧头219需要运动的距离，然后伺服马达217高速运转，通过螺旋升降机215 带动滑移座25迅速后退到指定位置，此时，后面的限位开关28感应到感应片 29，然后限位开关28将解锁到位信号反馈给控制系统。后面的限位开关28可 以避免滑移座25到达位置后伺服马达217仍然继续运转，滑移座25和升降机 安装座214发生碰撞，起到保护的作用。

插座组件独立于其他组件，安装在发动机安装平台1上，如图3所示，插 座21是整个插座组件的基础通过两个销钉220和两个螺钉安装在发动机安装 平台上1，其中销钉220除了定位功能外还能够承受剪切力。铜套24镶嵌在内 衬套23内，使用圆柱销将两者固定，防止铜套24轴向蹿动。铜套24(如图8 所示)和内衬套23组成的整体安放在插座21的内腔，用螺钉安装在插座21 上。如图4、5所示，插座21的外圆柱面上均布有n个安装平面212(n一般 至少2个，本例中取4)，每个平面上有两个螺纹孔，如图6、7所示，内衬套 23的外圆柱面上同样均布四个顶紧平面231，安装时插座21上的平面和内衬 套23上的平面两两相对，八个调节螺钉22分别从插座21上的螺纹孔旋入， 顶紧在内衬套23上。八个调节螺钉22分为四组，每个安装平面上212的两个 为一组。通过调节每组调节螺钉22的旋入长度可以调节内衬套23在插座21 中的位置。

为了能够限制发动机安装平台1的六个自由度，在发动机安装平台1的另 一端也配置了完全相同的锁紧装置，锁紧装置上有两组插座组件和锁紧头219， 这种布局可以有效的限制发动机安装平台1的六个自由度，防止冲击力通过发 动机安装平台1传递给测力系统。通常情况下，发动机安装完毕后，松开所有 插座组件上的八个调节螺钉22和内衬套23的安装螺钉，此时内衬套23可以 自由活动，控制伺服马达217低速运转，滑移座25带动锁紧头219向前移动， 待锁紧头219顺利插入内衬套23后，旋紧所有调节螺钉22，然后伺服马达217 继续运转直到锁紧力达到预定值。

本发明说明书中未作详细说明的内容属本领域技术人员的公知技术。